Bir Transformatörün Endüktanslarının Deneysel Analizi ve Ansys@Maxwell ile Simülasyon Hesabı

Yıl 2021, Cilt: 5 Sayı: 1, 1 - 5, 28.06.2021

Yıldırım Özüpak

https://doi.org/10.46460/ijiea.864239

Öz

Transformatörler, elektriğin iletim ve dağıtımı için elektrik güç sistemlerinin hayati bir bileşendir. Bir transformatörün verimliliğini artırmaya yönelik sağlam tasarım, transformatörün imalatındaki ana etkenlerden biridir. Pratik bir transformatörün verimliliği, tasarım ve imalat kusurlarından kaynaklanan kayıplarla sınırlıdır. Kablosuz güç aktarımı (KGA), elektrik enerjisinin iletkensiz aktarılmasıdır. KGA zamanla değişen elektrik, manyetik veya elektromanyetik alanlar kullanan teknolojilere dayanır. Bu teknoloji sensörler, aktüatörler ve iletişim cihazlarında olduğu gibi uygunsuz veya mümkün olmayan elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullanışlıdır. Güç, kısa mesafelerde, alternatif manyetik alanlar ve bobinler arasındaki endüktif kuplaj veya alternatif elektrik alanları ve metal elektrotlar arasındaki kapasitif kuplaj ile aktarılabilir. Kablosuz güç aktarım sistemi için M125-027S nüve malzemesi ile tasarlanan bir transformatörün deneysel bir modeli oluşturulmuştur. Transformatörün her iki tarafında 20 mm hava boşluğu bırakılarak, parametreler, parametreler bu şartlar altında ölçülmüştür. Transformatörün bobinlerinin endüktans parametrelerini hesaplamak ve analiz etmek için Sonlu Elemanlar Yöntemini (SEY) kullanılmıştır. Sistem ANSYS@Maxwell ile modellenerek, manyetik alan ve endüktans parametreleri SEY bazlı çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell ile hesaplanmıştır. Bu çalışmada, transformatörün endüktif parametreleri hesaplanarak kablosuz güç aktarım sisteminin kapasitansının doğru kompanzasyonu için temel oluşturulmak istenmiştir.

Anahtar Kelimeler

transformatör, KGA, FEM, Manyetik akı

Experimental Analysis of a Transformer's Inductens And Simulation Calculation Using Ansys@Maxwell

Öz

Transformatörler, elektriğin iletim ve dağıtımı için elektrik güç sistemlerinin hayati bir bileşendir. Bir transformatörün verimliliğini artırmaya yönelik sağlam tasarım, transformatörün imalatındaki ana etkenlerden biridir. Pratik bir transformatörün verimliliği, tasarım ve imalat kusurlarından kaynaklanan kayıplarla sınırlıdır. Kablosuz güç aktarımı (KGA), elektrik enerjisinin iletkensiz aktarılmasıdır. KGA zamanla değişen elektrik, manyetik veya elektromanyetik alanlar kullanan teknolojilere dayanır. Bu teknoloji sensörler, aktüatörler ve iletişim cihazlarında olduğu gibi uygunsuz veya mümkün olmayan elektrikli cihazlara güç sağlamak için kullanışlıdır. Güç, kısa mesafelerde, alternatif manyetik alanlar ve bobinler arasındaki endüktif kuplaj veya alternatif elektrik alanları ve metal elektrotlar arasındaki kapasitif kuplaj ile aktarılabilir. Kablosuz güç aktarım sistemi için M125-027S nüve malzemesi ile tasarlanan bir transformatörün deneysel bir modeli oluşturulmuştur. Transformatörün her iki tarafında 20 mm hava boşluğu bırakılarak, parametreler, parametreler bu şartlar altında ölçülmüştür. Transformatörün bobinlerinin endüktans parametrelerini hesaplamak ve analiz etmek için Sonlu Elemanlar Yöntemini (SEY) kullanılmıştır. Sistem ANSYS@Maxwell ile modellenerek, manyetik alan ve endüktans parametreleri SEY bazlı çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell ile hesaplanmıştır. Bu çalışmada, transformatörün endüktif parametreleri hesaplanarak kablosuz güç aktarım sisteminin kapasitansının doğru kompanzasyonu için temel oluşturulmak istenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Transformatör, KGA, FEM, Manyetik akı

Kaynakça

• [1] J G Hayes, M G Egan, M Murphy, et al. Wide-load range resonant converter supplying the SAE J-1773 electric vehicle inductive charging interface[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1999, 35(4): 884-895.
• [2] Yoon-Ho, Kang-Hwan Jin. Design and implementation of a rectangular-type contactless transformer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 58(12): 5380-5384.
• [3] Chen K., Han Y., Zhang Y., Gao N., Pei Y., Li H., Li P., Guo L., Experimental analysis and simulation calculation of the inductances of loosely coupled transformer, IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 94 012085, 2017.
• [4] Zheng T, Zhao YJ, Ying J, Chen PL, Zhang FF ,“Design and analysis on the turn-to-turn fault protection scheme for the control winding of a magnetically controlled shunt reactor”. IEEE Transactions, 30(2), 967-975, 2015
• [5] Wojda R.P, Kazimierczuk, M.K, "Analytical winding size optimisation for different conductor shapes using Ampère’s Law", Power Electronics, IET, 6 (6), 1058-1068, 2013
• [6] Özüpak Y, MAMIS M. S., Realization of electromagnetic flux and thermal analyses of transformers by finite element method. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 14(10), 1478-1484. Doi: 10.1002/tee.22966. 2019
• [7] Özüpak Y, MAMIS M. S, TEKE İ. H., Electromagnetic Field and Total Loss Analysis of Transformers by Finite Element Method. International Journal of Engineering And Computer Science, 8(1), 24451-24460. (Yayın No: 5774086), 2019
• [8] Yazdani-Asrami M, Mirzaie M, Akmal A. S., No-load loss calculation of distribution transformers supplied by nonsinusoidal voltage using three-dimensional finite element analysis, Energy, vol. 50, no. 1, pp. 205-219. 2013
• [9] M. Ostrenko and B. Andriienko, "Transformer impulse surges calculation by FEM coupled to circuit," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no. 6, pp. 1-4, June, Art no. 7401804, 2017
• [10] T. Zupan, B. Trkulja, R. Obrist, T. Franz, B. Cranganu-Cretu, and J. Smajic. Transformer windings rlc parameters calculation and lightning impulse voltage distribution simulation. IEEE Transactions on Magnetics, 52(3):1–4, March 2016.