Tutor 1

Díaz Flórez, Guillermo Andrés

Resumen

En transformadores que manejan altas intensidades de corriente se presentan pérdidas en elementos estructurales producto del flujo magnético disperso que no alcanza a ser conducido por el núcleo, ya que al inducir tensiones que generan la circulación de corrientes par´ asitas, se incrementa la temperatura en las partes afectadas. Actualmente, diseñadores y fabricantes realizan las provisiones de perdidas por dispersión a través de software especializado que utiliza el método de elementos finitos, sin embargo, para realizar el cálculo es indispensable contar con la curva de saturación del material, de forma que se pueda determinar la distribución de densidad de flujo espacial en el volumen a evaluar, pero debido a que se desconocen las propiedades magnéticas y eléctricas del acero estructural, se ha recurrido a la utilización de curvas estándar de referencia como la AISI1010, las cuales han demostrado incongruencias con el material estructural real, llevando a estimaciones erróneas de las pérdidas en las partes no activas de transformadores. Por esta razón, este trabajo buscó llenar el vac´ıo existente en la industria mediante la determinación de la curva de saturación de una muestra real de lámina mecánica de trasformador (más concretamente una muestra de la cuba de transformador de potencia). Para lograr esto se partió de la formulación de un circuito magnético que teniendo en cuenta las limitaciones técnicas del laboratorio de calidad de potencia de la Universidad de La Salle de Bogotá, permitiera dar un primer acercamiento al comportamiento magnético de la lámina. Este fue modelado y simulado en el software Ansys-Maxwell ©, bajo el criterio inicial de contar con los valores teóricos de la lámina mecánica AISI-1010 como referencia. Una vez definido el modelo, se construyó el prototipo preliminar, el cual demostró en primera instancia la incongruencia entre el material teórico y la muestra experimental presentado por medio de pruebas preliminares. Esto implica la modificación del prototipo a partir de resultados anteriores con el fin de definir el montaje final que, siguiendo los lineamientos del procedimiento experimental establecido, permitiera determinar la curva de saturación más probable para la muestra. Como resultado, se obtuvo dicha curva a partir del registro de datos experimentales, el cual se comparó con la curva del material de referencia AISI-1010 afirmando las incongruencias, luego fue cargada en las características del nuevo material creado en el software, validando por medio de la simulación del modelo utilizado en el experimento, la metodología implementada en este trabajo. En síntesis, se afirma que por medio del procedimiento experimental planteado en la metodología, fue posible determinar la curva de saturación de la muestra de lámina mecánica de transformador

Resumen en lengua extranjera 1

High power transformers present losses in structural elements due to the leakage magnetic flux that is not conducted by the core. A temperature increase in the affected parts is evidenced since the induced voltages generate the circulation of eddy currents. Currently, designers and manufacturers make stray loss estimates throughout specialized software that use the finite element method. However, in order to make the calculation is essential to count with the material’s saturation curve to determine the density flux distribution in the volume that is going to evaluated. Since the magnetic and electric properties of structural iron are unknown, the use of reference standard curves such as the AISI-1010 have been implemented, which have shown inconsistencies with the real structure material, leading to incorrect estimates of the losses in the non-active parts of the transformers. For this reason, this work sough to fill the gap in the industry by determining the saturation curve of a real transformer’s mechanical foil sample (more specifically a power transformer’s tank sample). To achieve this, a magnetic circuit was developed considering the technical limitations of the power quality laboratory located in La Universidad de La Salle of Bogota, that could allow a first approach to the foil’s magnetic behavior. This was modeled and simulated in Ansys-Maxwell, under the initial criteria of having the AISI-1010 mechanical foil’s theorical values as a reference. Once the model was defined, the preliminary prototype was built, which in first instance it showed the incongruency between the theoretical material and the experimental sample evaluated through the preliminary tests. This involved to modify the prototype based on the previous results in order to define the final assembly that by following the established experimental procedure guidelines, would allow to determine the most probable saturation curve for the sample. As a result, the mentioned curve was obtained based on the experimental data records, which was compared with the AISI-1010 reference material curve, verifying the incongruences. The curve was loaded to the new material’s characteristics created in the software validating, by means of the simulation model used in the experiment, the methodology implemented in this work. In summary, through the experimental procedure proposed in the methodology, it was possible to determine the transformer’s mechanical foil sample saturation curve

Palabras clave

Determinación, Curva de saturación, Laminas estructurales, Transformadores de potencia, Pérdidas por flujo disperso, Curva de saturación, Densidad de flujo magnético, Fuerza magnetomotriz, Leakage flow losses, Saturation curve, Magnetic flux density, Magnetomotive force

Tipo de documento

Trabajo de grado - Pregrado

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Fecha de elaboración

2020

Programa académico

Ingeniería Eléctrica

Facultad

Facultad de Ingeniería

Publisher

Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Eléctrica

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