Transformatör çekirdeklerinde kullanılan elektrik çelikleri ve amorf şeritlerin uç uca gelen birleşim yerlerindeki manyetik akı dağılımının deneysel ve kuramsal incelenmesi

Abstract

Transformatör çekirdekleri oluşturulurken kullanılan manyetik maddeler (elektrik çelikleri, amorf şeritler vb.) dışında çekirdeklerin geometrisi de çok önemlidir. Bir transformatör çekirdeği yapılırken geometriye bağlı olarak levhaların köşe ve orta yerlerinde hava aralıkları oluşmaktadır. Bu hava aralıkları akı dağılımında değişmelere yol açmaktadır. Bu çalışmada, hava aralıklarının manyetik akı yoğunluğu dağılımları üzerindeki etkisi üç katlı elektrik çeliklerinden (M4) ve amorf şeritlerden (Metglas-2605SC) yapılmış örneklerde incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Levhalar arasındaki akı geçişleri aynı örnekte (M4) farklı yerlere yerleştirilen algılama bobinlerinin yardımıyla ayrıntılı olarak incelenmiş ve manyetik akı yoğunluğu değişimi yüzde olarak hesaplanmıştır. z- tipi (Unicore) transformatör çekirdeğinde oluşan hava aralıklarının da akı dağılımına etkisi incelenmiştir. Akının, Unicore’ daki hava aralıklarının oluşumu nedeniyle levhalar arasından kolayca geçtiği teorik ve deneysel olarak saptanmıştır. Bazı örneklerdeki manyetik akı yoğunluğu değişimlerinin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak benzeşimleri yapılmıştır. Ayrıca, deneysel sonuçlar 2-boyutlu statik manyetik analiz (manyetik vektör potansiyel formülasyonu) kullanılarak da teyid edilmiştir.

The geometry of transformer cores is very important apart from the magnetic materials (electrical steels, amorphous ribbons etc.) used when they are formed. Some air gaps exist at the corners and in the yoke of the transformer laminations depending on the geometry while a transformer core is made. These air gaps cause some variations on the flux distribution. In this research, the effect of air gaps on magnetic flux density distributions has been investigated in the samples which are made of three stacked laminations of electrical steels (M4) and amorphous ribbons (Metglas-2605SC) and then, they have compared. The flux transitions between the laminations have been investigated in detail with the aim of search coils located in different areas on the same sample (M4) and the percent of magnetic flux density variation has been calculated. The effect of air gaps formed in the z-type (Unicore) transformer core for the flux distribution has been also investigated. It is theoretically and experimentally determined that the flux is easily transferred between the laminations due to the formations of air gaps in the Unicore. The variations of magnetic flux density in some samples have been simulated using the finite element method. The experimental results have also confirmed by using 2D static magnetic analysis (magnetic vector potential formulation).