Tek ve üç fazlı demir çekirdekli şönt reaktörlerin optimum tasarımı

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 2, 1063 - 1076, 28.02.2022

Atilla Dönük

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.853725

Öz

Bu çalışmada tek ve üç fazlı demir çekirdekli şönt reaktörler için optimum bir tasarım yöntemi ve bu yönteme dayanan bir tasarım yazılımı geliştirilmiştir. Tasarımcı tarafından belirlenen girdiler, varsayımlar ve seçilen tasarım kriterine göre; farklı güç, gerilim ve sıcaklık artışı seviyelerinde analitik hesaplamalarını ve optimizasyonunu gerçekleştiren yazılım, üç fazlı ve tek fazlı şönt reaktör modelleri için alüminyum ve bakır sargı seçenekleri ile Matlab/GUIDE ortamında gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalarda kaçak endüktans değeri de göz önüne alınmıştır. Geliştirilen yazılım vasıtasıyla çeşitli güç ve gerilim seviyelerinde tek fazlı ve üç fazlı reaktör tasarımları gerçekleştirilmiş ve doğruluk testleri Ansys/ Maxwell sonlu elemanlar analizleri ile sağlanmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçlar göz önüne alındığında; önerilen tasarım metodunun demir çekirdekli şönt reaktör tasarımı için hızlı, uygun ve güvenilir olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca literatürde benzer bir tasarım yöntemi mevcut olmaması nedeniyle bu çalışmanın ilgili alana önemli bir katkı sağlayacağı anlaşılmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Hava aralığı, kaçak endüktans, optimum tasarım, sonlu elemanlar yöntemi, şönt reaktör

Destekleyen Kurum

Tübitak

Proje Numarası

118E687

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 1002 programı kapsamında 118E687 proje numarasıyla desteklenmiştir.

Kaynakça

• Kutkut N.H., Divan D.M., Optimal air-gap design in high frequency foil windings, IEEE Transactions on Power Electronics, 13 (5), 942-949, 1998.
• Tomczuk B., Babczyk K., Calculation of self and mutual inductances and 3-D magnetic fields of chokes with air gaps in core. Electrical Engineering, 83:41-46, 2001.
• McLyman T., Transformer and Inductor Design Handbook, Mercel Dekker Inc., USA, 2004.
• Donuk A., Bilgin, H.F., Ermis M., Effects of distributed air-gaps in the iron-core of shunt reactors on inductance components and losses, International Review of Electrical Engineering, 7 (3), 4428-4436, 2012.
• Ohri A.K., Wilson T.G., Owen H.A., Design of air-gapped magnetic-core ınductors for superimposed direct and alternating currents. IEEE Transactions on Magnetics, 12 (5), 564-574, 1976.
• Hubert J., Kakalec R., Computer design of ac and dc înductors, Electrical Electronics Insulation Conference and Electrical Manufacturing & Coil Winding Conference, 707-712, 1993.
• Bartoli M., Reatti A., Kazimierczuk M.K., Minimum copper and core losses power inductor design, IEEE Industry Applications Conference, (3), 1369-1376, 1996.
• Han-Jong K., Geun-Ho L., Cheol-Ho J., Jea-Pil L., Cost-effective design of an inverter output reactor in ASD applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 48 (6), 1128-1135, 2001.
• Slobodan N.V., Ljiljana S.P., High-precision active suppression of dc bias in ac grids by grid-connected power converters, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (1), 857-865, 2017.
• Li R., Zuoshuai W., Sinian Y., Ying X., Shifeng S., Xiang Z., Hongda D., Lei C., Design and verification test of an HTS leakage flux-controlled reactor, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 28 (3), 2018.
• Dayi L., Kai Y., Zhu Z.Q.,Yi Q., A novel series power quality controller with reduced passive power filter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (1), 773-784, 2017.
• Antonov A.S., Glushkov D.A., Research on electromagnetic and heat processes in dry type air core current-limiting reactors, IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical & Electronic Engineering, 1471-1476, 2017.
• Ben T., Yang Q., Yan R., Zhu L., Zhang C., Research on stress characteristics of shunt reactor considering magnetization and magnetostrictive anisotropy, IEEE Transactions on Magnetics, 54 (3), 2018.
• Christoffel M., Design and testing of EHV shunt reactors, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 86 (6), 684-692, 1967.
• Vora J.P., Barnes H.C., Johnson B.L., New shunt reactor principle proved-design data and factory test results for units built on ınsulated core principle, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 92 (3), 900-906, 1973.
• Bossi A., Tontini G., Coppadoro F., Influence of dimensional parameters on the design of gapped-core shunt reactors, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 98 (4), 1144-1146, 1979.
• Lotfi A., Faridi M., Design optimization of gapped-core shunt reactors, IEEE Transactions on Magnetics, 48 (4), 1673-1676, 2012.
• Zhao Y., Chen F., Ma X., Zhou Z., Optimum design of dry-type air-gapped ıron-core reactor based on dynamic programming and circular traversing algorithm, International Conference on Electromagnetic Field Problems and Applications, 1 (4), 2012.
• Çınar M., Alboyacı B., Çürükova S., Sönmez O., Yapıcı R., Calculation of optimum dimensions of magnetic shunt elements to reduce stray losses on transformer tank walls, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (4), 1337-1346, 2017.
• Ergene L., Polat A., Bakhti̇arzadeh H., Design of a permanent magnet synchronous motor used in elevators, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (2), 757-770, 2018.
• Atilla Dönük, Modeling and Design of Iron-Core Shunt Reactors With Discretely Distributed Air-Gaps, PhD Thesis, Middle East Technical University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara, 2012.
• Donuk, A., Bilgin, H., Ermis, M., A practical approach to the design of power shunt-reactors with discretely distributed air-gaps, International Review on Modelling and Simulations (IREMOS), 6 (2), pp. 567-576, 2013.
• Dönük, A., Determination of leakage ınductance percentage for gapped iron-core shunt-reactors with M4 steel as core material, Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, 8 (2), 164-169, 2020.