Evirici çıkış transformatörlerinin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of inverter output transformers
Yazar: SELAMİ BALCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM SEFA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dönüştürücüler = Transformers ; Evirgeç tasarımı = Inverter design ; Manyetik = Magnetic ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Tasarım = Design

Özet:
Kesintisiz güç kaynakları ile güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları eviricilerinde, DA baranın yüklerden izole edilmesi ve/veya DA baranın şebeke gerilimi seviyesine getirilmesi gibi amaçlarla evirici transformatörleri kullanılmaktadır. Evirici transformatörleri yapısal özellikleri bakımından şebeke frekansında çalışan standart transformatörlerden giriş empedansı ve anahtarlama hataları sebebiyle oluşabilecek doyma etkisine önceden tedbir alınması gibi yönleriyle farklılık gösterirler. Bununla birlikte evirici transformatör tasarımı hem güç elektroniği hem de transformatör tasarım bilgilerini gerektiren karmaşık bir konu olup, transformatörün yüksek frekans davranışlarının da tasarımda dikkate alınması gerekir.Elektrik makinelerinin davranışlarının modellenebilmesini sağlayan ve sonlu elemanlar yöntemi ile analize olanak veren yazılımlar kullanıldığında nüve akı dağılımı, indüklenen gerilimler, nüve kayıpları, sargı indüktansları, sargı kayıpları, sargılarda oluşan kuvvetler gibi önemli tasarım parametreleri çok yüksek bir doğrulukla hesaplanabilmektedir. Böylece klasik tasarım yönteminin bir dezavantajı olan çok sayıda prototip üretimine gerek kalmamakta, değişik geometri ve nüve özelliklerindeki transformatörler hızlı bir şekilde analiz edilebilmektedir.Tasarım sürecinde, akı dağılımının tahmin edilmesi büyük ölçüde önem taşıdığından, paket yazılımlar ile görsel hale getirilmesi tasarımcıya öncelikle neleri inceleyeceği konusunda rehber olmaktadır. Akıların görselleştirilmesi, manyetik devrenin değişik bölgelerindeki kaçak ve faydalı akı dağılımını ortaya çıkarmakta, aynı zamanda nüvedeki manyetik doyum durumu hakkında da bilgi vermektedir.Bu çalışmada, klasik tasarımlı transformatör ile ayrık nüve tasarımlı transformatörün modellemesi yapılarak girişine şebeke ile modüle edilmiş sinüsoidal PWM uygulanmıştır. Hem klasik ve hem de ayrık nüveli modellerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte eviriciler için ayrık nüve geometrisi ile tasarlanan transformatör kullanıldığında, harmonikleri yok etmek için ayrıca filtre indüktörlerinin kullanılmasına gerek kalmadığı görülmüştür.

Abstract:
Inverter output transformers are used in Uninterruptible Power Supplies and renewable energy sources (such as solar and wind) with the aim of isolating DC link from loads and/ or adjusting DC link at the level of network voltage. Inverter transformers are different from standard transformers in terms of structural properties, such as input impedance and prevention from saturation which is caused by switching errors. Therefore design of an inverter transformer is complicated topic, which needs the information about both power electronics and design of transformer. Besides behaviors of an inverter transformers at high frequency level must be kept in view in the design.When software?s are used, which enables modeling of electrical machines behaviors and analyzing with finite elements methods, some important design parameters, such as core flux distribution, induced voltages, core losses, coil inductances, stranded losses, forces in coils, can be determined with high precision. A disadvantage of conventional design methods so that does not require a large number of the production of prototypes, transformers which have different geometry and core features can be analyzed quickly.Because prediction of flux distribution is important in design process, visualization with package programs guides the designer which point will be inspected. Visualization of flux exposes escape and useful flows at different zones of magnetic circuits and at the same time it gives also information about the situation of magnetic saturation at core.In this study, modeling of classical transformers and discrete core transformers was realized and modular sinusoidal PWM via network was applied to the input of inverter transformer. Obtained results from both single core and split core transformers were compared. Therefore it was also proven that when split core transformers have been used, there was no need to use filter inductors in order to remove harmonics.