KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Demiryolu Mühendisliği / 2022 / Cilt: 0 - Sayı: 16

Cer Transformatörlerinde Elektriksel Parametrelerin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi

Analysis of Electrical Parameters in Traction Transformers by Finite Element Method

Serenay ÇÜRÜKOVA KALE
Yunus Berat DEMİROL
Oluş SÖNMEZ
Mehmet Aytaç ÇINAR
Bora ALBOYACI
Sayfa
66–78
Yayın Tarihi
2022-10-12
DOI
—
🏛️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 kapsamda demiryolu sistemlerinde kullanılan trenlerin kritik elemanlarından biri olan cer transformatörlerinin elektriksel analizi için sonlu elemanlar yönteminin gerekliliği ifade edilmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Demiryolu sistemlerinde kullanılan elektrikli trenlerin hareket gücünü sağlamak için kullanılan motor sürücülerini cer transformatörleri beslemektedir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bunun yanında tren sistemlerinde kullanılmakta olan ekipmanların güç ihtiyaçlarını karşılayabilmek için farklı gerilim seviyelerinde çok sayıda sargı yapıları cer transformatörlerinde bulunmaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Bu kapsamda demiryolu sistemlerinde kullanılan trenlerin kritik elemanlarından biri olan cer transformatörlerinin elektriksel analizi için sonlu elemanlar yönteminin gerekliliği ifade edilmiştir.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Alan Parametreleri

Özet

Demiryolu sistemlerinde kullanılan elektrikli trenlerin hareket gücünü sağlamak için kullanılan motor sürücülerini cer transformatörleri beslemektedir. Cer transformatörleri lokomotiflerin altında veya üstünde, boyutları sınırlı bir alana yerleştirilmektedir. Bunun yanında tren sistemlerinde kullanılmakta olan ekipmanların güç ihtiyaçlarını karşılayabilmek için farklı gerilim seviyelerinde çok sayıda sargı yapıları cer transformatörlerinde bulunmaktadır. Demiryolu sistemlerinde sürdürülebilirlik, verim ve işletme güvenliğinin yüksek seviyede olması için cer transformatörlerinin tasarım parametrelerinin özel olarak incelenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda tasarım aşamasında detaylı analizlerin gerçekleştirilmesi ve standartlar referans alınarak değerlendirilmesi önemli olmaktadır. Cer transformatörlerinde kısa devre empedansı, inrush akımları, kazan kayıpları, çekirdek kayıpları gibi kritik öneme sahip elektriksel parametrelerin doğru bir şekilde hesaplanması teorik yöntemler ile her zaman mümkün olmamakta veya çok zahmetli olmaktadır. Bu durumda sonlu elemanlar analizi yönteminin birçok açıdan avantajı bulunmaktadır. Sonlu elemanlar analizleri ile yüksek doğrulukta ve kısa sürede hesaplamalar yapılabilmektedir. Bu çalışmada örnek bir cer transformatörünün elektriksel parametreleri Ansys Electronics Suite sonlu elemanlar analizi yazılımı ile hesaplanmıştır. Hesaplanan parametreler ile ilgili olarak özet bilgiler verilmiş, analiz adımları açıklanmıştır. Bu kapsamda demiryolu sistemlerinde kullanılan trenlerin kritik elemanlarından biri olan cer transformatörlerinin elektriksel analizi için sonlu elemanlar yönteminin gerekliliği ifade edilmiştir.

Abstract

Traction transformers feed the motor drivers used in electric locomotives in railway systems. Traction transformers are placed in a limited area above or below the locomotives. Due to the power needs of the equipment used in train systems, there are many winding structures at different voltage levels in traction transformers. Therefore, the design parameters of traction transformers should be specifically evaluated for providing a high level of sustainability, efficiency, and operational safety in railway systems. It is crucial to carry out detailed analyses during the design phase and evaluate them according to standards. Accurate calculation of critical electrical parameters such as short circuit impedance, inrush currents, tank losses and core losses in traction transformers is not always possible or very laborious with theoretical methods. In this case, the finite element analysis method has many advantages. With finite element analysis, calculations can be made with high accuracy and in a short time. This study calculated the electrical parameters of a sample traction transformer with Ansys Electronics Suite finite element analysis software. Summary information about the calculated parameters is given, and the analysis steps are explained. In this context, the necessity of the finite element method for the electrical analysis of traction transformers, which is one of the most critical components in railway systems, has been expressed.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

KALE, S. Ç., DEMİROL, Y. B., SÖNMEZ, O., ÇINAR, M. A., ALBOYACI, B. (2022). Cer Transformatörlerinde Elektriksel Parametrelerin Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi. Demiryolu Mühendisliği, Cilt: 0 - Sayı: 16, 66–78. https://ajindex.com/articles/487081

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (13)

  1. Z. Ye et al., “A calculation method to adjust the short-circuit impedance of a transformer,” IEEE Access, vol. 8, pp. 223848–223858, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3042983
  2. D. Azizian and M. Bigdeli, “Leakage inductance calculations in different geometries of traction transformers,” ECTI Trans. Electr. Eng. Electron. Commun., vol. 12, no. 2, pp. 28–34, 2014
  3. B. G. Park, T. S. Kim, K. J. Lee, R. Y. Kim, and D. S. Hyun, “Magnetic-field analysis on winding disposition of transformer for distributed high-speed train applications,” in IEEE Trans. Magn., 2010, vol. 46, no. 6, doi: 10.1109/TMAG.2010.2043646
  4. W. H. Ali, M. N. O. Sadiku, S. L. Abood, Fundamentals of Electric Machines: A Primer with MATLAB. Boca Raton, USA: CRC Press, 2019
  5. S. V. Kulkarni, S. A. Khaparde. Transformer Engineering: Design, Technology, and Diagnostics. Boca Raton, USA: CRC Press, 2017
  6. K. Dawood, B. Alboyaci, M. A. Cinar, O. Sonmez, “A new method for the calculation of leakage reactance in power transformers”, J. Electr. Eng. & Tech., vol. 12, no. 4, pp. 1883-1890, 2017, doi: 10.5370/JEET.2017.12.5.1883
  7. I. Sitar, M. Bilo, and D. Vale, “New design of traction transformers for fixed installations,” in International Colloquium Transformer Research and Asset Management, 2009, pp. 1–10
  8. I. Sitar and M. Jurković, “Modern design of EMU traction transformers,” in Automation in transportation, 2014, pp. 234–237
  9. D. Liu, B. Xiong, Z. Cheng, and F. Liu, “Effects of axial gap length between disc windings on magnetic fields and power losses of evaporative cooling traction transformers,” in Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, Nanjing, China, 2020, pp.1-7
  10. C. Yang, Y. Ding, H. Qiu, and B. Xiong, “Analysis of turn-to-turn fault on split-winding transformer using coupled field-circuit approach,” Processes, vol. 9, no. 8, pp. 1–13, 2021, doi: 10.3390/pr9081314
  11. D. Azizian, “Nonlinear behavior analysis of split-winding dry-type transformer using a new star model and a coupled field-circuit approach,” Arch. Electr. Eng., vol. 65, no. 4, pp. 773–787, 2016, doi: 10.1515/aee-2016-0054
  12. J. Smajic, G. Di Pino, C. Stemmler, W. Mönig, and M. Carlen, “Numerical study of the core saturation influence on the winding losses of traction transformers,” IEEE Trans. Magn., vol. 51, no. 3, pp. 1–4, 2015, doi: 10.1109/TMAG.2014.2360918
  13. J. El Hayek, “Influence of harmonics on traction transformers losses,” in ICEMS 2003 – Proc. 6th Int. Conf. on El