Publication: Pencere tipi bir transformatörde kaçak akı dağılımının deneysel ve sayısal yöntemlerle analizi
Abstract
Transformatörler faraday yasasının doğrudan uygulamasıdır. Bir güç transformatörü magnetik devre, sargılar, izolatörler, soğutma radyatörleri ve vantilatörler ile birlikte karmaşık bir yapıya sahiptir. Hareket eden elektrik yükleri vektörel bir büyüklük olan magnetik alan oluşturur. Bütün magnetik olayların tek nedeni hareket eden yüklerdir. Akının geçişini kolaylaştırmak amacıyla magnetik malzemeden yapılan devreye magnetik devre denir. Transformatörlerin ve diğer elektrik makinalarının temel büyüklüğü akıdır ve incelenmeleri genellikle akı kavramına dayanır. Bir sargı ile halkalandıktan sonra diğer sargıya gitmediği için kaçak akı adı verilen akıların çoğu, magnetik devre dışında magnetik direnci çok büyük olan uzun bir yol gittiklerinden genellikle zayıftırlar. Kaçak akı, primer ve sekonder sargılarda ayrı ayrı oluşur ve halkalandığı sargıda indükleme yapar. Böylece tarafından oluşturulan birincil kaçak akı ( ) ve tarafından oluşturulan ikincil kaçak akı ( ) olmak üzere iki ayrı kaçak akı vardır. Bu çalışmada amaç önce pencere tipi bir transformatörün kaçak akı değerlerini ölçü bobinleri ile ölçerek kaçak akı dağılımını çıkartmak, sonra kaçak akı değerlerini sonlu elemanlar ve sonlu farklar yöntemi ile de hesaplayarak akı dağılımını elde etmek, daha sonra sonuçları birbirleriyle karşılaştırıp ölçüm sonuçlarını referans alarak ölçüm değerlerine en yakın sonucu veren yöntemi tespit etmektir. Bu çalışmada; Bölüm I'de kaçak akılar tanıtılarak konuya giriş yapılmış ve bu çalışmada hedeflenen amaçlar ortaya konmuş, bunun için yapılacak işlemlere yer verilmiştir. Bölüm II'de magnetik alanla ilgili temel büyüklükler ve bu konuya ilişkin yapılan çalışmalar gözden geçirilmiş, daha sonra Bölüm III'de sayısal hesaplama yöntemleri olan sonlu elemanlar ve sonlu farklar yöntemleri incelenmiş ve bu yöntemlerin akı dağılımı ile ilgili uygulanmalarına yer verilmiştir. Bölüm IV'de deneysel çalışmada kullanılacak olan deney transformatörüne ilişkin hesaplamalar, yapımı ve kaçak akı değerlerini ölçmek için hazırlanan ölçü bobinlerinin hazırlanışı ve konumları açıklanmış, daha sonra BölümV'de deneysel çalışmalardan elde edilen ölçüm sonuçlarına yer verilmiştir. Bölüm.VI'da matematiksel yöntemlerin bu çalışmadaki akı dağılımına uygulanması gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemleri kullanarak kaçak akı değerlerini hesaplayabilmek için 1521x1521'lik matris çözümü gerçekleştirilmiş, Microsoft Excel kullanılarak polinom şeklinde matematiksel denklem elde edilmiş ve bu denklem kullanılarak akı değerleri hesaplanmıştır. Bölüm VII'de ölçüm sonuçlarına göre ve sonlu elemanlar yöntemi ile sonlu farklar yöntemi kullanılarak yapılan hesaplama sonuçlarına göre çizilen kaçak akı dağılımları verilmiştir. Bölüm VIII'de elde edilen sonuçlar ve bu sonuçların ışığında öneriler ortaya konmuştur. Sonuç bölümünde ölçüm değerleri referans alınarak yapılan karşılaştırmada, sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen sonuçların ölçüm değerlerine daha yakın olduğu görülmüştür. Büyük güçlü transformatörlerdeki kaçak akı dağılımlarını elde edebilmek için kaçak akı sondaları ile belirli noktalarda (sınır değerlerinde) ölçüm yaparak o transformatöre ait kaçak akı dağılımlarını sonlu elemanlar yöntemi ile gerçek değerlere yakın olarak bulabiliriz. Mayıs 2005 İsmail BOZKURT
Operation Principles of transformers are based on Faraday's Law. A power transformer consists of magnetic circuit, windings, insulators, cooling panels, ventilators and has a very complex structure. Active electric charges produce magnetic field which is a vectoral size. The only reason of magnetic phenomenon is the charges. Magnetic field is a vectoral field. To make flux travel easier, we use a magnetic circuit which is made of magnetic material. One of the Basic size of electric machine is flux and the most researches are generally based on it. Most of the fluxes called leakage fluxes which are the one changes its way after linking with a winding are very weak because they follow a very long magnetically high resisted way out of magnetic circuit. Leakage flux produces separately in primary and secondary windings separately and induces at the winding where it goes. Therefore, there are two types of leakage flux. The one is the primary leakage flux presented by formula and the other is the secondary leakage flux presented by formula . The aims of this study are to show the leakage flux distribution by measuring the leakage flux value of shell type transformers with measuring coils and also obtaining flux distribution by using finite element (FEM) and finite difference method (FDM) and to determine the method which gives the closest value to measure values by comparing these results that based on references. In this thesis, an introduction to leakage flux has been done by giving information about magnetic field, the target of this thesis have been put forward and studies to achieve these aims have been expressed in chapter I. Basic subjects related to magnetic field and researches about this subject have been studied. FEM and FDM have been shortly explained and in chapter III Turkish and foreign journals about these subjects have been introduced. First, transformer for the experiment and measuring coils which will be used to measure leakage flux have been prepared. In chapter IV, studies related to this subject have been explained. In chapter V, results of measurements from have been given experiments. In chapter VI, mathematical applications of these methods had been done. 1521 by 1521 matrix has been solved to calculate the leakage flux value by using these methods and analysis has been done. Then by using Ms Excel Spread polonium equation has been formed and by using this equation flux values have been calculated. In the chapter VII, according to the experimental results and calculated values by FEM and FDM leakage flux distributions have been given. By comparison done it has been figured out that calculations done by FEM give the closest result to the one obtained by measurements out of other methods. In the chapter VIII, suggestions have been put forth for consideration in the light of gathered results. By comparing with reference to the measured values, It has been handled that the results obtained by FEM are more closer to the measured values than the other. By making measurements with the leakage flux sensors in a specific points in order to obtain the leakage flux distribution for high power transformers, leakage flux distribution belonging to that transformer could be found close to real values with the FEM.
Operation Principles of transformers are based on Faraday's Law. A power transformer consists of magnetic circuit, windings, insulators, cooling panels, ventilators and has a very complex structure. Active electric charges produce magnetic field which is a vectoral size. The only reason of magnetic phenomenon is the charges. Magnetic field is a vectoral field. To make flux travel easier, we use a magnetic circuit which is made of magnetic material. One of the Basic size of electric machine is flux and the most researches are generally based on it. Most of the fluxes called leakage fluxes which are the one changes its way after linking with a winding are very weak because they follow a very long magnetically high resisted way out of magnetic circuit. Leakage flux produces separately in primary and secondary windings separately and induces at the winding where it goes. Therefore, there are two types of leakage flux. The one is the primary leakage flux presented by formula and the other is the secondary leakage flux presented by formula . The aims of this study are to show the leakage flux distribution by measuring the leakage flux value of shell type transformers with measuring coils and also obtaining flux distribution by using finite element (FEM) and finite difference method (FDM) and to determine the method which gives the closest value to measure values by comparing these results that based on references. In this thesis, an introduction to leakage flux has been done by giving information about magnetic field, the target of this thesis have been put forward and studies to achieve these aims have been expressed in chapter I. Basic subjects related to magnetic field and researches about this subject have been studied. FEM and FDM have been shortly explained and in chapter III Turkish and foreign journals about these subjects have been introduced. First, transformer for the experiment and measuring coils which will be used to measure leakage flux have been prepared. In chapter IV, studies related to this subject have been explained. In chapter V, results of measurements from have been given experiments. In chapter VI, mathematical applications of these methods had been done. 1521 by 1521 matrix has been solved to calculate the leakage flux value by using these methods and analysis has been done. Then by using Ms Excel Spread polonium equation has been formed and by using this equation flux values have been calculated. In the chapter VII, according to the experimental results and calculated values by FEM and FDM leakage flux distributions have been given. By comparison done it has been figured out that calculations done by FEM give the closest result to the one obtained by measurements out of other methods. In the chapter VIII, suggestions have been put forth for consideration in the light of gathered results. By comparing with reference to the measured values, It has been handled that the results obtained by FEM are more closer to the measured values than the other. By making measurements with the leakage flux sensors in a specific points in order to obtain the leakage flux distribution for high power transformers, leakage flux distribution belonging to that transformer could be found close to real values with the FEM.