Numerical modelling and analysis of a single-phase transformer under the no-load condition

Brkić, Miona (author), Čorović, Selma (mentor)

The thesis describes 2D numerical modelling a of a single-phase transformer based on finite element method using the Ansys Maxwell program. For the calculations, we used a timedependent magnetic analysis, which gave us the opportunity to observe both the transient and steady state effect. When building the model, we used the material and geometrical properties of the laboratory transformer with nominal power of 1,2 kVA. First, we described different types of the transformers and their usage, as well as three different modelling methods such as analytical approach (based on equivalent circuit), numerical modelling approach in 2D or 3D (based on finite element method) and a digital twin. Second, we described the process of building a model using Ansys Maxwell software and discussed the influence of different material properties on the lo-load curve. Finally, the output of the numerical model was compared to the measured results under no-load condition.

• Language: English
• Keywords: single-phase transformer, finite element method, numerical modelling, Ansys Maxwell, no-load condition
• Work type: Bachelor thesis/paper
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Year: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-148346
• COBISS.SI-ID: 161634563
• Publication date in RUL: 18.08.2023

Secondary language

• Language: Slovenian
• Title: Numerično modeliranje in analiza enofaznega transformatorja v prostem teku

Abstract

V okviru pričujoče diplomske naloge smo se osredotočili na modeliranje enofaznega transformatorja z metodo končnih elementov. Za modeliranje smo izbrali dvodimenzionalni način s časovno spremenljivo magnetno analizo v programskem okolju Ansys Maxwell. Zgrajeni model smo uporabili za analizo delovanja omenjenega transformatorja v prostem teku. Model transformatorja smo uporabili tudi kot orodje za hiter in učinkovit način za analizo morebitnih napak pri izdelovanju (kot je na primer prisotnost zračne reže pri zlaganju lamel), pri nastavitvi vhodnih parametrov (napačno napajanje primarnega navitja), ali prisotnost morebitne okvare na transformatorju. Pri modeliranju transformatorjev je pomembno najti najučinkovitejši in najhitrejši način za natančen opis njegovega delovanja. Za to je pri gradnji modela bistvenega pomena dobro poznavanje in upoštevanje geometrije, dimenzij in lastnosti materiala magnetnega jedra transformatorja. Z namenom boljšega pristopa tematiki diplomskega dela, so v začetnem delu opisani različni tipi transformatorjev in njihova uporaba, ter obstoječi načini njihovega modeliranja. V tej diplomski nalogi smo pri gradnji modela upoštevali snovno-geometrijske lastnosti manjšega enofaznega transformatorja moči 1,2 kVA. Na podlagi modela smo numerično izračunali karakteristiko prostega teka ter analizirali vplive različnih materialov (upoštevajoč njihove BH karakteristike) transformatorskega jedra na potek karakteristike prostega teka. Pridobljene numerične izračune smo primerjali z izmerjenimi vrednostmi prosto-tečne krivulje na laboratorijskem vzorcu enofaznega transformatorja. Eden izmed pomembnih prispevkov te diplomske naloge je tudi analitični izračun BH karakteristike realnega transformatorja na podlagi izmerjenih rezultatov.

• Keywords: enofazni transformator, metoda končnih elementov, numerično modeliranje, Ansys Maxwell, prosti tek