Nonlineer yük besleyen tek fazlı bir transformatörün doyma etkisi dikkate alınarak modellenmesi ve analizi

Sürekli artan dünya nüfusu ve gelişmekte olan endüstri enerji talebini ya da tüketimini muazzam şekilde arttırmaktadır. Doğaya zarar vermeyen temiz enerjinin üretilmesi ve iletilmesinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde tüketilen enerjinin çoğu güç santrallerinde üretilmektedir. Üretilen bu enerji genel olarak alternatif akım olarak iletilir. İletim hattı boyunca gerilim seviyesini değiştirmek için güç transformatörleri kullanılır. Bundan dolayı güç transformatörlerinin tasarımı, üretimi, korunması, bakımı ve modellenmesi önemlidir ve sürekli araştırılması ve geliştirilmesi gereken bir alandır. Transformatörlerin nonlineer olma durumu; çekirdekteki doyma, histerezis ve girdap akımlarından kaynaklanmaktadır. Bu etkiler yüksüz durumda uyarma akımı dalga biçimini bozar ve transformatörün geçici durum davranışı üzerinde önemli bir rol oynarlar. Bu nedenle, transformatörün modellenmesinde histerezis döngüsünün hesaba katılması, çekirdeğin doğrusal olmama durumunun etkilerini anlamak için çok gereklidir Modern elektrik dağıtım sistemlerinde güç kaynakları, doğrultucu devreleri, elektrikli ev aletleri, ayarlanabilir hız sürücüleri gibi nonlineer yüklerin kullanımı artış eğilimindedir. Bu nonlineer yükler şebekeden sinüzoidal olmayan akımlar çekerken aynı zamanda gerilim ve akım dalga şeklinde harmonik adı verilen bozulmalara yol açar. Enerji hatlarında harmoniklerin varlığı; düşük güç faktörüne, düşük verimliliğe, dağıtım sisteminde güç kayıplarının artmasına ve girişim sorunlarına neden olur. Doğrusal olmayan yükün artışı aynı zamanda toplam harmonik bozunumun artmasına neden olur ve dolayısıyla transformatör üzerindeki yüklenmeyi de arttırır. Bu çalışmada transformatörün hizterezis ve doyum etkilerini içeren transformatör modeli oluşturulmuştur. Transformatörün modelleme sürecinde histerezis döngüsünün hesaba katılması, doyum etkisi, harmonik etkiler ve ani akımların etkilerini içerecek şekilde analiz yapmak için ters Jiles-Atherton histerezis modeli kullanılarak Matlab/Simulink benzetimi gerçekleştirilmiştir. Primer geriliminin farklı enerjilendirme açılarına göre oluşturulan transformatör modeli yüksüz çalıştırılarak enerjilendirme akımının değişimi ve doyum etkileri incelenmiştir. Doğrusal olmayan yük koşullarının transformatör üzerindeki etkileri oluşturulan modele tek fazlı kontrollü doğrultucu eklenerek farklı tetikleme açıları için analiz edilmiştir. Farklı yük durumları için transformatörün giriş çıkış büyüklüklerine ait harmonik analiz ve toplam harmonik bozunum değişimleri detaylı olarak verilmiştir.