A comprehensive study of transformer winding losses using the finite element method

Kosmatin, Peter (author), Nedeljković, David (author)

The paper presents a study of the transformer winding losses caused by eddy and circulating currents using the finite element method. The losses are evaluated using different transformer simulation models and by including the phase interaction effect. The increase in the winding losses is also evaluated when the transformer is exposed to geomagnetically induced currents. A new calculation method using a 2D axisymmetric geometry is proposed. In comparison with a 3D simulation model based on detailed manufacturing data for 14 power transformers, the proposed procedure demonstrates an acceptable level of accuracy, achieved within a short computational time. Consequently, this method can be used as a valuable design tool for optimising the transformer geometry.

• Language: English
• Keywords: eddy currents, circulating currents, geomagnetically induced currents, finite element analysis, power transformers
• Work type: Article
• Typology: 1.01 - Original Scientific Article
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Publication status: Published
• Publication version: Version of Record
• Year: 2025
• Number of pages: Str. 115-122
• Numbering: Letn. 92, št. 3
• PID: 20.500.12556/RUL-171177
• UDC: 621.314
• ISSN on article: 0013-5852
• COBISS.SI-ID: 245746435
• Publication date in RUL: 18.08.2025

Record is a part of a journal

• Title: Elektrotehniški vestnik
• Publisher: Strokovna zadruga koncesijoniranih elektrotehnikov, Elektrotehniška zveza Slovenije
• ISSN: 0013-5852
• COBISS.SI-ID: 742916

Licences

• License: CC BY 4.0, Creative Commons Attribution 4.0 International
• Link: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Description: This is the standard Creative Commons license that gives others maximum freedom to do what they want with the work as long as they credit the author.

Secondary language

• Language: Slovenian
• Title: Študija izgub v navitjih transformatorja z uporabo metode končnih elementov

Abstract

V prispevku je predstavljena študija izgub v navitjih transformatorja, ki jih povzročajo vrtinčni in krožni tokovi, z uporabo metode končnih elementov. Izgube so ovrednotene z uporabo različnih simulacijskih modelov transformatorjev in z vključitvijo učinka fazne interakcije. Povečanje izgub v navitju se je ocenilo tudi za primere, ko je transformator izpostavljen geomagnetno induciranim tokovom. Posledično je predlagana nova metoda izračuna z uporabo 2D osnosimetrične geometrije. Za ovrednotenje metode je bila opravljena primerjava njenih rezultatov z rezultati 3D simulacijskega modela, zgrajenega na podlagi podrobnih proizvodnih podatkov za 14 projektiranih in izdelanih energetskih transformatorjev. Primerjava kaže, da predlagana metoda zagotavlja sprejemljivo natančnost s kratkim računskim časom, zato se lahko uporablja kot učinkovito načrtovalsko orodje za optimizacijo geometrije transformatorja.

• Keywords: vrtinčni tokovi, geomagnetno inducirani tokovi, krožni tokovi, metoda končnih elementov, energetski transformatorji

Projects

• Funder: ARIS - Slovenian Research and Innovation Agency
• Project number: P2-0258
• Name: Pretvorniki električne energije in regulirani pogoni