Özel çekirdekli bir transformatör tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a special cored transformer
Yazar: SUDE HATEM
Danışman: PROF. DR. EROL KURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dönüştürücüler = Transformers ; Güç = Power ; Manyetik akı = Magnetic flux ; Yüksek frekans = High frequency

Özet:
Bu tez çalışmasında, yüksek frekans uygulamalarında yeni bir yaklaşım olan manyetik akışkan nüveli transformatörün (ANT) tasarımı ve optimize edilmesi üzerinde durulmuştur. Akışkan nüveli transformatörler düşük iletkenlikleri, yağ-bazlı manyetik akışkanlıkları ve süper paramanyetizma özellikleriyle, geleneksel transformatörlerde karşılaştığımız girdap akımları ve nüve kayıplarına bir çözüm olabilmekteler. Bu çalışmada kullanılan manyetik sıvı, 70μm çapında ferromanyetik tanelerden ve yalıtkan baz olarak motor yağından oluşmaktadır. Sistem esas olarak doğrusal bir akışkan nüveden ve birincil ve ikincil sargılardan oluşmaktadır. Deneysel çalışmalarda ferromanyetik tanelerin yağın içinde karmaşık bir model sergiledikleri ve ikincil sargıda tanımlanmış bir yüksek frekans çıktısı ürettiği kanıtlanmıştır.  Sistemin çalışma durumu akışkan çekirdeğin manyetezasyonuna bağlıdır. Testlerden elde edilen sonuçlar, uygulamada üretilen güç miktarı, sisteme uygulanan gerilimin frekasına, manyetik tanelerin kütlesine ve çıkış yüküne bağlı olduğunu kanıtlamıştır. Manyetik tanelelerin kütle değeri m=3.5 g'dan başlatılıp bu değeri arttırarak, sistemin çıkış gerilimi ve çıkış gücü açık devre durumunun yanısıra farkı değişken yükler için elde edilmiştir. Akışkan çekirdeğin farklı koşullar için manyetizasyon durumunu detaylıca gözlemleyebilmek adına benzetim çalışması COMSOL Multi-Physics 5.6 paket programı kullanılmıştır. Uygulamalı çalışmalarda en etkin çalışma frekans aralığı 9-13 (MHz) ve elde edilen en yüksek güç miktarı 423,36 mW olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the design and optimization of magnetic fluid core transformer (ANT), which is a new approach in high frequency applications, is emphasized. Fluid core transformers, with their low conductivity, oil-based magnetic fluidity and super paramagnetism, can be a solution to the eddy currents and core losses we encounter in conventional transformers. The magnetic fluid used in this study consists of ferromagnetic particles with a diameter of 70μm and motor oil as an insulating base. The system essentially consists of a linear fluid core and primary and secondary windings. It has been proven in experimental studies that ferromagnetic particles exhibit a complex pattern in the oil and produce a defined high frequency output in the secondary winding. The operating state of the system depends on the magnetization of the fluid core. The results obtained from the tests proved that the amount of power produced in practice depends on the frequency of the voltage applied to the system, the mass of the magnetic particles and the output load. Starting from m=3.5 g and up to high mass values, the output voltage and output power of the system have been obtained for the open circuit condition as well as for differential loads. In order to observe the magnetization state of the fluid core for different conditions in detail, the simulation study COMSOL Multi-physics 5.6 package program was used. In applied studies, the most effective operating frequency range was determined as 9-13 (MHz) and the highest amount of power obtained was determined as 423.36 mW.