Tool construction for optimal transformer design

Abstract

Door de stijgende vraag naar DC-toepassingen met grote vermogens is er binnen het onderzoekscentrum EnergyVille te Genk een grote focus naar zeer efficiënte en lichte DC/DC-omzetters. Het ontwerpen van DC-componenten wordt steeds moeilijker door het gebrek aan ruimte in bepaalde toepassingen en het dalend aanbod aan koper en ijzer. Deze thesis heeft een algoritme ontworpen dat duizenden transformatorontwerpen berekent voor bepaalde condities. Dit algoritme kan worden gebruikt als hulpmiddel om de meest geschikte transformator voor een bepaalde toepassing te ontwerpen.

Het algoritme is gemaakt in Matlab en wordt gevalideerd in de simulatietool Elmer. Concreet berekent en vergelijkt het algoritme transformatorontwerpen van verschillende afmetingen en materialen zodat het optimale ontwerp kan worden gekozen. Dit gebeurt via twee benaderingen. De ene bepaalt het rendement op basis van een maximale temperatuur, de andere gaat uit van externe koeling, waardoor er mindere temperatuur beperkingen zijn en meer ontwerpen kunnen worden geëvalueerd.

De resultaten tonen voor elk materiaal de relatie tussen de vermogensdichtheid, het rendement en de afmetingen. Daarnaast kan het ook ontwerpen voor elk soort magnetisch materiaal evalueren, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen. Het dient als een basis voor iedereen die een transformator wil ontwerpen, terwijl er geen uitgebreide kennis over transformatoren nodig is. Tot slot blijkt de tool een snelle en betrouwbare manier te zijn om transformatoren te ontwerpen.