Doğrusal olmayan yüklere uygun yağlı tip transformatörün tasarımının geliştirilmesi ve standartlardaki kabullerle teorik ve deneysel karşılaştırılması
Developing the design of oil immersed transformers for nonlinear loads and comparison of their theoretical and experimental results with standard assumptions
Yazar: ALI MAMIZADEH
Danışman: PROF. DR. İRES İSKENDER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde elektrik enerjisine olan talebin hızla artması, elektrik alıcılarının çok çeşitlilik göstermesi, doğrusal olmayan yarı iletken güç elemanlarının sık kullanılması, şebekeden doğrusal olmayan akımların çekilmesine, dolayısıyla harmoniklerin üretilmesine yol açmaktadır. Bu harmonikler şebekede çalışmakta olan transformatörleri olumsuz yönde etkilemektedir. Transformatörler elektrik şebekesinin çeşitli yerlerinde çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Transformatörlerde meydana gelen herhangi bir sorundan dolayı elektrik kesintileri meydana gelerek ekonomiye ciddi zararlar verebilmektedir. Bu gerçekler dikkate alındığında, elektrik sistemlerindeki transformatörlerin daha güvenilir ve ekonomik çalıştırılması büyük önem kazanmaktadır. Harmonikli akımlardan dolayı transformatör kayıpları artarak sargıların çalışma sıcaklığını yükseltmektedir. Sıcaklık artışı sargı yalıtımını hızla yaşlandırarak transformatörün faydalı ömrünün azalmasına sebep olmaktadır. 1980'lerden bu yana harmoniklerden dolayı sargılarda meydana gelen ek kayıplar incelenmiş ve üzerinde çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Harmonikli durumlarla ilgili standartların kayıp faktörünün hesaplanmasıyla ilgili sunduğu yöntemlerin ve bu yöntemlerin düzeltilmesiyle ilgili sunulan çalışmaların eksik yönleri bulunmaktadır. Tez çalışmaları ile bu hata kaynakları tespit edilmiştir ve yapılan çalışmalar ile literatürdeki bu etkilerin boşluğu giderilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi ile sargıların analizi harmonikli akımlar durumunda gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar frekans tanım bölgesinde ve zaman tanım bölgesinde gerçekleştirilmiştir. Analiz çalışmalar sonucunda harmonik kayıp faktör eğrileri elde edilmiştir. Tezin beşinci bölümünde transformatörlerin termal modellemesi ve termal hususlar incelenmiştir. Geliştirilen kayıp faktörü ve termal modele dayanarak,  doğrusal olmayan yükler için optimal transformatör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Dört farklı tasarımın imalatı yapılıp, deneysel doğrulama faaliyetleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler ile tasarlanan transformatörlerin standart kabul koşulları sağladığı saptanmıştır.

Abstract:
The rapid increase in the demand for electrical energy, increasingly diverse usage of electric and the frequent use of non-linear semiconductor power elements, lead to the production of harmonics in the network due to withdrawal of the non-linear currents. These harmonics negatively affect the transformers that are used on networks. These transformers are used in different parts of the electrical grid for various purposes. Any fault occurring in these transformers results in power outages with serious economic waste as a consequence. Therefore, the reliable and economic operation of transformers in power systems has received more attention. Non sinusoidal currents increase power losses in transformers and lead to increase in winding temperature. Increase in temperature accelerates the aging of insulation of the transformer and decreases the life expectancy. Since the 1980s, several studies have investigated the additional losses of transformers that occur because of harmonics. The offered methods for the calculation of harmonic loss factor, related standards and correction studies have deficiencies. In this study the source of errors are determined, and in the framework of this study the ignorance of these effects are resolved and removed. For removing these gaps, the analysis of windings and finite elements are done for non-sinusoidal situations in both frequency and time domain. Using the finite element method, the curves of harmonic loss factors were obtained. In the fifth section of the thesis the thermal modelling and thermal related issues were analyzed. An optimal design approach was actualized based on improved harmonic loss factors and thermal modelling. Production of four different designs were materialized and the experimental verification of these transformers were carried out. These experiments verified that the designed transformers complied with standard assumptions.