Entwicklung einer Vernetzungsautomatik für Mangnetic Anisotropic Circuit Calculation

Abstract

Bisher basieren die meisten Berechnungsverfahren von magnetischen Flussverteilungen in Transformatorkernen auf der Methode der Finiten Elemente.Trotz dieser großen Beliebtheit ist sie für grundlegende Berechnungen oft zu aufwendig, da es sehr viel Erfahrung benötigt, um alle Funktionen effektiv nutzen zu können, was definitiv notwendig ist, um ein gutes Ergebnis zu erhalten. Dadurch entsteht das Bestreben Programme zu entwickeln die einfacher handzuhaben sind und trotzdem vergleichbar gute Resultate liefern.Eine mögliche Alternative für die Simulationen der Kerne hat sich in der „Magnetic Anisotropic Circuit Calculation“(MACC) gezeigt. Diese soll die auftretenden multidirektionalen, nichtlinearen Effekte effektiver darstellen als die standartmäßig verwendeten FEM-Programme.Das Verfahren basiert dabei darauf eine Schaltung aus magnetischen Widerständen,die an die vorliegende Geometrie angepasst ist, aufzustellen und anschließend zu lösen. Eine solche Schaltung zu implementieren ist aber sehr zeitaufwändig und fehleranfällig, vor allem bei steigender Anzahl der Schaltungselemente. Darum soll in dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt werden wie eine solche Schaltung automatisch, systematisch und computerunterstützt erstellt wird. Dieser Algorithmus soll dann mit dem bestehenden MACC- Programm kombiniert und etwaige Verbesserungen durchgeführt werden. Außerdem soll im Anschluss eine Benutzeroberfläche erstellt werden,die eine übersichtliche Eingabe der notwendigen Parameter sowie eine ebenso übersichtliche Darstellung der Simulationsergebnisse ermöglicht. Das fertige Programm soll an verschiedenen Transformatorkernen getestet und die Resultate anhand der Simulationsergebnisse diskutiert werden.Als wesentlicher Vorteil kann zum Ersten die Geschwindigkeit des Programms genannt werden, die im Vergleich zu vergleichbaren Programmen höher ist. Da hier nur lineare Gleichungssysteme gelöst werden, ist es deutlich einfacher zu verstehen, da in anderen Fällen Differentialgleichungen gelöst werden müssen. Daraus ergibt sich auch eine höhere Effizienz, da diese Gleichungen deutlich schneller gelöst werden können. Trotz dieser Vereinfachungen ergibt sich aber noch immer eine ausreichende Genauigkeit, um die gewünschten physikalischen Effekte zu beurteilen.

So far, most methods of calculating magnetic flux distributions in transformer cores have been based on the finite element method. Despite this great popularity, it is often too complex for basic calculations. A lot of experience is needed, if all functions have to be used effectively, which is definitely necessaryto get a good result. This leads to the desire to develop programs that are easier to use and still deliver comparably good results. A possible alternative has been shown in the „Magnetic Anisotropic Circuit Calculation“(MACC).This is intended to represent the occurring multidirectional, non-linear effects more effectively than the standard FEM programs.The method is based on setting up a circuit of magnetic resistors, which is adapted to the geometry at hand, and then solving it. However, implementing such a circuit is very time-consuming and error-prone, especially as the number of circuit elements increases. Therefore, this thesis aims to develop a method for creating such a circuit automatically, systematically and computer-aided.This algorithm will then be combined with the existing MACC program and some improvements will be made. In addition, a user interface will be created that will enable a clear input of the necessary parameters as well as an equally clear presentation of the simulation results. The finished program will be tested on different transformer cores and the results will be discussed on the basis of the simulation results.The first major advantage is the speed of the program, which is higher than comparable programs. Since only systems of linear equations are solved here,it is much easier to understand, because in other cases differential equations have to be solved. This also results in higher efficiency, as these equations can be solved much faster. Despite these simplifications, however, there is still sufficient accuracy to assess the desired physical effects.