Kuru tip transformatörün tasarım değişkenlerine bağlı olarak verim optimizasyonu
Efficiency optimization of dry type transformer based on design variables
Yazar: SEDA KÜL
Danışman: DOÇ. DR. SÜLEYMAN SUNGUR TEZCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güç transformatörü = Power transformer ; Optimizasyon = Optimization ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Verim = Yield

Özet:
Transformatör optimizasyonu, kullanım alanlarının çeşitliliği ve zorluğu açısından önemli bir konudur. Klasik yöntemlerle transformatör boyutlarında yapılacak herhangi bir değişim transformatörün çalışma koşullarını ve performansını ne derece etkileyeceği tam bilinemeyeceğinden uygun ve yeterli bir yöntem değildir. Bu tez çalışmasında kuru tip üç fazlı transformatörün verimini artırmak için daha önce transformatör optimizasyonunda kullanılmayan algoritmalar kullanılmış, bununla beraber optimizasyon işleminde kullanılan değişken sayısının önemine dikkat çekilmiştir. Aynı zamanda nüve malzemesinin değişiminin kullanılan yöntemde herhangi yeni bir değişime gerek kalmaksızın uygulanabilirliğini devam ettirilmesi göz önünde bulundurulmuştur. Literatürdeki çalışmalar özellikle kuru tip transformatör için maliyet, kayıp ve sıcaklıklar farklı optimizasyon yöntemleri ile minimize etmeye çalışmaktadır. Oysa bu çalışmalar sadece boyutları dikkate alarak çalışma yapmaktadır ve optimizasyon işlemi sonrasında elde edilen herhangi bir duruma göre değerlendirme yapılmamaktadır. Bu durum transformatörün çalışma koşullarının hala sağlanıp sağlanmadığı ile ilgili bilgi vermemektedir. Oysaki seçilen değişkenlerde manyetik akı yoğunluğunun olmaması ve bu değişkenin hesaplamalarda sabit alınması bile transformatörün çalışma prensiplerine uygun olmamaktadır. Bu nedenlerden dolayı, yapılan bu tez çalışmasında transformatör optimizasyonu yapılırken kullanılan değişkenler olabildiğince artırılmaya çalışılmıştır ki birinin değişimine karşılık diğer değişkenlerde meydana gelen değişimlerin, boyutların olması gereken sınırların dışına çıkmasını engellemek amaçlanmıştır. Ayrıca Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) analizi kullanılarak transformatör modellemesi yapılarak herhangi bir prototip işlemine gerek kalmadan transformatörün çalışması incelenebilmiştir.  Bu çalışmanın temel katkısı, daha önce transformatör optimizasyonunda kullanılmayan optimizasyon yöntemleri ile belirlenen temel tasarım parametrelerinin optimize edilmesi ve kayıpların azaltılarak verimliliğin maksimize edilmesidir. Bu işlem sırasında çekirdek kaybı için temel kayıp denklemindeki malzemelerin kayıp sabitleri kullanılmıştır. Böylece transformatör optimizasyonundaki gelişmelere ve literatüre katkı sağlamak hedeflenmiştir.

Abstract:
Transformer optimization is an important issue in terms of the variety and difficulty of usage areas. It is not an appropriate and sufficient method since it cannot be known exactly how any change in transformer dimensions with classical methods will affect the operating conditions and performance of the transformer. In this thesis, algorithms that were not used in transformer optimization before were used to increase the efficiency of the dry type three-phase transformer. The importance of the number of variables used in the optimization process was emphasized. At the same time, it has been taken into account that the change of the core material will continue to be applicable without the need for any new changes in the method used. Studies in the literature try to minimize costs, losses, and temperatures with different optimization methods, especially for dry-type transformers. However, these studies only consider the dimensions and are not evaluated according to any situation obtained after the optimization process. This situation does not give information about whether the operating conditions of the transformer are still provided or not. However, even the absence of magnetic flux density in the selected variables and taking this variable as constant in the calculations are not suitable for the operating principles of the transformer. For these reasons, in this study, the variables used in transformer optimization were tried to be increased as much as possible so that the changes in the other variables against the change of one were aimed to prevent the dimensions from going beyond the limits that they should be. In addition, the operation of the transformer can be examined without the need for any prototype process by modeling the transformer using the Finite Element Method (FEM) analysis. The main contribution of this study is optimizing the basic design parameters determined by optimization methods that have not been used in transformer optimization before and maximizing efficiency by reducing losses. During this process, the loss constants of the materials in the basic loss equation were used for the core loss. Thus, it is aimed to contribute to the developments in transformer optimization and to the literature.