Simulación, estudio y optimización de un transformador trifásico de 4000 VA

Abstract

RESUMEN: En este proyecto de fin de grado se realizará un estudio de un transformador trifásico de 4000 VA. Se analizarán las características tanto eléctricas como térmicas de la máquina para el transformador real y posteriormente se diseñará un modelo para su simulación y optimización. El estudio al transformador real constará de dos partes, un estudio eléctrico con sus correspondientes ensayos de Vacío, Cortocircuito y Carga, y además un estudio térmico gracias a la utilización de unas sondas de temperatura. En la bancada de ensayos del laboratorio se realizarán las conexiones pertinentes y se alimentará a la máquina mediante una fuente de tensión alterna para la posterior obtención de resultados por medio de un analizador de potencia. Estos ensayos serán realizados también mediante el uso del programa de elementos finitos ANSYS. Se obtendrán los resultados eléctricos mediante el uso del software del programa “MAXWELL 2D” para los tres casos de estudio: Vacío, Cortocircuito y Carga. Posteriormente se realizarán los ensayos térmicos utilizando el software “TRANSIENT THERMAL” para obtener una evolución de la temperatura en el tiempo de ensayo determinado. Será necesario definir previamente la geometría del transformador, aplicar una malla de elementos finitos y asignar los materiales correspondientes a la máquina. Después, ya se podrán cargar los diferentes circuitos de conexiones de la máquina para cada ensayo. Analizando los resultados obtenidos y con las correspondientes modificaciones se llegará a un modelo que cumpla las condiciones impuestas en la bancada real de ensayos. Para finalizar, se desarrollan unas medidas de optimización mediante el uso del software del programa ANSYS, que nos ayudarán a disminuir los costes de fabricación. Se establecerán dos variables de control, la saturación magnética y la temperatura. El modelo optimizado deberá encontrarse dentro de los márgenes establecidos por estas variables.

ABSTRACT: A study of a 4000 VA three-phase transformer will be carried out in this project. Both, electrical and termal characteristics of the machine, will be analyzed for the real transformer and then, a model of the machine will be designed for the simulation and optimization. The characterization of the transformer will consist of two parts, No-load, Short-circuit and Load tests for the electrical study, then the thermal study with the utilization of temperature probes. The relevant connections will be done in the laboratory and the machine will be fed by an alternating voltage source. The results will be shown in a power analyzer. These tests will also be carried out with the finite element program ANSYS. The electrical results will be obtained with the use of the software “MAXWELL 2D” for the three case of study: No-load, Short-Circuit and Load tests. The thermal test will be carried out using the software “TRANSIENT THERMAL” to obtain the variation of the temperature in the determined period of time. Previously, it will be necessary to define the geometry of the transformer, apply a finite element mesh and assign the corresponding materials to the machine. Then, the different circuits of connections of the machine can be loaded for each test. Analyzing the obtained results and with the correct modifications, a model that meets the conditions imposed in the real test will be reached. Finally, some optimization measures will be developed through the ANSYS software, which will help to reduce manufacturing costs. Two control variables, magnetic saturation and temperature, will be established. The optimized model should be within the margins established by these variables.