Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Μορφή: | Πτυχιακή εργασία |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ.
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5476 |
| _version_ | 1780524991041765376 |
|---|---|
| abstract | Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας αφορά τις αρχές διαστασιολόγησης μετασχηματιστή ισχύος με κλασικές μεθοδολογίες που καλύπτουν τόσο το ηλεκτρικό μέρος, όσο και το μηχανολογικό (μηχανική αντοχή, θερμική καταπόνηση), με σκοπό να αξιοποιηθεί σε σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίου ή λιμένος που διασυνδέεται με την τροφοδότηση του πλοίου από ξηρά. Περιλαμβάνει αντίστοιχη αριθμητική εφαρμογή και ανάπτυξη κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, στα συστήματα ηλεκτρικής πρόωσης των πλοίων, στη χρήση των μετασχηματιστών σε πλοία και λιμένες και αναφέρονται οι ιδιαιτερότητες των μετασχηματιστών σε τέτοιες εφαρμογές.
Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η βασική θεωρία και οι αρχές λειτουργίας μονοφασικών και τριφασικών μετασχηματιστών. Πραγματοποιείται η ανάλυση του ισοδύναμου κυκλώματος ενός μετασχηματιστή μαζί με τον υπολογισμό των βασικών μεγεθών του. Παρουσιάζονται όλα τα σημαντικά χαρακτηριστικά που φέρει ένας μετασχηματιστής, επεξηγούνται οι διαφορετικοί τύποι μετασχηματιστών όπως επίσης και οι δοκιμές στις οποίες υπόκεινται αυτοί κατά την παραγωγή τους. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της κλασικής μεθόδου σχεδίασης του μετασχηματιστή. Επεξηγούνται όλα τα στάδια κατά το σχεδιασμό του και όλες οι παράμετροι που επηρεάζουν τη διαδικασία αυτή. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση σε κατασκευαστικά και ενεργειακά ζητήματα, όπως η διαμόρφωση των κύριων τμημάτων που απαρτίζουν το μετασχηματιστή, η θερμική μελέτη αυτού, οι αντοχές σε υπερτάσεις, η τεχνολογία των μονωτικών υλικών κα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία από τις πολλαπλές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για τη βελτιστοποίηση ενός μετασχηματιστή. Συγκεκριμένα αναπτύσσονται βήμα βήμα όλα τα υπολογιστικά βήματα, επεξηγούνται όλοι οι παράμετροι οι οποίοι επηρεάζουν οποιαδήποτε υπολογιστική σχέση εντός της μεθόδου και επεξηγούνται όλοι οι πιθανοί περιορισμοί που πρέπει να ικανοποιούνται για την εύρεση εφικτής λύσης. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελείται από την ανάπτυξη κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB της διαδικασίας βελτιστοποίησης που παρουσιάζεται στο τέταρτο κεφαλαίο. Πιο συγκεκριμένα με την επιλογή μόλις μερικών παραμέτρων και την εκτέλεση του, ο κώδικας δημιουργεί πίνακα αποτελεσμάτων, που εμπεριέχει σημαντικές παραμέτρους του μετασχηματιστή, με όλες τις εφικτές λύσεις ταξινομημένες κατά αύξουσα σειρά με γνώμονα το συνολικό κόστος κατοχής. Για την επίδειξη της ικανότητας του συγκεκριμένου κώδικα εκτελούνται τρία διαφορετικά παραδείγματα για τρεις διαφορετικές ομάδες παραμέτρων που αντιστοιχούν σε τρεις διαφορετικούς μετασχηματιστές και εμφανίζονται – σχολιάζονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα τους. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση στα συμπεράσματα των προηγούμενων κεφαλαίων, παρουσιάζονται συνοπτικά νέες τεχνολογίες μετασχηματιστών και αναπτύσσονται περιοχές για περαιτέρω μελέτη – έρευνα πάνω στο θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τέλος η εργασία συμπληρώνεται με τη βιβλιογραφία και το παράρτημα το οποίο εμπεριέχει αναλυτικά τον αναπτυχθέντα κώδικα που χρησιμοποιήθηκε στο πέμπτο κεφάλαιο. |
| abstracttranslated | The object of the present thesis concerns the principles of power transformer dimensioning with classic methodologies that cover both the electrical part and the mechanical part (mechanical strength, thermal stress), in order to be utilized in a ship or port power system that is interconnected with its power supply. ship from land. Includes a corresponding arithmetic application and code development in MATLAB programming environment. The first chapter is an introduction to power systems, ship propulsion systems, the use of transformers in ships and ports and mentions the specifics of transformers in such applications.
The second chapter develops the basic theory and operating principles of single-phase and three-phase transformers. The analysis of the equivalent circuit of a transformer is performed together with the calculation of its basic quantities. All the important characteristics of a transformer are presented, the different types of transformers are explained as well as the tests to which they are subjected during their production. The third chapter analyzes the classic transformer design method. All the steps during its design and all the parameters that affect this process are explained. Special emphasis is given to construction and energy issues, such as the configuration of the main parts that make up the transformer, its thermal study, resistance to surges, the technology of insulation materials, etc. The fourth chapter presents one of the multiple processes used to optimize a transformer. Specifically, all the computational steps are developed step by step, all the parameters that affect any computational relationship within the method are explained and all the possible constraints that must be met to find a feasible solution are explained. The fifth chapter consists of the development of code in MATLAB programming environment of the optimization process presented in the fourth chapter. More specifically, by selecting just a few parameters and executing it, the code creates a scoreboard, which contains important parameters of the transformer, with all the possible solutions sorted in ascending order based on the total cost of ownership. To demonstrate the capability of this code, three different examples are run for three different parameter groups corresponding to three different transformers and their respective results are displayed - commented on. The sixth chapter reviews the conclusions of the previous chapters, briefly presents new transformer technologies and develops areas for further study - research on the topic of this thesis. Finally, the work is supplemented with the bibliography and the annex which contains in detail the developed code used in the fifth chapter. |
| advisor | |
| author | Κέντρο, Δημήτριος |
| author_facet | Κέντρο, Δημήτριος |
| author_sort | Κέντρο, Δημήτριος |
| collection | Okeanis Institutional Repository |
| facultydepartment | Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. |
| format | Πτυχιακή εργασία |
| id | okeanis-123456789-5476 |
| institution | University of West Attica Campus II |
| keyword | Μετασχηματιστές Βελτιστοποίηση Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας MATLAB Πλοία Μετασχηματιστές ισχύος |
| language | Greek |
| physical | 228 |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. |
| record_format | dspace |
| spelling | okeanis-123456789-54762020-11-11T11:09:07Z Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων Design principles for power transformers with emphasis to ship power system applications Κέντρο, Δημήτριος Τσεκούρας, Γεώργιος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε. TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Μετασχηματιστές Μετασχηματιστές Βελτιστοποίηση Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας MATLAB Πλοία Μετασχηματιστές ισχύος Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας αφορά τις αρχές διαστασιολόγησης μετασχηματιστή ισχύος με κλασικές μεθοδολογίες που καλύπτουν τόσο το ηλεκτρικό μέρος, όσο και το μηχανολογικό (μηχανική αντοχή, θερμική καταπόνηση), με σκοπό να αξιοποιηθεί σε σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίου ή λιμένος που διασυνδέεται με την τροφοδότηση του πλοίου από ξηρά. Περιλαμβάνει αντίστοιχη αριθμητική εφαρμογή και ανάπτυξη κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, στα συστήματα ηλεκτρικής πρόωσης των πλοίων, στη χρήση των μετασχηματιστών σε πλοία και λιμένες και αναφέρονται οι ιδιαιτερότητες των μετασχηματιστών σε τέτοιες εφαρμογές. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η βασική θεωρία και οι αρχές λειτουργίας μονοφασικών και τριφασικών μετασχηματιστών. Πραγματοποιείται η ανάλυση του ισοδύναμου κυκλώματος ενός μετασχηματιστή μαζί με τον υπολογισμό των βασικών μεγεθών του. Παρουσιάζονται όλα τα σημαντικά χαρακτηριστικά που φέρει ένας μετασχηματιστής, επεξηγούνται οι διαφορετικοί τύποι μετασχηματιστών όπως επίσης και οι δοκιμές στις οποίες υπόκεινται αυτοί κατά την παραγωγή τους. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της κλασικής μεθόδου σχεδίασης του μετασχηματιστή. Επεξηγούνται όλα τα στάδια κατά το σχεδιασμό του και όλες οι παράμετροι που επηρεάζουν τη διαδικασία αυτή. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση σε κατασκευαστικά και ενεργειακά ζητήματα, όπως η διαμόρφωση των κύριων τμημάτων που απαρτίζουν το μετασχηματιστή, η θερμική μελέτη αυτού, οι αντοχές σε υπερτάσεις, η τεχνολογία των μονωτικών υλικών κα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία από τις πολλαπλές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για τη βελτιστοποίηση ενός μετασχηματιστή. Συγκεκριμένα αναπτύσσονται βήμα βήμα όλα τα υπολογιστικά βήματα, επεξηγούνται όλοι οι παράμετροι οι οποίοι επηρεάζουν οποιαδήποτε υπολογιστική σχέση εντός της μεθόδου και επεξηγούνται όλοι οι πιθανοί περιορισμοί που πρέπει να ικανοποιούνται για την εύρεση εφικτής λύσης. Το πέμπτο κεφάλαιο αποτελείται από την ανάπτυξη κώδικα σε προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB της διαδικασίας βελτιστοποίησης που παρουσιάζεται στο τέταρτο κεφαλαίο. Πιο συγκεκριμένα με την επιλογή μόλις μερικών παραμέτρων και την εκτέλεση του, ο κώδικας δημιουργεί πίνακα αποτελεσμάτων, που εμπεριέχει σημαντικές παραμέτρους του μετασχηματιστή, με όλες τις εφικτές λύσεις ταξινομημένες κατά αύξουσα σειρά με γνώμονα το συνολικό κόστος κατοχής. Για την επίδειξη της ικανότητας του συγκεκριμένου κώδικα εκτελούνται τρία διαφορετικά παραδείγματα για τρεις διαφορετικές ομάδες παραμέτρων που αντιστοιχούν σε τρεις διαφορετικούς μετασχηματιστές και εμφανίζονται – σχολιάζονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα τους. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση στα συμπεράσματα των προηγούμενων κεφαλαίων, παρουσιάζονται συνοπτικά νέες τεχνολογίες μετασχηματιστών και αναπτύσσονται περιοχές για περαιτέρω μελέτη – έρευνα πάνω στο θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τέλος η εργασία συμπληρώνεται με τη βιβλιογραφία και το παράρτημα το οποίο εμπεριέχει αναλυτικά τον αναπτυχθέντα κώδικα που χρησιμοποιήθηκε στο πέμπτο κεφάλαιο. The object of the present thesis concerns the principles of power transformer dimensioning with classic methodologies that cover both the electrical part and the mechanical part (mechanical strength, thermal stress), in order to be utilized in a ship or port power system that is interconnected with its power supply. ship from land. Includes a corresponding arithmetic application and code development in MATLAB programming environment. The first chapter is an introduction to power systems, ship propulsion systems, the use of transformers in ships and ports and mentions the specifics of transformers in such applications. The second chapter develops the basic theory and operating principles of single-phase and three-phase transformers. The analysis of the equivalent circuit of a transformer is performed together with the calculation of its basic quantities. All the important characteristics of a transformer are presented, the different types of transformers are explained as well as the tests to which they are subjected during their production. The third chapter analyzes the classic transformer design method. All the steps during its design and all the parameters that affect this process are explained. Special emphasis is given to construction and energy issues, such as the configuration of the main parts that make up the transformer, its thermal study, resistance to surges, the technology of insulation materials, etc. The fourth chapter presents one of the multiple processes used to optimize a transformer. Specifically, all the computational steps are developed step by step, all the parameters that affect any computational relationship within the method are explained and all the possible constraints that must be met to find a feasible solution are explained. The fifth chapter consists of the development of code in MATLAB programming environment of the optimization process presented in the fourth chapter. More specifically, by selecting just a few parameters and executing it, the code creates a scoreboard, which contains important parameters of the transformer, with all the possible solutions sorted in ascending order based on the total cost of ownership. To demonstrate the capability of this code, three different examples are run for three different parameter groups corresponding to three different transformers and their respective results are displayed - commented on. The sixth chapter reviews the conclusions of the previous chapters, briefly presents new transformer technologies and develops areas for further study - research on the topic of this thesis. Finally, the work is supplemented with the bibliography and the annex which contains in detail the developed code used in the fifth chapter. 2020-10-29 Πτυχιακή εργασία http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5476 el http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. 228 http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/bitstream/123456789/5476/4/%ce%94%ce%b9%cf%80%ce%bb%cf%89%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b9%ce%ba%ce%ae%20%ce%95%cf%81%ce%b3%ce%b1%cf%83%ce%af%ce%b1%20-%20%ce%9a%ce%ad%ce%bd%cf%84%cf%81%ce%bf%20%ce%94%ce%b7%ce%bc%ce%ae%cf%84%cf%81%ce%b9%ce%bf%cf%82.pdf.jpg |
| spellingShingle | TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Μετασχηματιστές Κέντρο, Δημήτριος Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title | Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_full | Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_fullStr | Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_full_unstemmed | Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_short | Αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_sort | αρχές σχεδίασης μετασχηματιστών ισχύος για εφαρμογές σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίων |
| title_translated | Design principles for power transformers with emphasis to ship power system applications |
| topic | TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Ηλεκτρικές Μηχανές TPSH::Τεχνολογία::Ηλεκτρολογία::Μετασχηματιστές |
| url | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5476 |