Elektromanyetik Analizler

GENETEK, sahip olduğu teknik yazılımların gücü ile transformatör, reaktör, busbar, izolatör, elektrik motorları gibi güç sistemi ekipmanlarından olan elektromanyetik ve elektromekanik cihazların analizlerini sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirerek ürünlerin tasarımı, doğrulanması ve optimizasyonu konularında mühendislik çözümleri sunmaktadır. Bunun yanında simülasyonlar ile kök neden analizleri gerçekleştirilerek meydana gelmiş arızaların muhtemel nedenleri araştırılabilmektedir.

Kendi alanlarında akademik kariyerlerini sürdüren ve yetkinlik seviyelerini her zaman yükseltmeyi benimsemiş elektrik mühendisi kadromuz ile geliştirmekte olduğumuz analizler aracılığı ile sunduğumuz sanal laboratuvar imkanı sayesinde ürünlerinizin maliyetlerini azaltabilir, performanslarını geliştirebilir, güvenilirliklerini değerlendirebilir ve bu işlemleri gerçekleştirirken zamandan tasarruf ederek günümüzün hızla gelişen rekabetçi pazarında daima bir adım önde olabilirsiniz.

Analizler kapsamında konu ile ilgili olarak detaylı bir literatür taraması sonrasında sonlu elemanlar modeli oluşturulmaktadır. Analizler gerçekleştirildikten sonra literatür taramasından elde edinilen bilgi birikimi ışığında sonuçlar yorumlanıp teknik bir rapor formatına getirilerek müşteriye sunulmaktadır. Sonlu elemanlar analiz hizmetleri için bizimle temasa geçiniz.

Sonlu Elemanlar Yönetimi (SEY)

Güç sistemlerine yönelik olarak gerçekleştirilen çalışmalarda elektrik ve manyetik alanlar, iletkenlerden akan akımların dağılımları, akımın iletken kesiti içerisindeki dağılımı, öz ve karşıt endüktans değerleri, manyetik indüksiyon değerleri gibi elektriksel parametrelerin elde edilmesi oldukça zahmetli çalışmalardır. Birçok faktör tarafından etkilenen bu parametrelerin elde edilmesinde analitik yöntemler çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Bu gibi hesaplamaların kısa zamanda ve yüksek doğrulukla gerçekleştirilmesinde nümerik yöntemlerden biri olan sonlu elemanlar yöntemi önemli avantaj sağlamaktadır.

Sonlu elemanlar analizleri ile güç sistemlerinin tasarımı aşamasında elektriksel parametrelerin hesaplanması ve tasarım optimizasyonu mümkün olmaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi ile model üzerinde sonlu sayıda üç yüzlü veya dört yüzlü eleman oluşturulmakta ve bir ağ yapısı oluşturan bu elemanlara Maxwell denklemleri uygulanmaktadır. Bu işlemin yapılması çok basit yapılar dışında analitik olarak mümkün olmamakla beraber sonlu elemanlar yöntemi gibi nümerik yöntemler kullanan programlar ile işlem basitleşmektedir.

Zamana Bağlı Analizler

Sonlu elemanlar yöntemi ile hesaplamalar gerçekleştirilirken, değerlendirilmesi hedeflenen parametrelerin hesabına yönelik olarak kullanılan matematiksel denklemlerin gerekliliklerine göre farklı çözüm yöntemleri üç boyutlu, kartezyen veya silindirik model geometrilerinde kullanılabilmektedir. Bu çözüm yöntemleri zamana bağlı analiz, eddy akımı analizi, magnetostatik analiz ve elektrostatik analizler olarak sıralanabilir.

Zamana bağlı elektromanyetik analizler ile güç sistemi ekipmanlarında

  • Zamana bağlı elektromanyetik akı dağılımlarının incelenmesi,
  • Nüvede meydana gelen güç kayıplarının zamana bağlı olarak hesaplanması,
  • Akım taşıyan iletkenlerde meydana gelen güç kayıplarının zamana bağlı olarak hesaplanması,
  • Metal yapısal bileşenlerde ortaya çıkan eddy akımı kayıplarının zamana bağlı olarak belirlenmesi,
  • İletkenler arasındaki akım dağılımlarının zamana bağlı olarak belirlenmesi,
  • Model bileşenlerine etki eden kuvvetlerin zamana bağlı olarak hesaplanması

konularında modelleme ve analiz çözümleri sunmaktadır.

Eddy Akımı Analizi

Eddy akımı analizlerinde eddy etkisi dikkate alınarak sürekli durum analizi yapılmaktadır. Transient analizin aksine eddy analizinde geçici durum tespit edilememektedir. Eğer analiz kapsamında geçici bölgenin tespit edilmesi gerekli değilse eddy analizi kullanılabilmektedir. Eddy analizinde çözümler frekans domeninde gerçekleştirilmektedir. Bu çözücünün zamana bağlı çözücüye göre avantaj ve dezavantajlarının olmasına karşın iki çözüm yöntemi de analizlerde sıklıkla kullanılmaktadır.

Eddy akımı analizleri ile;

  • Sürekli hal elektromanyetik akı dağılımlarının incelenmesi,
  • Nüvede meydana gelen güç kayıplarının hesaplanması,
  • Akım taşıyan iletkenlerde meydana gelen güç kayıplarının hesaplanması,
  • Metal yapısal bileşenlerde ortaya çıkan eddy akımı kayıplarının belirlenmesi,
  • İletkenler arasındaki akım dağılımlarının belirlenmesi,
  • Model bileşenlerine etki eden kuvvetlerin hesaplanması
  • Güç kayıplarının oluşturduğu sıcak noktaların (hot-spot) belirlenmesi

konularında modelleme ve analiz çözümleri sunmaktadır.

Statik Manyetik Alan Analizleri

Statik manyetik alan analizlerinde magnetostatic çözücü kullanılmaktadır. Bu çözücü eddy etkisini değerlendirmeye almadan analizleri anlık olarak gerçekleştirmektedir. Statik manyetik alan çözücüsü yerine zamana bağlı analiz veya eddy akımı analizi de gerçekleştirilebilmektedir. Statik manyetik alan çözücünün uygulama ve analiz kolaylığı bazı durumlarda daha avantajlı olmaktadır.

Statik manyetik alan analizleri ile güç sistemi ekipmanlarında;

  • Manyetik akı dağılımı
  • Manyetik alan şiddeti dağılımı
  • Endüktans
  • Kısa devre kuvvetleri

gibi önemli elektriksel parametreler hesaplanabilmektedir.

Statik Elektrik Alan Analizleri

Statik elektrik alan analizlerinde model içerisinde oluşan elektrik alan dağılımı ve kapasitans hesaplanmaktadır. Sistemlerin elektrik alan zorlanması bakımından incelenmesi için bu çözüm yönteminin kullanılması gerekmektedir.

Statik elektrik alan analizi ile;

  • İzolatör
  • Buşing
  • Kablo
  • Parafudr
  • Bağlantı terminalleri
  • Busbar
  • Transformatör
  • Reaktör

gibi yüksek gerilim altında çalışan sistemlerin elektrik alan ve eş potansiyel dağılımları incelenebilir. Elde edilen analiz sonuçlarına bağlı olarak, izolasyon sisteminin optimum dizaynı gerçekleştirilebilir. Bu sistemlere ait sahada karşılaşılan veya karşılaşılması muhtemel problemler için çözümler üretilebilir. Analizler ile atlama ve yaklaşım mesafelerini teyit etmek, malzeme cinsini değiştirerek maliyetleri optimize etmek gibi uygulamalar mümkün olmaktadır.

Transformatör Analizleri

Güç ve dağıtım transformatörü gibi bileşenlerin sonlu elemanlar analizi  ile,

  • Nüvede oluşan manyetik indüksiyonun hesaplanması
  • Çekirdek kayıplarının hesaplanması
  • Kaçak reaktansın hesaplanması
  • Kısa devre empedansının hesaplanması
  • Elektromanyetik akı dağılımlarının incelenmesi
  • Harmonikli akımlar ile yüklenme durumunda oluşan kayıpların incelenmesi
  • Kısa devre akımı ve elektrodinamik kuvvetlerin hesaplanması
  • Metal yapısal bileşenlerde ortaya çıkan eddy akımı kayıplarının belirlenmesi
  • Paralel sargılar arasındaki akım dağılımının belirlenmesi
  • Paralel sargı yapısına sahip transformatörlerde transpozisyon işleminin etkisinin incelenmesi
  • Sargı dizayn parametrelerine göre kayıplar ve kısa devre empedansı gibi özelliklerin parametrik olarak incelenmesi
  • Sargılarda eddy, deri ve yakınlık etkilerinden dolayı oluşan ekstra kayıpların belirlenmesi
  • İnrush akımının hesaplanması
  • Sargılar arasında oluşan elektrik alan dağılımının hesaplanması
  • Sargı kapasitanslarının hesaplanması
  • Kazan kayıplarının hesaplanması
  • Transformatör etrafında oluşan manyetik alanın hesaplanması
  • Transformatör buşinglerinde elektrik alan dağılımının tank üzerindeki konumuna göre hesaplanması

gibi transformatör için önemli olan konularda modelleme ve analiz çözümleri sunulmaktadır.

Güç Kablosu Analizleri

Enerji dağıtımının her alanında kullanılan güç kablolarının sonlu elemanlar analizleri ile ;

  • Kabloların elektrik alan zorlanması bakımından değerlendirilmesi
  • Kabloların işletme şartlarına göre akım taşıma kapasitesinin belirlenmesi
  • Kablonun taşıdığı akıma göre etrafında oluşan manyetik alanının belirlenmesi
  • Kablo ekran topraklama tipine göre ekranda oluşan akım ve gerilimlerin belirlenmesi
  • Kısa devre durumunda oluşan elektrodinamik kuvvetlerin belirlenmesi
  • Kablo üzerinde oluşan gerilim düşümünün belirlenmesi
  • Endüktans, kapasitans ve AC dirençlerin hesaplanması
  • Çekirdek, ekran ve zırhın dahil edildiği empedans matrisinin hesaplanması
  • Frekansa bağlı eddy kayıplarının hesaplanması
  • Çok sayıda paralel kablo içeren sistemlerde ekran gerilimleri, ekran akımları, akım dağılımı dengesizliği ve gerilim düşümü dengesizliğinin belirlenmesi
  • Yanlarında başka sistemler bulunan kablo sistemlerinde elektriksel parametrelerin belirlenmesi
  • Kabloların harmonikli akımlar ile yüklenmeleri durumunda elektriksel parametrelerinin hesaplanması
  • Paralel kablolar arasındaki mesafenin, kabloların faz sıralamasının ve yerleşim düzeninin kablo parametrelerine etkisinin belirlenmesi
  • Kabloların kablo tavası üzerinde olması durumunda oluşan eddy kayıplarının hesaplanması
  • Kablo başlıklarında ve kablo eklerinde elektrik alan dağılımının tasarım parametrelerine bağlı olarak incelenmesi
  • Kablo başlıklarında ve kablo eklerinde yapısal hatalara bağlı olarak elektrik alan dağılımının incelenmesi
  • Kablo başlıklarında ve kablo eklerinde uygulama özelliklerine bağlı olarak elektrik alan dağılımının incelenmesi

Gibi kablo sistemleri için önemli olan konularda modelleme ve analiz çözümleri sunulmaktadır.

Busbar Analizleri

Enerji dağıtımında sıklıkla kullanılan busbar ve bara sistemlerinin elektriksel parametrelerinin analizleri ile ;

  • Kısa devre durumunda bara iletkenleri üzerinde oluşan kuvvetler
  • Bara içerisinde oluşan akım yoğunluğu dağılımı
  • Busbar iletkeninde meydana gelen deri etkisine bağımlı kayıplar
  • Busbarın harmonikli akımlar ile işletilmesi durumunda yüksek frekanslı akım bileşenlerinin yarattığı eddy kayıpları
  • Busbar çerçevesinde eddy etkisine bağlı olarak oluşan kayıplar
  • Paralel busbar sistemlerinde iletkenler üzerinde oluşan akım dağılımları
  • Endüktans ve empedansın belirlenmesi
  • Busbar sistemlerinin etrafında oluşan manyetik alan yoğunluğu
  • Busbar iletkenleri arasında oluşan elektrik alan dağılımı
  • Harmonikli akımlar ile yüklenme durumunda termal performans

gibi önemli parametreler hesaplanabilmektedir. Bu hesaplamalar gerçekleştirilirken baralarda kullanılan iletkenlerin faz sıralamasına ve harmonikli akımlar ile yüklenme derecesine göre yapılabilmektedir. Elde edilen analiz sonuçları sayesinde kullanım alanına göre optimum faz sıralaması, kullanılacak iletken sayısı, maksimum harmonikli akım ile yüklenebilirlik derecesi gibi parametreler değerlendirilebilir. Bu analizler hem busbar üreticilerine tasarım aşamasında fayda sağlamaktayken aynı zamanda enerjinin busbar ile taşınacağı sistemlerin tasarımında avantaj sağlamaktadır.

İzolatör ve Buşing Analizleri

Enerji  iletimi ile dağıtımında kullanılan izolatör ve buşing gibi elemanların elektrik alan analizleri ile ;

  • İzolatör ve buşing modellerinde oluşan eş potansiyel ve elektrik alan dağılımı
  • İzolatörlerde tasarım parametrelerine bağlı olarak oluşan elektrik alan dağılımı
  • Malzeme özellikleri ve geometrinin hassas noktalarındaki değişime göre modelde meydana gelen elektrik alan
  • Kaçık eksenli buşing modelinde elektrik alan
  • İçerisinde hava boşluğu kalmış buşing modelinde elektrik alan
  • Kısa devre durumunda oluşan kuvvetler

gibi önemli parametreler hesaplanabilmektedir. Analizlerde sahada karşılaşılan veya karşılaşılması muhtemel olan problemler modellenip sistemin bu durumlarda vereceği cevap öngörülebilir.

Reaktör Analizler

Reaktör gibi elemanların analizi ile;

  • Elektromanyetik akı dağılımlarının incelenmesi
  • Nüvede oluşan manyetik indüksiyonun belirlenmesi
  • İndüktansın belirlenmesi
  • Hava aralığı dağılımına göre kayıpların belirlenmesi
  • Sargı konumuna göre saçak akıdan kaynaklanan kayıpların belirlenmesi
  • İletken geometrisine göre eddy etkisi kayıplarının belirlenmesi
  • Nüvede meydana gelen güç kayıplarının belirlenmesi
  • Hava çekirdekli reaktörlerde endüktans hesaplanması
  • Sargılar arasında oluşan elektrik alan dağılımının belirlenmesi
  • Paralel iletken içeren reaktörlerde akım dağılımlarının belirlenmesi

gibi önemli parametreler hesaplanabilmektedir.

Script Kod Kullanımı

Sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilen analizlerde, modele bağımlı olarak analiz işlemi zorlaşabilmektedir. Bu durumda sorunu çözmeye yönelik olarak script kodlar oluşturulup analizler bu kodlar ile çalıştırılabilmektedir. Script kodların gerçekleştirdiği işlemlere örnek olarak aşağıda bulunan maddeler gösterilebilir.

  • Transformatörlerde detaylı sargı modeli geometrisinin oluşturulması
  • Transformatörlerde detay sargı modelinin program içerisinde bobin tanımlamalarının gerçekleştirilmesi
  • Transformatör veya reaktörlerde her bir sargı üzerinde oluşan eddy kayıplarının, ortalama manyetik indüksiyonun ve akım dağılımı gibi parametrelerin hesaplanması
  • Hava boşluklu reaktörlerde model geometrisinin oluşturulması
  • Alan hesabı işlemlerinin formül olarak programa işlenmesi

Bu kapsamda çok uzun vakitler alacak işlemler kısa sürede gerçekleştirilebilmektedir.