Modeling and realization of dry type transformer with optimum weight and efficiency characteristics
[ X ]
Tarih
2019
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Yağ ile doldurulmuş transformatörlere kıyasla kuru tip transformatörler yanmaz özelliği, kısa devrelere karşı yüksek elektrik dayanımı, kolay bakımı ve üstün çevre performansı nedenleriyle güç dağıtım sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu transformatörlerin ısıl davranışları, doğal soğutma mekanizmasına sahip olduklarından ve dağıtık güç sistemlerinde yüksek sıcaklıklarda çalıştıklarından istenmeyen bir durumdadır. Ayrıca, kuru tip transformatörler, daha iyi yalıtım sistemi gerektirdiğinden, aynı kapasitede yağ dolu transformatörlere kıyasla daha büyük bobinlere ihtiyaç duyar. Bu durum daha yüksek maliyetlerle sonuçlanmaktadır. Bu nedenle, bu tezin asıl amacı, optimum ağırlık ve verime dayalı 3 fazlı kuru tip transformatör tasarlamak ve üretmektir. İlk olarak, transformatörün tasarım parametreleri, çekirdek ve sargılardaki kayıplar hesaba katılarak 3 faz kuru tip bir transformatörün matematiksel bir modeli elde edilmiştir. İkinci olarak, literatürde en çok tercih edilen optimizasyon yöntemlerinden biri olan Parçacık Sürü Optimizaston (PSO) yöntemi kullanılarak optimize edilmiştir. Üçüncüsü, transformatörün optimizasyon parametreleri kullanılarak transformatör ANSYS/Maxwell programında tasarlanmıştır, böylece transformatörün hem elektromanyetik hem de termal analizi yapılmıştır. Son olarak, verimli bir şekilde optimize edilen, tasarlanan ve analiz edilen transformatör, daha düşük ağırlık ve daha yüksek verimlilikte üretilmiştir. Üretilen transformatör labaratuvarda test edilmiştir. Böylece, tasarlanan transformatör deneysel olarak da doğrulanmıştır. Bu tezin, 3 faz kuru tip transformatörlerin optimum tasarımı, elektromanyetik ve termal analizi ile ilgilenen araştırmacılara ve transformatör üretim endüstrilerine katkıda bulunacağı ümit edilmektedir.
When compared to the oil-filled transformers, dry type transformers are widely used in power distribution systems due to their non-flammable characteristic, high electrical strength against short circuits, easy maintenance and superior environmental performance. However, the thermal behavior of these transformers is undesirable since they have the natural cooling mechanism and operate at high temperatures in the distributed power systems. Moreover, the dry type transformers need the larger coils compared to oil-filled transformers with the same capacity ratings due to requiring a better insulating system. This case results in higher costs. Therefore, the main aim of this thesis is to design and produce a 3-phase dry-type transformer based on optimum weight and efficiency. Firstly, a mathematical model of a 3-phase dry-type transformer is obtained taken in the account of the transformer's design parameters and losses in the core and windings. Secondly, this transformer is optimized by using Particle Swarm Optimization (PSO) method, one of the most preferred optimization methods in the literature. Thirdly, the transformer is designed by using it's the optimization parameters in ANSYS/Maxwell program so electromagnetic and thermal analysis of the transformer is performed. Finally, the transformer which is optimized, designed and analyzed efficiently is manufactured in the lower weight and higher efficiency. The manufactured transformer is also tested in the laboratory. Thus, the designed transformer is also verified experimentally. It is hoped that this thesis will contribute to the researchers and transformer manufacturing industries dealing with the optimum design, electromagnetic and thermal analysis of the 3-phase dry type transformers.
When compared to the oil-filled transformers, dry type transformers are widely used in power distribution systems due to their non-flammable characteristic, high electrical strength against short circuits, easy maintenance and superior environmental performance. However, the thermal behavior of these transformers is undesirable since they have the natural cooling mechanism and operate at high temperatures in the distributed power systems. Moreover, the dry type transformers need the larger coils compared to oil-filled transformers with the same capacity ratings due to requiring a better insulating system. This case results in higher costs. Therefore, the main aim of this thesis is to design and produce a 3-phase dry-type transformer based on optimum weight and efficiency. Firstly, a mathematical model of a 3-phase dry-type transformer is obtained taken in the account of the transformer's design parameters and losses in the core and windings. Secondly, this transformer is optimized by using Particle Swarm Optimization (PSO) method, one of the most preferred optimization methods in the literature. Thirdly, the transformer is designed by using it's the optimization parameters in ANSYS/Maxwell program so electromagnetic and thermal analysis of the transformer is performed. Finally, the transformer which is optimized, designed and analyzed efficiently is manufactured in the lower weight and higher efficiency. The manufactured transformer is also tested in the laboratory. Thus, the designed transformer is also verified experimentally. It is hoped that this thesis will contribute to the researchers and transformer manufacturing industries dealing with the optimum design, electromagnetic and thermal analysis of the 3-phase dry type transformers.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
