mdh.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Process Control and Simulation of Ferromagnetic Strip in the Power Transformers and Electrical Machines Applications: Electric power systems
Mälardalen University, School of Sustainable Development of Society and Technology. (Electric Power , PRO)
2009 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

This thesis investigates optimization of the control of electrical and thermal equipment by using FEM and CFD modeling in combination with dynamic simulation models. The thesis focuses on the production of electrical strips and the control system with the aim of reducing losses and improving magnetic properties. Several parameters and factors contribute to core losses. Thickness deviations in strip production, high levels of impurities in the core, orientation, ageing, surface oxidation, overloading, and hot spot temperature are among the reasons for losses in the core. Some of the losses occur during strip cutting and core assembly. This dissertation focuses on the reduction of losses in the cold rolling, annealing and manufacturing stages.

The cold rolling process has a direct influence on the accuracy of the strip thickness and magnetic ageing of sheets. Some disturbances such as eccentricity, working rolls gap deviation, shape and edge deflections have to be removed in order to achieve accurate thickness. Thickness measurement makes up an important portion of loss evaluation in electrical equipment. Impurities and dirty strip surfaces in the cold rolling step can increase the carbon content of strips that pass through the annealing furnaces after cold rolling. The slab should be cleaned before reeling and rewinding.

As the strip passes through the annealing furnaces, the temperature should be homogenous over the entire strip. According to simulations of furnace and strip temperature computed in the COMSOL environment, homogenous temperatures may be achieved using high electrical power reflectors which are equipped with molybdenum disilicide (MoSi2) electrical heating elements to replace the gas fired burners that are currently used.

Modelling of the cold rolling process is conducted in order to find the correlation between control system parameters. A multivariable mathematical model for the rolling process is derived here, which reveals the interactions of the influencing variables. This approach provides numerically efficient algorithms, which are necessary for running in a real-time environment.

A control model is applied in the MATLAB environment in order to determine the strip thickness at online-offline state using a robust algorithm. The critical problem in the thickness control loop is analysed, and an adaptive control algorithm is proposed.

A number of control methods are investigated to improve the final strip properties. Cold rolled strip thickness deviations, eccentricities and shape defects are compensated for. The simulation results are verified with measurement data and the most significant sources of disturbances are detected.

Finally, to solve the hottest spot problem in large scale electric power transformer, a new apparatus, oil spraying, is proposed and analysed.

Abstract [sv]

Denna avhandling behandlar optimering och kontroll av elektrisk och termisk utrustning med hjälp av FEM och CFD-modellering i kombination med dynamiska simuleringsmodeller.

Avhandlingen fokuserar på produktion av remsor och styrsystemet i syfte att minska förluster och ge bättre magnetiska egenskaper. Flera parametrar och faktorer bidrar till förluster i kärnan. Tjockleksavvikelser i remsor, höga nivåer av föroreningar i kärnan, orientering, åldrande, yta oxidation, överbelastning och temperaturer i heta punkter finns bland orsakerna till förlusterna i kärnan. Några av de förluster som uppstår under klippning av remsor och ihopsättningen av kärnan. Denna avhandling fokuserar på att minska förlusterna i produktionsstegen för kallvalsning och  glödgning.

Kallvalsningen har ett direkt inflytande på riktigheten av remsornas tjocklek och magnetiska åldrande. Vissa störningar i till exempel excentriciteten, gapet mellan valsarna, form och kanter måste minimeras för att uppnå korrekt tjocklek. Tjockleksmätningar utgör en viktig del av utvärderingen av förluster  i elektrisk utrustning. Föroreningar och smutsiga bandytor i kallvalsningssteget kan öka kolhalten i band som passerar genom ugnar efter kallvalsning. Valsämnet bör rengöras innan avhaspling och upprullning.

När bandet passerar genom glödgningsugnar bör temperaturen vara homogen över hela remsan. Enligt simuleringar av ugnen och remsans temperatur kan homogen temperatur uppnås med elektriska värmeelement (Molybden disilikat, MoSi2) insatta i reflektorer. De kan ersätta den gaseldade brännare som för närvarande används.

Modellering av kallvalsningsprocessen sker i syfte att hitta korrelation mellan styrsystemparametrar. En multivariabel matematisk modell för valsningsprocessen har tagits fram som använder korrelation mellan variabler. Denna metod ger numeriskt effektiva algoritmer som behövs för att köra i en realtids-miljö.

En modell har tagits fram för att bestämma remsornas med tjocklek för kontinuerlig och icke-kontinuerligt tillstånd med hjälp av en robust algoritm. Det kritiska problemet i reglerloopen för tjocklek har analyserats, och en adaptiv regleralgoritm föreslås.

Ett antal metoder har undersökts för att förbättra de slutliga bandegenskaperna. Avvikelser i kallvalsade band med avseende på tjocklek, excentriciteter och form kompenseras. Simuleringsresultaten har verifierats med mätdata och de viktigaste källorna till störningar upptäckts.   Slutligen, för att lösa problemet med heta punkter i stora transformatorer föreslås en ny metod för oljesprutning, vilken också analyseras i avhandlingen.

Place, publisher, year, edition, pages
Västerås, Sweden: Mälardalen University , 2009. , p. 147
Series
Mälardalen University Press Dissertations, ISSN 1651-4238 ; 75
Keywords [en]
Strip, electrical machines, transformer, cold rolling mills, process, automation, control
Keywords [sv]
Band, elektriska maskiner, transformatorer, kallvalsningsverk, processautomation, reglerteknik
National Category
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Research subject
Energy- and Environmental Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:mdh:diva-6648ISBN: 978-91-86135-33-1 (print)OAI: oai:DiVA.org:mdh-6648DiVA, id: diva2:231722
Public defence
2009-10-02, Alpha, Mälardalen University, Västerås, Sweden, Västerås, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2009-08-17 Created: 2009-08-17 Last updated: 2010-04-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6142 kB)3638 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 6142 kBChecksum SHA-512
a8e3d4403c46febc88083e06510351817b1a4b138a9b2ace0313f22045a608f9721220754567d8740c8f1c1e9ebc41d976b2a5b2d0383789395536127d5618b6
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Mousavi Takami, Kourosh
By organisation
School of Sustainable Development of Society and Technology
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 3638 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 582 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf