A thermal analysis of a 5 kVA dry-type transformer under linear and non-linear loads conditions is studied in this paper. The main goal here is to calculate the hottest-spot transformer temperature under free convection through the resolution of the heat conduction equation in three dimensions (3D) using COMSOL Multiphysics®. The proposed technique was validated through experimental data obtained in laboratory. The temperature inside the cores was measured under the influence of free convection. The radiation emission was also measured through a thermal camera. The heat transfer coefficient for both conditions was obtained from empirical correlations. The hottest-spot temperatures were determined from the analysis in the commercial software which was used for the numerical simulations of the transformer heating and cooling under some loading conditions. The temperature residuals, that is, the experimental temperature values subtracted by the numerical temperature values, were below 10%. The numerical analysis found that the hottest-spot temperatures in the core reached 20 °C above the transformer insulation limit. The location of the hottest-spot as well as the obtained temperatures can be used to improve more resistant dry-type transformers.
O comportamento térmico dos transformadores é afetado por cargas distorcidas causadas pela influência de equipamentos eletrônicos na corrente elétrica. O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento térmico de um transformador do tipo seco de 5 kVA trabalhando com cargas lineares e não lineares. Termopares e PT100 foram utilizados para medir as temperaturas dentro dos núcleos. Além disso, ventiladores foram usados dentro dos transformadores para analisar a influência da convecção forçada nas temperaturas. Correlações empíricas da literatura foram utilizadas para determinar o coeficiente médio de transferência de calor utilizado na análise numérica e para validar os resultados obtidos neste trabalho. A emissividade da superfície do núcleo foi medida com uma câmera térmica. O software comsol foi utilizado para a simulação numérica do aquecimento de transformadores sob o efeito das diversas condições de carregamento e resfriamento. Comparações entre as temperaturas experimentais e numéricas foram realizadas para validar a metodologia. As temperaturas dos pontos mais quentes (Hot Spots) e suas localizações também puderam ser estimadas com esta metodologia. A temperatura dos Hot Spots no núcleo atingiu 20 °C acima do limite de isolamento do transformador. Essas temperaturas e locais servirão no futuro para otimizar projetos de resfriamento de transformadores do tipo CORE.
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