مدل سازی تفصیلی ترانسفورماتورها برای مطالعات حالت های گذرا

توسعه یک مدل دقیق برای ترانسفورماتور به علت تعداد زیاد طراحی های هسته و به خاطر اینکه چندین پارامتر ترانسفورماتور غیر خطی و وابسته به فرکانس می باشد، می تواند خیلی پیچیده باشد. ویژگی های فیزیکی و رفتاری پیکربندی هسته و سیم پیچ ها، اندوکتانس خودی و مقابل بین سیم پیچ ها، شارهای نشتی، اثرات پوستی و اثرات مجاورتی در سیم پیچ ها، اشباع هسته مغناطیسی، تلفات هیسترزیس و جریان فوکو (جریان گردابی) در هسته و اثرات خازنی در بعضی مطالعات مورد نیاز است که به صورت دقیق و صحیحی ارایه شوند. مدل های زیادی با پیچیدگی های مختلفی در ابزارهای شبیه سازی برای بررسی رفتار گذرای ترانسفورماتورها پیاده سازی شده اند. در این تحقیق یک مدل جدید با توپولوژی صحیح برای ترانسفورماتور هیبرید برای شبیه سازی های گذرای فرکانس پایین و میانی توسعه داده شده است. ترانسفورماتورهای قدرت از لحاظ مفهومی یک طراحی ساده ای دارند، اما رفتارهایی که از خود نشان می دهند، می توانند خیلی پیچیده باشند. انتخاب، برای ارائه مناسب یک رفتار معین به نوع ترانسفورماتورِ شبیه سازی شده، رنج فرکانس، و دیگر فاکتورها، مانند طراحی داخلی ترانسفورماتور و پارامترهای قابل دسترس و دیتای طراحی وابسته است. در این تحقیق، یک مدل مدولار مناسب برای فرکانس های تا حدود 5-3، با به کارگیری یک دوگانی- بر مبنای هسته ی قابل اشباع با پارامتر- فشرده، توصیف ماتریس پراکندگی، و مقاومت سیم پیچی وابسته به- فرکانس توسعه داده شده است. کار ارایه شده در این تحقیق مدل های موجود در matlab را ارتقاء می بخشد. تمرکز بر روی بهبود توپولوژی و صحت مدل فرکانس پایین و میانی و توسعه ی جزییات بیشتر از مدل سازی می باشد. یک مدل هیبرید، با استفاده از توانایی ماتریس اندوکتانس معکوس برای ارائه ی پراکندگی، اصل دوگانی برای ارائه ی توپولوژی صحیح هسته و وابستگی فرکانسی مقاومت های سیم پیچ ها پیشنهاد شده است. در تعیین خصوصیات الکترومغناطیس مواد مغناطیس، مدل سازی هیسترزیس اهمیت بالایی دارد. مدل های زیادی برای بررسی این مشخصات در دسترس هستند اما پیاده سازی آنها پیچیده و مشکل می باشد. مدلpreisach هیسترزیس یک ابزار مشهوری برای تعیین مشخصات مواد مغناطیسی نرم می باشد. پیاده سازی این مدل نیازمند ارزیابی عددی انتگرال های دوگانه می باشد، که هم پیچیده و هم زمان بر می باشند. یک راه حل برای مشکل بالا استفاده از یک شبکه ی عصبی با توانایی دینامیکی برای مدل کردن خصوصیات هیسترزیس مواد مغناطیسی می باشد. این پایان نامه یک نوع جدیدی از شبکه های عصبی بازگشتی را با نام شبکه انعکاسی حالت (esn) برای مدل سازی هیسترزیس ارایه می دهد. عملکرد این esn برای ترانسفورماتور با فولاد حاوی 4% سیلیکن ارزیابی شده است. نتایج برای esn و مدل preisach ارایه و مقایسه شده است. esn دینامیک های هیسترزیس را در یک زمان آموزش کوتاهتر و با دقت بالاتر و با وزن های کمتری نسبت به یک تکنیک اتخاذ شده بر مبنای شبکه عصبی feed-forward برای مدل سازی هیسترزیس یاد می گیرد. اثرات جریان فوکو در مدل ترانسفورماتور برای مطالعه گذراهای الکترومغناطیسی شامل شده است. از مدل foster برای توصیف وابستگی فرکانسی سیم پیچ ها (افزایش مقاومت با فرکانس)استفاده می شود. یک مدل وابسته به فرکانس برای هسته آهنی بر مبنای توزیع فیزیکی تلفات و اثرات مغناطیس شدگی استخراج شده است. پارامترهای این مدل توسط بهینه سازی گسسته سازی لایه ها و الگوریتم ژنتیک بدست آمده است. مدل preisach برای استخراج عبارت هایی کلی، برای تلفات انرژی هیسترتیک استفاده خواهد شد. بعلاوه، یک فرمول که بازگو کننده ی تلفات انرژی هیسترتیک رخ داده برای تغییرات دل بخواهی از ورودی از روی تلفات رخ داده برای تغییرات پریودیک از ورودی می باشد، ارائه خواهد شد. در نهایت، یک مدار معادل برای ترانسفورماتور سه فاز پنج ستونه ستاره زمین شده – ستاره زمین شده استاندارد توسعه داده شده است. این مدار معادل جدید با استفاده از تبدیل دو گانی استخراج شده است. اشباع هسته و تلفات در مدل در نظر گرفته شده است. مدل در نرم افزار matlab پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی ارایه شده و با مدل موجود در matlab مقایسه شده است. مطابق با نتایج نشان داده شده، عملکرد دقیق مدل ترانسفورماتور پنج ستونه شبیه سازی شده به اثبات رسید و ناکارآمدی مدل موجود در matlab نتیجه شد.