This project examines the Chan model for modeling the behavior of power transformers subjected to DC biases, focusing on electromagnetic modeling through equivalent circuits. DC biases, which can arise due to geomagnetic activity, power systems, and railway infrastructure, pose a significant threat to transformer performance by inducing DC currents that cause saturation in the transformer core. Such saturation leads to excessive heat generation, noise, and potential transformer damage. The Chan model is used to model nonlinear elements to simulate flux paths in transformers using LTSpice software to understand this behavior further. The project was carried out in collaboration with Hitachi Energy HVDC transformers. The project aims to enhance the understanding of transformer core saturation by leveraging the Chan model for nonlinear inductor cores and developing a prototype engineering tool for transformer design. The Chan model was fitted to core steel and transformer tank steel data. The EY and DY core models were implemented into the circuit modeling tool. Then the circuit models were simulated under various DC biases to observe flux behavior and saturation levels. Results from no-load and short-circuit simulations are compared to reference values that confirm the model’s validity with reasonable accuracy. The operational simulations show that flux path deviations lead to core saturation and flux taking other paths, such as through flitch plates. These findings demonstrate that the Chan model can relatively accurately simulate DC-induced transformer saturation, with short-circuit tests deviating no more than 7% and no-load tests deviating no more than 0,4%. However, more data is needed to confirm the model as a fully reliable model for wider use. Moreover, the prototype engineering tool simplifies simulation setup and analysis, enabling efficient evaluation of transformer behavior under DC bias.

Detta examensarbete undersöker krafttransformatorers beteende vid påverkan av likströmsförskjutningar, med fokus på elektromagnetisk modellering genom ekvivalenta kretsar. Likströmsförskjutningar, som kan uppstå på grund av geomagnetisk aktivitet, solstormar, kraftsystem och järnvägsinfrastruktur, utgör ett betydande hot mot transformatorprestanda genom att orsaka saturering i transformatorkärnan. Denna saturering kan leda till ofördelaktig värmeutveckling, oljud och potentiella skador på transformatorer. Projektet, genomförs i samarbete med Hitachi Energy och undersöker Chanmodellen för icke-linjära kärnmodellering för att simulera flödesvägar i transformatorer med LTSpice-programvara. Projektets syfte är att öka förståelsen för transformatorers saturering genom att använda Chanmodellen för icke-linjära transformatorkärnor och utveckla ett prototypverktyg för transformatorers konstruktion och modellering. Chanmodellen anpassades till datan för kärnstålet och transformatortankstålet. EY och DY kärnmodellen implementerades i kretssimuleringsverktyget. Därefter simulerades kretsmodellerna under olika likströmsförskjutningar för att observera flödesbeteende och satureringsnivåer. Resultaten från simulering av modellerna visar på relativt hög pålitlighet för Chan modellen. Dessa resultat demonstrerar att Chan-modellen på ett relativt pålitligt sätt kan simulera likströmsinducerad saturering i transformatorer, vilket kan underlätta framtida transformatorutveckling och optimering. Dock behöver metoden undersökas mer för att öka pålitligheten hos modellen för att användas i högre utsträckning. Prototypverktyget uppsättningen av simuleringar och analys, vilket i framtiden kan möjliggöra en effektivare design och utvärdering av transformatorers beteende vid likströmsförskjutningar.