The purpose of the thesis was to validate a multi-body simulation of the main operations of an RCBO device, in order to predict the same forces measured in production on the device. The process began with an analysis of the state of the art of RCBO devices, followed by a deep dive on the ABB DS201 RCBO breaker used in the simulation vs reality comparison, analyzing its operation using levers and torsional springs. Afterwards, the focus shifted to the analysis of the rigid-body model built on NX Motion. This involved starting with a kinematic analysis of the model to define the joints and contacts between parts in the simulation. Next, a verification of the positioning of the levers between simulation and reality was carried out using tomography for real measurements. Following this, experimental force measurements have been done on the breaker’s levers with various load cells, whereupon these measurements setups were replicated in the theoretical model to compare the measured forces with the simulation. Following these measurements, studies were conducted to reduce the maximum measured force error and subsequently to approximate the trend of the real forces. For this reason, analyses were conducted on the hysteresis of the torsional springs and on the friction in the joints, analyzing these factors first theoretically and then verifying them with experimental tests. Finally, thanks to these studies, it was possible to adjust the simulation, reducing the maximum measured force error between simulation and reality. In the end, an analysis of lever deformations and joint clearances enabled the simulation to approach both the positioning of the levers and the actual trend of the measured forces.

Lo scopo della tesi era validare una simulazione multi-body di un interruttore RCBO di ABB, al fine di avvicinarsi alle forze misurate in produzione sul dispositivo. la tesi inizia con un’analisi dello stato dell’arte dei dispositivi RCBO, seguita da un approfondimento sul RCBO DS201 di ABB utilizzato nel confronto simulazione-realtà, analizzando il suo funzionamento tramite i leverismi e le molle torsionali. Successivamente, ci si è concentrati sull’analisi del modello multi-body da costruire su NX Motion, grazie ad uno studio della cinematica è stato possibile definire i giunti e i contatti nella simulazione. Successivamente, è stata effettuata una verifica del posizionamento delle leve tra simulazione e realtà utilizzando la tomografia per le misure reali. Dopodichè, sono state effettuate delle misure sperimentali di forza su alcune leve del dispositivo utilizzando diverse celle di carico, e basandosi su tali setup è stato possibile replicare le misure nel modello teorico per confrontarle con la realtà. Per ridurre l’errore di forza misurata tra simulazione e realtà sono state condotte delle analisi sull’isteresi delle molle torsionali e sull’attrito nei giunti, analizzando questi fattori prima teoricamente e poi verificandoli con test sperimentali è stato possibile regolare la simulazione, riducendo l’errore massimo di forza misurata. Infine, graze ad un’analisi sulle deformazioni delle leve e dei giochi nei giunti ha consentito alla simulazione di avvicinarsi alla realtà, sia in termini di posizionamento delle leve che alla caratteristica effettiva delle forze misurate.

Validation of multi-body simulation for ABB RCBO breaker

PAVESI, RICCARDO ANGELO
2022/2023

Abstract

The purpose of the thesis was to validate a multi-body simulation of the main operations of an RCBO device, in order to predict the same forces measured in production on the device. The process began with an analysis of the state of the art of RCBO devices, followed by a deep dive on the ABB DS201 RCBO breaker used in the simulation vs reality comparison, analyzing its operation using levers and torsional springs. Afterwards, the focus shifted to the analysis of the rigid-body model built on NX Motion. This involved starting with a kinematic analysis of the model to define the joints and contacts between parts in the simulation. Next, a verification of the positioning of the levers between simulation and reality was carried out using tomography for real measurements. Following this, experimental force measurements have been done on the breaker’s levers with various load cells, whereupon these measurements setups were replicated in the theoretical model to compare the measured forces with the simulation. Following these measurements, studies were conducted to reduce the maximum measured force error and subsequently to approximate the trend of the real forces. For this reason, analyses were conducted on the hysteresis of the torsional springs and on the friction in the joints, analyzing these factors first theoretically and then verifying them with experimental tests. Finally, thanks to these studies, it was possible to adjust the simulation, reducing the maximum measured force error between simulation and reality. In the end, an analysis of lever deformations and joint clearances enabled the simulation to approach both the positioning of the levers and the actual trend of the measured forces.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
9-apr-2024
2022/2023
Lo scopo della tesi era validare una simulazione multi-body di un interruttore RCBO di ABB, al fine di avvicinarsi alle forze misurate in produzione sul dispositivo. la tesi inizia con un’analisi dello stato dell’arte dei dispositivi RCBO, seguita da un approfondimento sul RCBO DS201 di ABB utilizzato nel confronto simulazione-realtà, analizzando il suo funzionamento tramite i leverismi e le molle torsionali. Successivamente, ci si è concentrati sull’analisi del modello multi-body da costruire su NX Motion, grazie ad uno studio della cinematica è stato possibile definire i giunti e i contatti nella simulazione. Successivamente, è stata effettuata una verifica del posizionamento delle leve tra simulazione e realtà utilizzando la tomografia per le misure reali. Dopodichè, sono state effettuate delle misure sperimentali di forza su alcune leve del dispositivo utilizzando diverse celle di carico, e basandosi su tali setup è stato possibile replicare le misure nel modello teorico per confrontarle con la realtà. Per ridurre l’errore di forza misurata tra simulazione e realtà sono state condotte delle analisi sull’isteresi delle molle torsionali e sull’attrito nei giunti, analizzando questi fattori prima teoricamente e poi verificandoli con test sperimentali è stato possibile regolare la simulazione, riducendo l’errore massimo di forza misurata. Infine, graze ad un’analisi sulle deformazioni delle leve e dei giochi nei giunti ha consentito alla simulazione di avvicinarsi alla realtà, sia in termini di posizionamento delle leve che alla caratteristica effettiva delle forze misurate.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/218195