Yapay sinir ağları yöntemiyle yüksek frekanslarda bir transformatörün simülasyonu

Abstract

IV YAPAY SİNİR AĞLARI YÖNTEMİ İLE YÜKSEK FREKANSLARDA BİR TRANSFORMATÖRÜN TASARIMI Akif Yılmaz Elektrik Elektronik Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, 2000 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Hamdi Atmaca ÖZET Transformatörler günümüzde, enerjinin iletimi ve dağıtımında yer aldığı kadar, özellikle güç elektroniği devrelerinde de vazgeçilmez elemanlardır. Enerji sistemlerinde düşük frekansta çalışmalara karşın, güç elektroniği devrelerinde devrenin anahtarlama frekansına bağlı olarak yüksek frekanslarda kullanılmaktadır. Bu durumda transformatörler için klasik eşdeğer devre yaklaşımı geçerli olmamaktadır. Yüksek frekanslarda eşdeğer devrede sargılar arası veya sargı toprak arası kapasiteler ortaya çıkmaktadır. Transformatörlerin yüksek frekanslarda gerçek analizi için nüveyi oluşturan ferromagnetik malzemenin mıknatıslanma karakteristiğinin bilinmesi gerekir. Genelde sinusoidal uyarma için histerezis eğrileri kullanılarak transformatör parametrelerinin belirlenmesi yoluna gidilir. Bu eğriler üzerinde küçük (minör) döngüler ihmal edilerek ana dönü göz önüne alınır. Bilindiği gibi histerezis eğrileri nonlineer olup bu eğrilerin sayısal yöntemlerle modellenmesi gerekmektedir. Histerezis eğrilerinin modellenmesinde bilinen yöntemlerden birisi Mayergoyz'un yöntemidir. Bunun yanında diğer modelleme yöntemleri de kullanılmaktadır. Bunlardan eğri uydurma, en küçük kareler ve kübik-spline yöntemleri uygulanmaktadır. Bu çalışmada, histerezis eğrilerinin Yapay Sinir Ağlan (YSA) ile modellenmesi önerilmiştir. Eğriler kübik-spline yöntemi ile modellenerek elde edilen sonuçlar YSA yöntemi ile karşılaştınlmıştır. Tezin birinci bölümünde transformatörlerin genel teorisi verilmiştir. İkinci bölümde yüksek frekanslarda demir çekirdeğin davranışı, üçüncü bölümde transformatörlerin parametrelerinin deneysel olarak elde edilmesi ve hesaplanması açıklanmıştır. Dördüncü bölümde YSA'nın genel teorisi verilmiştir. Beşinci bölümde ise histerezis eğrilerinin modellenmesi karşılaştırmalı olarak, programlarla birlikte açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: Transformatör, Yüksek Frekans Analizi eğri modelleme yöntemleri, Histerezis eğrileri, Yapay Sinir Ağlan.

THE DESİGN OF HIGH FREQUENCY TRANSFORMER WITH THE NEURAL NETWORK METHOD Akif Yılmaz Electrical - Electronics Engineering, M.S. Thesis, 2000 Thesis Supervisor: Prof. Dr. Hamdi Atmaca SUMMARY The transformers are widely used in power systems as well as in power electronic circuits. In power systems transformers operate at power frequencies while they operate at high frequencies in power electronics due to the switching characteristics. At high frequency operation, the classical equivalent circuit approximation theory is not valid. There are capacitors between windings and earth in equivalent circuits of transformers at high frequencies. For the real analysis of transformers at high frequencies, the magnetisation characteristics of the core must be known. In general the equivalent circuit parameters are obtained using histeresis curves for sinusoidal excitation. Minor loops are neglected and major loop is used for analysis. Histeresis curves are non-linear and the curves must be modelled with munerical methods. Mayergoys has reported a techinque for modelling these curves. Other methods for modelling these curves can be used, like curve fitting, least squares and cubic-spline. In this thesis, histeresis curves are modelled by Artificial Neural Network (ANN). Histeresis curves are first modelled with cubic-spline method and then with ANN. In first chapter, general theory of transformers are presented. In second chapter behaviour of the core at high frequencies is abtained in third chapter the equivalent circuit parameters by experimental methods are obtained. In fourth chapter, the theory of ANN are persented and in fifth chapter, the modelling of curves are presented with computer programs. Keywords: Transformers, High Frequency Analysis, Curve modelling methods, Histeresis curves, Artificial Neural Networks.