Güç transformatörünün sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak 2 ve 3 boyutlu tasarımı ve kayıp analizi

Dünyada artan nüfus ve sanayileşmeden dolayı ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin iletimi konusu önemini giderek arttırmaktadır. İhtiyaç duyulan bu enerjinin en büyük avantajı üretildiği yerden çok uzak bölgelere kolayca taşınabilmesidir. Bu taşımanın verimli bir şekilde yapılabilmesi için gerilimin yeteri kadar yüksek olması gerekir. Gerilim yükseltilmesi ise transformatör yardımı ile gerçekleştirilir. Güç transformatörlerinde yapılacak küçük bir iyileştirme büyük öneme sahiptir. Güç transformatörlerinden daha yüksek verim elde etmek için süregelen çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar transformatörün nüve ve sargılarının tipi, nüvenin geometrik yapısı, sargıların sarım yöntemleri olarak sıralanabilir. Sonlu elemanlar yöntemi geometrisi karmaşık şekillerin incelenmesine olanak sağlayan sayısal bir yöntemdir. Çözüm bölgesi alt bölgelere ayrılabilir ve gerektiğinde bazı alt bölgelere daha hassas çözümler yapılabilir. Bu çalışmada sonlu elemanlar metoduyla analiz yapan Ansys Maxwell paket programı kullanarak etiket bilgileri verilen kademeli güç transformatörünün 2 boyutlu (2B) ve 3 boyutlu (3B) tasarımı ve benzetimi yapılmıştır. Analiz sonucunda birincil ve ikincil sargılarında indüklenen gerilim, kademe sargılarında indüklenen gerilim, birincil ve ikincil sargıların faz akımları, boşta demir kaybı, tam yükte bakır kaybı, sargıları etkiyen kuvvetler ve nüvede akı dağılımı elde edilmiştir. Analiz edilen transformatörün 2B ve 3B demir ve bakır ortalama kayıp değeri, etiket bilgileri verilen güç transformatörünün demir ve bakır kaybı değerleriyle karşılaştırılmıştır. 3B'li analiz sonucunda elde edilen kayıplar gerçek transformatörün kayıp değerlerine daha yakın olduğu tespit edilmiştir. Güç transformatörünün nüvesi üzerinde akı dağılımı incelenerek hangi bölgelerde anlık kayıpların yoğun olduğu görsel olarak belirlenmiştir. 2B ve 3B benzetiminde elde edilen analiz sonuçları karşılaştırılmış ve 3B analizinde elde edilen sonuçların daha doğru olduğu tespit edilmiştir. 3B benzetiminin analiz değerleri ile gerçek transformatörün etiket bilgileri arasındaki farkın sebepleri incelenmiştir. Bu farklılığın sebepleri arasında imal edilen transformatörlerde malzemelerin ideal özelliklerinden farklı olması, simülasyon süresi ve imalat hataları sayılabilir. Transformatörün tam yükte boşta çalışmaya göre, birincil ve ikincil sargıları etkiyen kuvvetin daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.