Eddy current losses in transformer windings

Målet med denne masteroppgaven er å undersøke en semi-analytisk tapberegningsmetode, spesielt når man tar hensyn til virvelstrømstap i transformatorviklinger. Dette gjøres gjennom sammenligninger mellom simulerte og målte resultater, og gjennom sammenligninger av målte og nominell data fra produsenten. Alt dette utføres på en trefase 230/400 V testtransformator. En stor del av denne masteroppgaven er å utvide arbeidet som er gjort i fordypningsprojektet med samme navn, ved å ta i betraktning sirkulerende strømmer og utføre målinger på transformatoren. De simulerte resultatene ble funnet ved bruk av COMSOL multiphysics. Dette ble gjort ved å modellere en 3D-modell av transformatoren for å finne de sirkulerende strømningene og ved å modifisere 2D-modellene som ble konstruert i fordypningsprosjektet. De simulerte sirkulerende strømmene ble brukt til å modifisere trefase-tapene som ble beregnet i fordypningsprosjektet. Dataene som ble samlet inn fra disse simuleringene ble behandlet ved hjelp av Microsoft Excel. De nominelle dataene som ble brukt til sammenligning ble anskaffet fra produsenten av transformatoren, Noratel. De forskjellige type målinger som ble utførst varierte. En kortslutningstest ble utført og sammenlignet med de nominelle dataene. Motstandsmålinger av transformatoren ble utført for å beregne gjennomsnittstemperaturen på viklingene etter en varmekjøringstest og motstanden til viklingene ved romtemperatur. Måling av sirkulerende strømmer på primærsiden av transformatoren ble utført ved bruk av Rogowski-spoler. Dette ble gjort for å sammenligne disse strømmene med det simulerte resultatet. Termoelementer ble brukt til å måle temperaturøkningen i forskjellige vindinger, og ble brukt til å beregne kobbertapet i de respektive vindingene. Dette ble gjort på 3 forskjellige strømnivåer. For å behandle disse dataene ble MATLAB og Microsoft Excel brukt. Kortslutningstesten viste at kobbertapene som ble oppgitt i de nominelle dataene ble utført ved nominell temperatur i viklingene. Ved nominell temperatur var forskjellen mellom det målte tapet og det nominelle tapet 0,7 %. Trefase-tapene som ble funnet ved romtemperatur i fordypningsprosjektet ved 841,3 W økte til 931,7 W når man tok i betraktning sirkulerende strømmer, en økning på 10,7 %. Det korrigerte tapet er fremdeles ikke på 1,11 kW, som er kobbertapene som er registrert ved romtemperatur for transformatoren. Når man sammenligner de simulerte sirkulerende strømmene i primærviklingen og de målte sirkulerende strømmene, er det tydelig at forskjellen er ganske liten, både i amplitude og fasevinkel. Fra motstandsmålingen ble det klart at primærviklingen har størst motstand. Det var en viss forskjell mellom den målte og beregnede verdien av motstanden ved romtemperatur, 7.648 \% i sekundærviklingen og 8.215 \% i primærviklingen. Denne forskjellen antas å skyldes unøyaktige antagelser om geometri fra transformatoren og unøyaktig data om resistivitet og areal av lederen. For motstanden etter varmekjøringstest ble det klart at den beregnede gjennomsnittstemperaturen i primærviklingen stemte godt overens med den målte temperaturen. For temperaturmålingene påviste lineariteten i de første 10 minuttene av målingene at antakelsen om tilnærmet adiabatisk oppvarming var gyldig. Det ble også tydelig at den aktive effekten var proposjonal med temperaturøkningen. Når man brukte disse temperaturøkningene for å beregne effekttapet i svingene, var det noen forskjeller mellom det målte og simulerte resultatet avhengig av parallellen i viklingen, uavhengig av strøm. Årsaken til dette ble ikke funnet, og videre målinger vil være fordelaktig. Sammenligningen mellom den magnetodynamiske og semi-analytiske tapberegningsmetoden når man vurderer sirkulerende strømmer, viste små forskjeller mellom metodene, og det antas derfor at de kan brukes om hverandre ved 50 Hz. For sammenligningene mellom tapsberegningsmetodene med og uten sirkulerende strømmer, ble forskjeller tydelige avhengig av parallellene i viklingene og kan forklares ved hjelp av lekkfeltet og viklingens geometri