Calculation of Magnetic Fields Generated by Traction Transformers and Busbars in Electric Locomotive Systems by Finite Element Method

Abstract

Güç sistemi ekipmanlarının etrafında oluşturduğu manyetik alan yoğunluğunun insan sağlığı üzerine olan etkileri çeşitli kuruluşlar tarafından incelenmektedir. İnsanların güç sistemi ekipmanlarının şebeke frekansında oluşturduğu manyetik alan yoğunluğuna maruz kalması durumunda izin verilen sınır değerler International Commission on Non‐Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) tarafından belirlenmiştir. Buna göre kamuya açık alanlar ve çalışma ortamları için izin verilen en yüksek manyetik alan yoğunluğu değerleri sırası ile 0,2mT ve 1mT olarak belirtilmiştir. Bu kapsamda lokomotiflerde cer gücünü sağlamak için kullanılan cer transformatörü, bara, sürücü ve motor gibi elemanların oluşturduğu manyetik alan yoğunluklarının önemli bir parametre olduğu görülmektedir. Bu bileşenlerin etrafında oluşan manyetik alan yoğunluklarının yolcuların ve personelin sağlığı için belirlenen sınırların altında kalması önerilmektedir. Bu sebepten dolayı lokomotif sistemlerinin tasarımı aşamasında bileşenlerin etrafında oluşan manyetik alan yoğunluklarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında lokomotiflerde kullanılmakta olan bir cer transformatörünün ve örnek bir bara yapısının oluşturduğu manyetik alan yoğunluklarının hesaplanması hedeflenmiştir. Bu amaç ile cer transformatörü, basit bir lokomotif kasası ve bara yapısının geometrik modeli üç boyutlu koordinat sisteminde oluşturulmuş ve Ansys Electronics Suite sonlu elemanlar analizi yazılımına aktarılıp analiz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre belirlenen ölçüm düzlemlerinde manyetik alan yoğunluklarının sınır değerlerin altında kaldığı görülmektedir. Manyetik alan yoğunluğu değerleri modelin geometrik yapısına, malzeme parametrelerine ve işletme durumuna bağlı olarak değiştiğinden dolayı bu analizlerin tasarım aşamasında değerlendirilmesinin gerekliliği çalışma kapsamında vurgulanmıştır.