Sonlu Elemanlar Metodu ile AA Hat Reaktörlerinin Tasarımı

Elektrik şebekesinden beslenen ve girişlerinde doğrultucu bulunan motor sürücüleri, kesintisiz güç kaynakları, AA gerilim ayarlayıcıları gibi elektronik cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapıları gereği şebekeden doğrusal olmayan akım çeken bu cihazlar, besleme hattı boyunca doğrusal olmayan gerilim düşümlerine sebep olurlar. Bu durumda, önlem alınmadığı takdirde aynı hattan beslenen diğer alıcılar için de güç kalitesi problemleri doğar. Şebeke frekanslı dönüştürücülerin girişinde uygun şekilde tasarlanmış silisli sac nüveli reaktörlerin kullanılması ile çekilen harmonik akımların seviyesi belli oranlara düşürülebilmektedir. Nüve malzemesinin seçimi ve reaktörün boyutlandırılması, akımın harmonik seviyesinin düşürülme kabiliyeti ile reaktörde oluşacak kayıpların belirleyicisi olmaktadır. Bu çalışmada, belirli bir hat akım değeri için nüveleri birbirinden farklı üç reaktör tasarlanmıştır. Tasarlanan reaktörlerin yük seviyesine bağlı endüktans değerlerindeki değişimleri görmek üzere, sonlu elemanlar metodu ile parametrik analizleri yapılmıştır. Analizlerin sonucunda reaktörlerin endüktans kararlılığı, kayıpları, standartlara uygunluğu gibi veriler karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Manyetik devre Ansys-Maxwell ile modellenmiştir. Reaktörün gerçekçi davranışlarını görmek için, manyetik devresinin Simplorer ile eşzamanlı benzetimi yapılmıştır.

Design of the AC Line Reactors With Finite Element Method

Electronic devices which are fed from the grid and have a rectifier frontend, such as motor drives, uninterruptible power supplies, AC voltage regulators are commonly used. These devices which draw non-linear current from the grid by nature cause the nonlinear voltage drops along the supply line. In this case, if precautions are not taken, power quality problems also appear for the other loads fed from the same line. Level of the harmonic currents drawn can be reduced to specific level by using reactors with silicon steel core at the input of the line frequency converters. Selection of the core material with the sizing of the reactors becomes the determiner of the harmonic reducing ability and of the losses of the reactor. In this study, three reactors with different core materials are designed for a specific line current value. In order to see the inductance value variations depending on the load level of the designed reactors, the parametric analysis have been performed by the finite element method. As a result of analysis, data like the reactor inductance stability, the losses and the standards compliance have been presented comparatively. Magnetic circuits have been modeled with Ansys-Maxwell and co-simulated with the Simplorer to see the realistic behaviors of the reactors.

___

  • Balci, S.,Altin, N., Özdemir, S. and Sefa I., "FEM Based Parametric Analysis of AC Line Reactors", IEEE (POWERENG) 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, Istanbul, 1328-1333, (2013)
  • Rodriguez, J.M.C., Orcajo G.A., Garcia C.H.R., Melero M.G., Cabanas M.F. and Gonzalez F.P., "Analysis of the Effects Caused by Structural Asymmetries in the Performance of Three-Limb Core Three-Phase Inductive Filters", IEEE Transactions on Energy Conversion, 22 (3), 600-607, (2007)
  • Rice, D.E., "Adjustable Speed Drive and Power Rectifier Harmonics-Their Effect on Power Systems Components", IEEE Transactions on Industry Applications, IA22 (1), 161-177, (1986)
  • Date, T.N. and Kushare, B.E., "Evaluation of Performance of AC Drive Under Unbalanced Voltage Conditions and AC Line Reactor Harmonic Mitigation Performance at Various Loading Conditions", IET-UK International Conference on Information and Communication Technology in Electrical Sciences (ICTES 2007), Dr. M.G.R. University, Chennai, Tamil Nadu, India, 308-314, (2007)
  • Shipp, D.D. and Vilcheck, W.S., "Power Quality and Line Considerations for Variable Speed AC Drives", IEEE Transactions on Industry Applications, 32 (2), 403-410, March/April 1996.
  • Liang, X., Obinna, I. and Lim, J., "Influence of Reactors on Input Harmonics of Variable Frequency Drives", IEEE Transactions on Industry Applications, 47 (5), 2195- 2203, (2011)
  • Skibinski, G. L.,Tallam, R. M., Pande, M., Kerkman, R.J. and Schlegel, D. W., "System Design of Adjustable Speed Drives, Part 2-System Simulation and Ac Line Interactions", IEEE Industry Applications Magazine, (2012)
  • Kocman, S. and Orsag, P., "Efficiency Evaluation of Various Assemblies of Variable Speed Drive", IEEE (EEEIC) 14th International Conference on Environment and Electrical Engineering, Krakow, Poland, (2014)
  • IEEE Standard for Performance of Adjustable-Speed AC Drives Rated 375 kW and Larger, IEEE Industry Applications Society, (2015)
  • Kohsaka, T., Takahashi, N., Nogawa, S. and Kuwata, M., "Analysis of Magnetic Characteristics of Three-Phase Reactor Made of Grain-Oriented Silicon Steel", IEEE Transactions on Magnetics, 36 (4), 1894-1897, (2000)
  • Namikawa, M., Ninomiya, H. and Yamaji, T., "High Silicon Steel Sheets Realizing Excellent High Frequency Reactor Performance", JFE Technical Report, 6, (2005)
  • Balcı, S., "Evirici Çıkış Transformatörlerinin Modellenmesi ve Analizi", Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, (2010)
  • McLyman, C.W.T., "Transformer and Inductor Design Handbook", Marcel Dekker, Inc., (2004)
  • Gao Y., Muramatsu K., Hatim M.J., Fujiwara K., Ishihara Y., Fukuchi S., Takahata T., "Design of a Reactor Driven by Inverter Power Supply to Reduce the Noise Considering Electromagnetism and Magnetostriction", IEEE Transactions on Magnetics, 46 (6), 2179-2182, (2010)
  • Kuwata, M., Nogawa, S., Takahashi, N., Miyagi, D. and Takeda, K., "Development of Molded-Core-Type Gapped Iron-Core Reactor", IEEE Transactions on Magnetics, 41 (10), 4066-4068, (2005)
  • Balci, S., Sefa, I. and Bayram, M.B., "Core Material Investigation of Medium-Frequency Power Transformers", IEEE-16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, PEMC, Antalya, 861-866, 21-24, (2014)
  • Altin, N., Balci, S., Ozdemir, S. and Sefa, I., "A comparison of single and three phase DC/DC converter structures for battery charging", IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Madrid, 1228-1233, (2013)
  • Wojda, R.P. and Kazimierczuk, M.K., "Analytical winding size optimisation for different conductor shapes using Ampère's Law", Power Electronics, IET, 6 (6), 1058-1068, (2013)
Politeknik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-0900
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1998
  • Yayıncı: GAZİ ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Kurutulmuş Kolza Bitkisinin Dolgu Malzemesi Olarak Alçak Yoğunluklu Polietilenin Mekanik Özelliklerine, Yoğunluğuna ve Su Emme Kapasitesine Etkileri

YILMAZ KISMET

Grafen-Benzeri Düzlemsel Bor Karbür Katmanına Sahip XBC (X=Li, Na, Mg ve Ca) Bileşiklerinin Kararlılıklarının İlk-Prensiplerle İncelenmesi

SEZGİN AYDIN

R134a/R152a Soğutucu Akışkan Karışımlarının Performanslarının Isı Pompasında Deneysel Olarak Araştırılması

KURTULUŞ BORAN, TAYFUN MENLİK, Halil ALPSOY

Karbon Nanotüp ile Modifiye Edilmiş Filaman Sarım Boruların İç Basınç Altındaki Hasar Davranışı

MUSTAFA TAŞYÜREK, NECMETTİN TARAKÇIOĞLU

Supercritical Steam Power Cycle For Line-Focusing Solar Power Plants

Luis COCO-ENRİQUEZ, Javier MUÑOZ-ANTON, José María MARTİNEZ-VAL

Multi-Group Neutron Cross Sections and Scattering Matrix Calculations Via Monte Carlo Method

Fatemeh MOHAMMADHASANİ, Ahmad PİROUZMAND

Karbon Siyahı Takviyeli Elektriği İleten Polipropilen Kompozite Delik Delinmesinde İşlem Parametrelerinin İncelenmesi

ALPER UYSAL, Erhan ALTAN

Sonlu Elemanlar Metodu ile AA Hat Reaktörlerinin Tasarımı

İbrahim SEFAA, Selami BALCIB, Necmi ALTINA

Numerical Approach of a Double Slope Solar Still Combined with a Cylindrical Solar Water Heater: Mass and Heat Energy Balance Mathematical Model

Omar BAIT, Mohamed SI-AMEUR, Abdelaziz BENMOUSSA

Ankara İli Şartlarında Düşey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sisteminin Enerji ve Ekserji Analizi

MUSTAFA BAHADIR ÖZDEMİR, Musa Galip ÖZKAYA