The numerical magneto-thermal analysis on transformer covers plate
Transformatör kapağında nümerik manyeto-termal analizi
- Tez No: 545491
- Danışmanlar: PROF. DR. İRES İSKENDER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Transformatör kapağının alçak gerilim bölgelerindeki yüksek akım iletkenleri, kazan kapağındaki kayıpların ve termal problemlerin kaynaklarıdır. Sonlu farklar yönteminin (FDM) lineer olmayan bünye denklemi ile başa çıkmada daha esnek olduğunu, kolay uygulanabileceğini, basit geometrili bölgeler için en popüler yöntem olduğunu ve düşük maliyetli hesaplama metodu olduğu gerçekleri göz önüne alındığında, FDM yaklaşımı buşing bölgesindeki kayıpları kapağın lineer olmayan davranışını da hesaplayarak en yakın tahminini bulmada kullanılır. FDM yaklaşımında, Maxwell denklemlerinin ve Ohm yasasının geçici çözümü, bir çelik diskin eksenel simetrik bölgesindeki kesit alanında yapılır. Bir sonraki adımda, kararlı haldeki problemde manyetik FD analizine 2 seviyeli AMR teknolojisi uygulanmaktadır. Kapağın termal analizini ADI-FD metod yardımıyla yapılır. AMR ve ADI-FDM kombinasyonu ile önerilen çözüm algoritması, analizlerinin doğruluğu arttırıp hesaplama süresini azaltılmaktadır. Önerilen yöntemlerin güvenilirliği deneysel sonuçlar ve sonlu elemanlar yöntemi (FEM) analizi ile doğrulanmıştır. Bu çalışma aynı zamanda, bölgesel aşırı ısınmanın üstesinden gelmek ve kapak sıcaklığını 140℃'nin altında tutmak için uygun bir paslanmaz çelik malzeme (SSI) geometrisi kullanarak, 3-fazlı dağıtım trafoları için kapak levhalarının lineer/lineer olmayan 3D FEM optimizasyon tasarımı önermiştir. Kayıplar ve sıcaklık hesaplamaları için uygulanan lineer yaklaşımlar yeterince hızlıdır, ki bu hesaplamalar orta seviye bir bilgisayarla gerçekleştirilebilir. Ayrıca, bu çalışmada, dağıtım trafolarının kapak levhasındaki kızgın nokta sıcaklığını tahmin etmek için 3D FEM simülasyonlarından elde edilen souçları kullanarak bir dizi analitik formül önerilmiştir. SSI ve SSI olmadan durumlarda, karbon çeliğinden kazan kapağının sıcaklığını hesaplamak için çok sayıda FEM simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Kısaca, trafo kapak levhasında nümerik manyeto-termal analizi, MATLAB ve ANSYS yazılımları kullanılarak, FEM-FEM, FDM-FEM ve Adaptif-FDM-ADI-FDM birleştirme yaklaşımı ile yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
High currents conductors at the low voltage side of transformers cover are sources of losses and thermal problems in the tank cover. Considering the advantages of Finite Difference Method (FDM) as; being more flexible to deal with the nonlinear constitutive law, being most popular method for simple geometry regions and low-cost computational procedure and being easy-to-be implemented, the FDM is used to find an exact estimation of losses at the cover bushing region considering its non-linear behavior. In FDM approach, transient solution of Maxwell's equations and Ohm law is done at the cross section area in the axial symmetry page of a steel disk and then, two-level Adaptive Mesh Refinement (AMR) technique is applied to magnetic FD analysis of the problem in the steady state condition. The thermal analysis of the cover plate is performed using the Alternating Direction Implicit (ADI)-FD method. The combination of AMR and ADI-FDM proposes a solution algorithm, which improves the accuracy and decreases the computational time of the analyses. The reliability of the proposed techniques has been confirmed by results of experimental works and finite element method (FEM). This study also proposes a linear and non-linear 3D FEM optimization design of cover plates for a 1600kVA, 400V 3-phase distribution transformer, using a suitable geometry of Stainless Steel Insert (SSI) to overcome the local overheating and to keep the temperature below 140℃. The applied linear approximations for calculation of losses and temperature is sufficiently fast such that the computations can be performed in a moderate computer resource. In addition, a set of analytical formula extracted from 3D FEM simulations results has been proposed for estimating the hot spot temperature in the cover plate of distribution transformer in this study. Numerous FEM simulations are carried out to compute the temperature in the carbon steel of the tank cover for different cases of with and without SSI. In summary, the numerical magneto-thermal analysis on the transformer cover plate has been done using FEM-FEM, FDM-FEM and Adaptive-FDM-ADI-FDM coupling approach in the frame of MATLAB and ANSYS software.
Benzer Tezler
- Sonlu eleman programlama ile kiriş problemlerinin çözümü
The Solution of beam problems with finite element programming
UFUK ESİ
- A numerical investigation onlaminar natural convection ofnon-Newtonian fluids in enclosedspaces
Başlık çevirisi yok
ŞAHİN YİĞİT
- Sonlu eleman programlama ile plak eğilme problemlerinin çözülmesi
The Solution of plate bending problems with finite element programming
NİHAT GÜRAN
- Beyaz eşya uygulamaları için alüminyum sargılı fırçasız doğru akım motoru tasarımı
Design of brushless direct current motor with aluminum wire for white goods applications
SAMET GELME
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
- Orta güçlü bir girdap akımı freni tasarımı ve sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Design and finite element analysis of a medium power eddy current brake
MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
