Obtención de parámetros en transformadores mediante elementos finitos usando ANSYS

Abstract

The study of the electromagnetic theory may seem to be very abstract in a conventional way. For such a reason numerical methods are used to solve the resultant equations that describe phenomena or physical situations, making the study of electromagnetism more illustrative. Parameters determination in transformers turns out to be a difficult task to carry out, since magnetic quantities cannot be straightforward physically measured, only their effects can be measured by means of some techniques. The finite element method, a method of approximation, can be used in order to get an approximation of the parameters of this nature. Some of those parameters may be obtained by means of formulas developed along the years but some of the assumptions that must be considered in order to apply them may lead us to obtain erroneous results. (e.g leakage inductance) Besides, the finite element method let us obtain the analysis of devices with complex physical geometries, which analytically is very difficult to carry out. That it is the case of the furnace transformers, which are easier to study and analyze by means of the finite element instead of analytic formulation due to their physical constitution.

El estudio de la teoría electromagnética en forma convencional puede parecer muy abstracto, por tal razón se emplean métodos numéricos para resolver las ecuaciones resultantes que describen fenómenos o situaciones físicas, haciendo más ilustrativo el estudio del electromagnetismo. La determinación de parámetros en transformadores resulta una tarea difícil de llevar a cabo, puesto que las cantidades magnéticas no pueden ser medidas físicamente como tales, solo sus efectos pueden ser medidos a través de algunas técnicas. El método del elemento finito, que es un método de aproximación, puede emplearse para tener la aproximación a parámetros de esta naturaleza, algunos de los cuales pueden ser obtenidos por fórmulas desarrolladas a través de los años pero que para ser aplicadas se deben realizar algunas suposiciones que pueden resultar en datos alejados de la realidad. Además, con el método del elemento finito se pueden determinar parámetros que en la actualidad son de suma importancia, y para ellos las expresiones analíticas desarrolladas proporcionan valores alejados de la realidad, tal es el caso de la inductancia de dispersión. Además, con el método del elemento finito se puede realizar el análisis de dispositivos con geometrías físicas complejas que analíticamente es muy difícil de llevar a cabo. Tal es el caso de los transformadores de horno de arco, que por su constitución física son mucho más fáciles de estudiar y analizar mediante el elemento finito en lugar de su formulación analítica.