Sonlu elemanlar yöntemi kullanarak farklı tip sargılar için güç transformatörün 2B analiz sonuçlarının karşılaştırılması

Öz

Bu çalışmada, kademeli bir güç transformatörünün sonlu elemanlar yöntemiyle 2 boyutlu (2B) simülasyon modeli tasarlanmıştır. Üç farklı tip sargının transformatörün birincil ve ikincil sargı gerilimleri, kademe gerilimleri, demir kaybı ve bakır kaybı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada, birincil ana sargısı 1392 sarım, birincil kademe sargısı iki adet 37 sarımdan oluşan ve ikincil sargısında 32 sarım bulunan 250 kVA’ lık 11/0.416 kV kademeli bir güç transformatörü sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak ANSYS MAXWELL paket programında 2 boyutlu (2B) simülasyon modeli tasarlanmıştır. Bu model kullanılarak, Üç farklı tip sargının analiz sonuçlarının karşılaştırılması amaçlanmıştır. ANSYS MAXWELL kütüphanesinde bulunan bakır, alüminyum ve gümüş olmak üzere üç farklı tipte sargı malzemesi kullanılmıştır. Güç transformatöründe kullanılan bu üç farklı tip sargının transformatör kayıpları, transformatörün birincil ve ikincil sargılarında indüklenen gerilim ve faz akımlarına olan etkisi incelenmiştir.

Alüminyum, bakır ve gümüş sargıları için 120 ms süresince yapılan analizlere göre her üç sargı tipinde de ikincil sargıda İndüklenen gerilim 215.02 Volt(rms), birincil ana sargıda indüklenen gerilim 9495.50 Volt(rms), birincil sargının birinci kademe sargısında indüklenen gerilim 253.25 Volt(rms), birincil sargının ikinci kademe sargısında indüklenen gerilim 250.77 Volt(rms), ikincil faz akımı 258.97 Amper(rms), birincil faz akımı 15.33 Amper(rms) ve demir kaybı 397.47 Watt olmak üzere aynı değerler elde edilmiştir. Analiz sonucunda alüminyum iletkeninin ortalama sargı kaybı 2.26 kW, bakır iletkeninin ortalama sargı kaybı 1,48 kW ve gümüş iletkeninin ortalama sargı kaybı 1.40 kW olarak hesaplanmıştır. Alüminyum sargı kaybı görünür gücün % 0.90’ ı, bakır sargı kaybı görünür gücün % 0.59’ u ve gümüş sargı kaybı görünür gücün % 0.56’ sı kadardır. En az sargı kaybı gümüş iletkeninde saptanmıştır. Sargı tipinin sadece sargı kaybını etkilediğini transformatörün diğer parametrelerini etkilemediği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Kademeli güç transformatörü,transformatör sargı kayıpları,sonlu elemanlar yöntemi,Ansys Maxwell 2B

Kaynakça

1. Arkan, S., (2005). Sonlu Elemanlar Metodunun Mühendislikte Uygulamaları, Yüksek lisans tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
2. Ateş, M.H., Peşint, M.A., (1990). Elektrik Makinalarının Esasları. Ankara: Gazi Üniversitesi Basın-Yayın Yüksekokulu Matbaası.
3. Ayhan, O., (2015). Sonlu elemanlar analizi teorisi ve ANSYS ile uygulamalar. Ankara: Palme Yayıncılık.
4. Bal G., (2008). Transformatörler. Ankara: Seçkin Yayıncılık.
5. Balcı, S., (2010). Evirici çıkış transformatörlerinin modellenmesi ve analizi, Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
6. Chari, M.V.K., (1973). Finite element solution of the eddy current problem ın magnetic structures, IEEE PES Summer Meeting and EHV/UHV Conference, Vancouver, B.C. Canada.
7. Deliktaş, B., Güler, M.A. ve Mülkoğlu, O., (2007). Sonlu elemanlar yöntemine giriş. HTC Ofset Matbaa:Ankara.
8. Demirchian, K.S., Chechurin, V., Sarma, I., Boldea, A., (2002). The ınduction machine handbook, CRC Pres LLC, Washigton D.C., 133 159.

9. Dlala, E., Arkkio, A., (2010). General formulation for the Newton Raphson method and the fixed –point method in finite element programs, Electrical machines (ICEM), 2010 XIX International conference on, page(s): 1-5.
10. Gürdal, O., (2001). Elektrik makinalarının tasarımı. İstanbul: Atlas yayıncılık dağıtım ltd. şti.
11. Kürüm, H., Cebeci M., (1995). Sonlu elemanlar yönteminde en az bellek ve çalışma zamanı için yeni bir yöntem, Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Elazığ.
12. Mergen, F. ve Zorlu, S., (2005). Elektrik Makineleri I: Transformatörler. İstanbul:Birsen Yayınevi.
13. Peşint, M.Adnan., Ürkmez, A., (2000). Elektrik Makinaları II (Onbeşinci baskı). İstanbul:Ilıcak matbaası.
14. Silvester, P., Cabayan, H.S. ve Browne B.T., (1973). Efficient Techniques For Finite Element Analysis of electric machines, IEEE PES Winter Meeting , New York.
15. Slade, G.W., (2006). Fast finite element solver for a reluctance mass accelerator, Magnetic, IEEE Transaction on, V:42, Issue:9, Page(s) :2184-2192.