Ανάλυση Απωλειών Μετασχηματιστών Ισχύος Με Προηγμένα Υλικά

Abstract

Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσονται αριθμητικές τεχνικές για τον υπολογισμό των απωλειών κενού φορτίου μετασχηματιστών διανομής τυλιχτού πυρήνα καθώς και μέθοδοι που αποσκοπούν στη μείωση τους. Οι συγκεκριμένες αριθμητικές τεχνικές συνδυάζονται με ντετερμινιστικούς και στοχαστικούς αλγόριθμους βελτιστοποίησης για την ελαχιστοποίηση του κατασκευαστικού κόστους και του ολικού κόστους κατοχής των μετασχηματιστών τυλιχτού πυρήνα.Ο υπολογισμός των απωλειών κενού φορτίου επιτυγχάνεται μέσω μίας νέας τεχνικής στην οποία συνδυάζονται η υπολογισμένη πεδιακή κατανομή της τιμής κορυφής της μαγνητικής επαγωγής και οι πειραματικά προσδιορισμένες τοπικές ειδικές απώλειες. Η εύρεση της τοπικής πεδιακής κατανομής υλοποιείται μέσω μίας πρωτότυπης επαναληπτικής διαδικασίας και μη γραμμικών μαγνητοστατικών αναλύσεων με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, αποφεύγοντας με αυτόν τον τρόπο τις υπολογιστικά ακριβείς αρμονικές και μεταβατικές αναλύσεις. Η αναπαράσταση της ανισοτροπίας του υλικού των τυλιχτών πυρήνων γίνεται μέσω ενός νέου ελλειπτικού ανιστροπικού μοντέλου που αναπτύχθηκε ειδικά για την πεδιακή ανάλυση των τυλιχτών πυρήνων, σε αντίθεση με τα συμβατικά ανισοτροπικά μοντέλα τα οποία έχουν αναπτυχθεί μέχρις στιγμής και είναι κατάλληλα για μετασχηματιστές στοιβαχτού τύπου. Το πλεονέκτημα της νέας αυτής τεχνικής σε σχέση με τις τεχνικές που εμφανίζονται στη διεθνή βιβλιογραφία είναι το μικρό υπολογιστικό κόστος και η καλή ακρίβεια, καθιστώντας τη συγκεκριμένη τεχνική ιδανική για βιομηχανική εφαρμογή.Επιπλέον, αναπτύχθηκε μία καινοτόμος τεχνική για τη μείωση των απωλειών κενού φορτίου η οποία δεν είχε προταθεί ξανά στη διεθνή βιβλιογραφία. Η συγκεκριμένη τεχνική βασίζεται στην ανομοιομορφία της τοπικής κατανομής της μαγνητικής επαγωγής των τυλιχτών πυρήνων και στη χρήση σύνθετων τυλιχτών πυρήνων που είναι κατασκευασμένοι από δύο διαφορετικές ποιότητες σιδηρομαγνητικών λαμαρινών κατευθυνόμενων κόκκων. Μέσω της τεχνικής αυτής είναι δυνατή η περαιτέρω μείωση του ολικού κόστους κατοχής των μετασχηματιστών τυλιχτού πυρήνα.Οι αριθμητικές τεχνικές που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της διατριβής συμβάλλουν στη μείωση του κατασκευαστικού κόστους των μετασχηματιστών τυλιχτού πυρήνα καθώς και στη μείωση των απωλειών κενού φορτίου.