KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Demiryolu Mühendisliği / 2026 / Sayı: 23

Cer Transformatörlerinde Radyal ve Eksenel Sargı Girdap Akımı Kayıplarının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Hesaplanması

Calculation of Radial and Axial Winding Eddy Losses in Traction Transformers by Finite Element Method

Serenay Çürükova Kale(Sönmez Transformatör San. ve Tic. A.Ş)0000-0003-2485-2120
Oluş Sönmez(Sönmez Transformatör San. ve Tic. A.Ş)0000-0002-4773-6555
Bora Alboyacı(KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-1117-0326
Yunus Berat Demirol(GENETEK Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri Özel Eğitim ve Danışmanlık San. Tic. Ltd. Şti.)0000-0001-7168-2764
Sayfa
157–168
Yayın Tarihi
2026-01-20
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bu amaçla hem teorik yaklaşım, hem sonlu elemanlar yöntemi destekli teorik yaklaşım ile analizler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Demiryolu taşımacılığında kullanılmakta olan elektrikli lokomotiflerde cer gücünü sağlamak için birden fazla sistem ve ekipman kullanılmaktadır ve bunlardan biri de cer transformatörleridir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Temel bileşende oluşan girdap akımı kayıplarından harmonikli durumda oluşacak olan kayıpların hesaplanmasından IEC 61378-1:2011 standardında bahsedilmektedir.
💡
Sonuç & Katkı:Bu amaçla hem teorik yaklaşım, hem sonlu elemanlar yöntemi destekli teorik yaklaşım ile analizler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:2011 Verileri
⚙️Değişkenler:Cer transformatörü · Sargı eddy kaybı · SEY

Özet

Demiryolu taşımacılığında kullanılmakta olan elektrikli lokomotiflerde cer gücünü sağlamak için birden fazla sistem ve ekipman kullanılmaktadır ve bunlardan biri de cer transformatörleridir. Cer transformatörü tasarımı aşamasında analiz edilmesi gerekli olan önemli parametreler bulunmaktadır. Bu parametrelerden biri de transformatör üzerinde oluşan sargı girdap akımı kayıplardır. Bunun yanında, cer transformatörlerinin beslediği konverter elemanlarının doğası gereği, cer transformatörü sargıları harmonikli akımlar ile yüklenmektedir. Harmonikli akımlar ile yüklenen sargılarda girdap akımı kayıpları önemli derecede artabilmektedir. Temel bileşende oluşan girdap akımı kayıplarından harmonikli durumda oluşacak olan kayıpların hesaplanmasından IEC 61378-1:2011 standardında bahsedilmektedir. Buna göre harmonikli akımlar ile yüklenme durumunda kayıp hesabının daha doğru bir şekilde yapılabilmesi için sargılarda temel bileşende meydana gelen radyal ve eksenel girdap akımı kayıplarının ayrı ayrı bilinmesi gerekmektedir. Bu kayıp değerlerinin teorik yaklaşımlar ile hesaplanması ise radyal kayıplar için mümkün olmamaktadır. Çünkü oluşan bu kayıplar sargılar üzerinde oluşan manyetik alandan dolayı olmaktadır ve bu manyetik alanın dağılımının hesaplanması gerekmektedir. Bu aşamada sonlu elemanlar yöntemi gibi nümerik analiz yöntemleri kullanılabilmektedir. Bu çalışmada ise örnek bir cer transformatörü üzerinde sonlu elemanlar yöntemi ile sargı girdap akımı kayıplarının bileşenleri hesaplanmıştır. Bu amaçla hem teorik yaklaşım, hem sonlu elemanlar yöntemi destekli teorik yaklaşım ile analizler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract

In electric locomotives used in railway transportation, multiple systems and equipment are used to provide traction power, and one of them is traction transformers. There are important parameters need to be analyzed during the traction transformer design phase. One of these parameters is the winding eddy losses. In addition, due to the nature of the converter components fed by the traction transformers, the traction transformer windings are loaded with harmonic currents. Eddy losses could increase significantly when windings loaded with harmonic currents. The calculation of the losses that will occur in harmonic loading from the eddy losses in the fundamental component is mentioned in the IEC 61378-1:2011 standard. Accordingly, radial and axial losses occurring in the fundamental component in the windings should be known separately to make the loss calculation more accurate when loading with harmonic currents. Calculating these loss values with theoretical approaches is not possible for radial losses. Because these losses are due to the magnetic field on the windings, the distribution of this magnetic field must be calculated. At this stage, numerical analysis methods such as the finite element method can be used. In this study, the components of winding eddy losses are calculated using the finite element method on a sample traction transformer. For this purpose, both the theoretical approach and the theoretical approach supported by the finite element method are analyzed, and the results are compared.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Kale, S. Ç., Sönmez, O., Alboyacı, B., Demirol, Y. B. (2026). Cer Transformatörlerinde Radyal ve Eksenel Sargı Girdap Akımı Kayıplarının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Hesaplanması. Demiryolu Mühendisliği, Sayı: 23, 157–168. https://doi.org/10.47072/demiryolu.1839521

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (20)

  1. J. Wu, C. Liu, X. Zhang, J. Hao, J. Sun, and Z. Li, “Influence of Harmonic Current on the Winding Loss and Temperature Distribution of AC Transformer,” in 2021 6th Asia Conference on Power and Electrical Engineering (ACPEE), 2021, pp. 1492–1498. doi: 10.1109/ACPEE51499.2021.9437126.
  2. M. Ghazizadeh, J. Faiz, and H. Oraee, “Derating of distribution transformers under non-linear loads using a combined analytical-finite elements approach,” IET Electr. Power Appl., vol. 10, no. 8, pp. 779–787, 2016, doi: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2016.0103.
  3. W. Song, J. Fang, Z. Jiang, M. Staines, and R. Badcock, “AC Loss Effect of High-Order Harmonic Currents in a Single-Phase 6.5 MVA HTS Traction Transformer,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 29, no. 5, 2019, doi: 10.1109/TASC.2019.2901014.
  4. J. Smajic, J. Hughes, T. Steinmetz, D. Pusch, W. Mönig, and M. Carlen, “Numerical computation of ohmic and girdap akımı-current winding losses of converter transformers including higher harmonics of load current,” IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 2, 2012, doi: 10.1109/TMAG.2011.2171926.
  5. Y. Li, X. Yan, C. Wang, Q. Yang, and C. Zhang, “Girdap akımı Current Loss Effect in Foil Winding of Transformer Based on Magneto-Fluid-Thermal Simulation,” IEEE Trans. Magn., vol. 55, no. 7, 2019, doi: 10.1109/TMAG.2019.2897503.
  6. X. Yu, Y. Tan, H. Wang, X. Wang, Y. Zang, and P. Guo, “Thermal analysis and optimization on a transformer winding based on non-uniform loss distribution,” Appl. Therm. Eng., vol. 226, 2023, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120296.
  7. J. Xu et al., “Simulation study on converter transformer windings stress characteristics under harmonic current and temperature rise effect,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 165, p. 110505, Apr. 2025, doi: 10.1016/J.IJEPES.2025.110505.
  8. C. Liu, J. Hao, R. Liao, F. Yang, W. Li, and Z. Li, “Magnetic flux leakage, girdap akımı current loss and temperature distribution for large scale winding in UHVDC converter transformer based on equivalent 2D axisymmetric model,” Electr. Eng., vol. 106, no. 1, 2024, doi: 10.1007/s00202-023-02020-0.
  9. B. Alboyacı, M. A. Çınar, and Y. B. Demirol, “Energy Efficiency of Modern Power and Energy Systems, Chapter 8 - Design of energy-efficient power transformers by considering nonlinear loads,” in Energy Efficiency of Modern Power and Energy Systems, Elsevier, 2024, pp. 141–174.
  10. M. Vukovic and D. Zarko, “Finite Difference Model for the Calculation of Girdap akımı Current Losses in Foil Windings of Distribution Transformers,” in 2024 International Conference on Electrical Machines, ICEM 2024, 2024. doi: 10.1109/ICEM60801.2024.10700262.
  11. Y. Liu et al., “Calculation method of winding girdap akımı-current losses for high-voltage direct current converter transformers,” IET Electr. Power Appl., vol. 10, no. 6, 2016, doi: 10.1049/iet-epa.2015.0559.
  12. Y. Yin and L. Li, “Improved method to calculate the high-frequency girdap akımı currents distribution and loss in windings composed of round conductors,” IET Power Electron., vol. 10, no. 12, 2017, doi: 10.1049/iet-pel.2016.0691.
  13. P. T. Liss, J. P. P. Perin, L. H. Medeiros, V. C. Bender, T. B. Marchesan, and R. Fabich, “Estimation of Girdap akımı Current Losses in Power Transformer Windings Through Leakage Flux Analysis using FEM,” in 2025 17th Seminar on Power Electronics and Control (SEPOC), 2025, pp. 1–6. doi: https://doi.org/10.1109/SEPOC67005.2025.11297730.
  14. S. V. Kulkarni and S. A. Khaparde, Transformer Engineering Design, Technology, and Diagnostics. CRC Press, 2004.
  15. B. Alboyacı, M. A. Çınar, and Y. B. Demirol, “Influence of busbar trunking system design on thermal performance operating with non-sinusoidal currents,” Electr. Power Syst. Res., vol. 214, no. 108815, pp. 1–9, 2023.
  16. Y. B. Demirol and Ö. Kalenderli, “Investigation of effect of laying and bonding parameters of high-voltage underground cables on thermal and electrical performances by multiphysics FEM analysis,” Electr. Power Syst. Res., vol. 227, p. 109987, 2024, [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.109987
  17. Y. B. Demirol, M. A. Çınar, and B. Alboyacı, “Evaluation of cable and busbar system in multiconductor distribution systems in terms of current and magnetic field distributions,” Turkish J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 29, no. 7, pp. 3119–3132, 2021, doi: 10.3906/ELK-2103-108.
  18. B. Alboyacı, M. A. Çınar, Y. B. Demirol, and A. Ince, “Evaluation of the effect of structural defects in the heat-shrink cable terminal on electric field distribution,” Eng. Fail. Anal., vol. 132, no. 105920, pp. 1–15, 2022, doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105920.
  19. B. Alboyacı, M. A. Çınar, Y. B. Demirol, and M. Uzar, “Reducing the failures with adding glass insulators to composite insulators of 400 kV transmission line at high altitude,” Eng. Fail. Anal., p. 106678, 2022, doi: 10.1016/j.engfailanal.2022.106678.
  20. M. Uzar, Y. B. Demirol, M. A. Çınar, and B. Alboyacı, “Investigation of the Effect of Corona Ring Design Parameters on Electric Field Distribution by Finite Element Method,” Turk J Electr Power Energy Syst., vol. 3, no. 1, pp. 1–8, 2023, [Online]. Available: https://tepesjournal.org/en/investigation-of-the-effect-of-corona-ring-design-parameters-on-electric-field-distribution-by-finite-element-method-1679