تحلیل سه‌بعدی نیروهای الکترومکانیکی ترانسفورماتور سه‌فاز فشارمتوسط تحت تأثیر جریان هجومی به روش آنالیز اجزای محدود با ارائه ساختار جدید سیم‌پیچی
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترعلیاکبر نصیری 1 * , علی‌محمد رنجبر 2 , فرامرز فقیهی 3 , سودابه سلیمانی 4
1 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
2 - دانشگاه صنعتي شریف
3 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
4 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
کلید واژه: ترانسفورماتور سه‌فاز فشارمتوسط ساختار سیم‌پیچی SPS جریان هجومی روش اجزای محدود سه‌بعدی نیروی الکترومکانیکی,
چکیده مقاله :
نیروهای الکترومکانیکی گذرا، تنش‌های مکانیکی شدیدی بر روی سیم‌پیچی‌ها و عایق‌های ترانسفورماتور در دو جهت شعاعی و محوری القا می‌کنند. در این مقاله، تأثیر این نیروها در لحظه جریان هجومی بر روی یک ترانسفورماتور سه‌فاز فشارمتوسط ضمن پیاده‌سازی ساختار جدیدی از سیم‌پیچی به روش ثانویه- اولیه- ثانویه (SPS) بررسی می‌شود. به منظور تحلیل نیروهای الکترومکانیکی، مدل سه‌بعدی ترانسفورماتور سه‌فاز توسط نرم‌افزار 0/15Ansoft Maxwell V شبیه‌سازی و مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پتانسیل برداری مغناطیسی، چگالی شار مغناطیسی و نیروهای الکترومکانیکی، توسط یک روش آنالیز اجزای محدود الکترومکانیکی سه‌بعدی برای حالت‌های مختلف سیم‌پیچی متداول و SPS به دست می‌آید. از مقایسه و تحلیل نتایج، یک ساختار بهینه برای سیم‌پیچی ترانسفورماتور سه‌فاز در راستای کمینه‌سازی نیروهای الکترومکانیکی در لحظه جریان هجومی پیشنهاد شده است
Transient mechanical force in transformer induced critical mechanical stress on windings and transformers in radial and axial directions. In this paper, impact of force’s within transient inrush current duration on MV three phase transformer with propose novelty winding configuration (S-P-S) to considered. In order to forces analysis, a 3-D model of three phase transformer developed by use Ansoft Maxwell V15.0. Magnetic vector potential, Magnetic flux density and electro-mechanical force’s of SPS-type and conventional-type of configuration windings and transformer calculated from a 3D finite element model. Based on the comparison and result analysis, proposed an optimal configuration for transformer winding in order to trade-off and minimization of electromechanical force’s in the transient inrush current state.
[1] J.-Y. Lee, et al., "Finite-element analysis of short circuit electromagnetic force in power transformer," in Proc. Int. Conf. on Electrical Machines and Systems, ICEMS'9, 4 pp., Tokyo, Japan, 2009.
[2] J. H. Brunke and K. J. Frohlich, "Elimination of transformer inrush currents by controlled switching theoretical considerations," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 16, no. 2, pp. 276-280, Apr. 2001.
[3] A. A. Adly, "Computation of inrush current forces on transformer windings," IEEE Trans. of Magn., vol. 37, no. 4, pp. 2855-2857, Jul. 2001.
[4] H. Li, et al., "Analysis of three-phase power transformer windings forces caused by magnetic inrush and short-circuit currents," in Proc. of 2009 IEEE Int. Conf. on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices, ASEMD, pp. 233-236, Chengdu, China, 25-27 Sep. 2009.
[5] J. Takehara, M. Kitagawa, T. Nakata, and N. Takahashi, "Finite-element analysis of inrush currents in three phase transformers," IEEE Trans. Magn., vol. 23, no. 5, pp. 2647-2649, Sep. 1987.
[6] H. -M. Ahn, et al., "Finite-element analysis of short circuit electromagnetic force in power transformer," IEEE Trans. on Indust. Applications, vol. 47, no. 3, pp. 1267-1272, May/Jun. 2011.
[7] N. Chiesa, Power Transformer Modeling for Inrush Current Calculation, Ph.D. Thesis, Norwegian University of Science and Technology, NTNU, 2010:64.
[8] A. Agarwall, Principles of Electrical Machine Design Handbook, New York: Marcel Dekker, 2004.
[9] S. J. Salon, Finite Element Analysis of Electrical Machines, New York: Rensselaer Polytech. Inst., 1995.
[10] N. Chiesa, Power Transformer Modeling for Inrush Current Calculation, Ph.D. Thesis, Norwegian University of Science and Technology, NTNU, 2010.
[11] S. V. Kulkarni and S. A. Khaparde, Transformer Engineering, New York: Marcel Dekker, 2004.
[12] H. Heydari and F. Faghihi, "Mechanical force analysis in heavy current HTS transformers based on field and current nonuniformity coupled analysis," IEEE Trans. on Applied Superconductivity, vol. 20, no. 4, pp. 2276-2282, Aug. 2010.
[13] H. Heydari and F. Faghihi, "Hybrid winding configuration in high-current injection transformers based on EMC issues," IET Electric Power Applications, vol. 3, no. 3, pp. 187-196, Apr. 2009.
[14] M. R. Feyzi and M. Sabahi, "Finite element analysis of short circuit forces in power transformers with asymmetric conditions," in Proc. IEEE Int. Symp. Ind. Electron., pp. 576-581, 30 Jun.-2 Jul. 2008.
[15] R. A. Naghizadeh, B. Vahidi, and S. H. Hosseinian, "Modelling of inrush current in transformers using inverse jiles - atherton hysteresis model with a neuro-shuffled frog-leaping algorithm approach," IET, Electric Power Applications, vol. 6, no. 9, pp. 727-734, Nov. 2012.
[16] N. Chiesa, B. A. Mork, and H. K. Hoidalen, "Transformer model for inrush current calculations: simulations, measurements and sensitivity analysis," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 25, no. 4, pp. 2599-2608, Oct. 2010.