Design and analysis of power transformers with a novel three dimensional core geometry

Güç transformatörleri elektrik üretim, iletim, dağıtım sistemlerinin pahalı ve önemli donanımlarından birisidir. Büyük güçlerin aktarımında kullanılan bu ekipmanların sorunsuz, güvenli ve verimli bir şekilde çalışması, enerji iletimi ve dağıtımı için hayati önem arz etmektedir. Bu çalışmada güç transformatörlerinin verimliliklerinin artırmanın yanı sıra ideal olmayan şebeke gerilimi ve dengesiz yük koşullarını iyileştirerek şebekeye pozitif yönde katkıda bulunmak amacı ile tüm dünyada yaygın olarak kullanılmakta olan E tipi nüveye sahip transformatör çekirdeklerine alternatif olarak, yenilikçi ve simetrik geometriye sahip dört farklı tipte 3D nüve tasarımı öne sürülmüştür. Dördü 3D yenilikçi tasarım olmak üzere ele alınan beş farklı nüve tipi benzer şartlar altında, sonlu elemanlar metodundan yararlanarak işlem yapan EMWorks yazılımı ile simule edilerek, tasarımlar maksimum akı yoğunluğu, fazlar arası akı yoğunluğu dağılımı, maksimum sıcaklık, kayıplar, bağıl kısa devre gerilimleri ve kısa devre akımları bakımından değerlendirilmiştir.Power transformers are an expensive and important equipment of electricity generation, transmission and distribution systems. The smooth, safe and efficient operation of these equipment used in the transmission of large powers is vital for energy transmission and distribution. In this study, it is aimed to contribute to the grid positively by improving the efficiency of the power transformers as well as improving the non-ideal grid voltage and unbalanced load conditions. For this purpose, as an alternative to transformer cores with E-type cores, which are widely used all over the world, four different types of 3D core designs with innovative and symmetrical geometry have been proposed. Five different core types, four of which are 3D innovative designs, are simulated with EMWorks software using the finite element method under similar conditions, and designs are evaluated for maximum flux density, flux density distribution between phases, maximum temperature, losses, relative short circuit voltages and short circuit current