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1、扬州大学专业软件应用综合设计报告 水能 学院 11 级 电气 专业题目 变压器仿真设计三 学生 李正茂 学号 112607111指导教师 张建华 2013年 12 月 28 日变压器综合仿真设计三摘要：本文主要简绍变压器在并联运行的情况下，利用控制变量法，了解变压器的额定电压，变比，连接组别以及短路阻抗不同（1、短路阻抗大小相等，阻抗角不等2、短路阻抗大小不等，阻抗角相等）各个变压器环流和负载电流的影响，分析波形。最后得出变压器并联运行的条件。同时，还附带的讲解了一些有关MATLAB中simulink模块的使用与连接，变压器的参数设定（连接组别、额定电压、短路阻抗等），示波器的使用等。本文都将
2、一一解释。关键字：simulink；变压器并联运行； 变压器额定电压、短路阻抗、连接组别；空载环流；负载环流和负载波形1 引言42 设计依据及框图52.0 设计依据6（1）变压器的工作原理：6（2）参数设置6（3）SIMULINK仿真模型：9（4）并联运行的计算公式计算公式及分析102.1 设计平台102.1.1 MATLAB产生的历史背景102.1.2 MATLAB的语言特点112.1.3 simulink 简介122.2 设计思想21（1）变比不相等时的并联运行21（2）连接组不相同的并联运行21（3）阻抗电压标么值不相等时的并联运行22（4）负载分配计算232.3 设计结构框图或流程图2
3、32.4各模块功能简介253 软件调试分析274 结语324.1 结论与讨论324.2参考文献324.3致谢331 引言计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言，MATLAB是目前控制系统计算机辅助设计实用且有效的工具。这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题，更因为它提供了强有力的工具箱支持。与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处理、优化等。还有一些先进和流行的控制策略工具箱，如鲁棒控制、u-分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非线性控制设计、模糊逻辑等。可以说目前理论界和工业界广泛应用和研究的
4、控制算法，几乎都可以在MATLAB中找到相应的工具箱。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工
5、作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB具有以下六个特点：1.编程效率高 MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，MATLAB语言也可通俗地称为演算纸式的科学算法语言。由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。 2. 用户使用方便 MATLAB语言把编辑、编译、连接和执行融为一体，其调试程序手段丰富，调试速度快 ，需要学习时间少。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法 错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比
6、VB还要简单的语言。 3扩充能力强高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且MATLAB的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为MATLAB的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。4语句简单，内涵丰富MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为(a，6，c)= fun（d，e ，f，），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f，和输出变量a，b，c .组成，同一函数名F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使MAT
7、LAB的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得MATLAB编写的M文件简单、短小而高效。 5高效方便的矩阵和数组运算 MATLAB语言像Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的一系列运算符，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不 能比拟的。6方便的绘图功能 MATLAB的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），使用时只需调用不同的 绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，格绘制也只需调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数
8、时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。2 设计依据及框图变压器在规定的使用环境和运行条件下，主要技术数据一般都都标注在变压器的铭牌上。主要包括：额定容量、额定电压及其分接、额定频率、绕组联结组以及额定性能数据（阻抗电压、空载电流、空载损耗和负载损耗）和总重。 A、额定容量（kVA）：额定电压.额定电流下连续运行时,能输送的容量。 B、额定电压（kV）：变压器长时间运行时所能承受的工作电压.为适应电网电压变化的需要,变压器高压侧都有分接抽头,通过调整高压绕组匝数来调节低压侧输出电压. C、额定电流(A):变压器在额定容量下,允许长期通过的电流. D、空载损耗（kW）: 当以额定频率的
9、额定电压施加在一个绕组的端子上，其余绕组开路时所吸取的有功功率。与铁心硅钢片性能及制造工艺、和施加的电压有关. E、空载电流（%）: 当变压器在额定电压下二次侧空载时,一次绕组中通过的电流.一般以额定电流的百分数表示. F、负载损耗（kW）: 把变压器的二次绕组短路,在一次绕组额定分接位置上通入额定电流,此时变压器所消耗的功率. G、阻抗电压（%）：把变压器的二次绕组短路,在一次绕组慢慢升高电压,当二次绕组的短路电流等于额定值时,此时一次侧所施加的电压.一般以额定电压的百分数表示. H、相数和频率：三相开头以S表示，单相开头以D表示。中国国家标准频率f为50Hz。国外有60Hz的国家（如美国）
10、。 I、温升与冷却：变压器绕组或上层油温与变压器周围环境的温度之差,称为绕组或上层油面的温升.油浸式变压器绕组温升限值为65K、油面温升为55K。冷却方式也有多种：油浸自冷、强迫风冷，水冷，管式、片式等。 J、绝缘水平：有绝缘等级标准。绝缘水平的表示方法举例如下：高压额定电压为35kV级，低压额定电压为10kV级的变压器绝缘水平表示为 LI200AC85/LI75AC35，其中LI200表示该变压器高压雷电冲击耐受电压为200kV，工频耐受电压为85kV，低压雷电冲击耐受电压为75kV，工频耐受电压为35kV.奥克斯高科技有限公司目前的油浸变压器产品的绝缘水平为LI75AC35，表示变压器高压
11、雷电冲击耐受电压为75kV，工频耐受电压为35kV，因为低压是400V，可以不考虑。 K、联结组标号：根据变压器一.二次绕组的相位关系,把变压器绕组连接成各种不同的组合,称为绕组的联结组。为了区别不同的联结组,常采用时钟表示法,即把高压侧线电压的相量作为时钟的长针,固定在12上,低压侧线电压的相量作为时钟的短针,看短针指在哪一个数字上,就作为该联结组的标号.如Dyn11表示一次绕组是（三角形）联结，二次绕组是带有中心点的（星形）联结，组号为(11)点。2.0 设计依据（1）变压器的工作原理：变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和
12、铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能，电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组。与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组 一次绕组的二次绕组的 同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为m ,该磁通量称为主磁通 当交流电压U1加到一次侧绕组后交流电流I1流入该绕组就产生励磁作用，在铁芯中产生交变的磁通，这个交变磁通m不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中引起感应电动势。这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交流电流I2流
13、出，形成于是输出电能。（2）参数设置 测试参数分空载和负载两个大部分： 每一大部分又有四组参数1. 两台同型号三相变压器并联空，负载运行时2. 两台三相变压器只是联接组别不同空，负载运行时3. 两台三相变压器只是额定电压不同空，负载运行时4. 两台三相变压器只是短路阻抗参数不同空，负载运行时 阻抗大小相等，阻抗角不相等 阻抗大小不等，阻抗角相等（3）SIMULINK仿真模型：两台变压器并联运行，电流模块1、2分别测量变压器两台变压器的电流，测量环流。电流模块0用来测量负载波形。三通道示波器观察输出电流波形。（4）并联运行的计算公式计算公式及分析由于三相变压器和单相变压器的原理是相同的,为了便于
14、分析,以两台单相变压器并列运行为例来分析.由于两台变压器原边电压相等,电压比不相等,副边绕组中的感应电势也就不相等,便出现了电势差E.在E的作用下,副边绕组内便出现了循环电流IC.当两台变压器的额定容量相等时,即SNI=SNII.循环电流为: IC=E/(ZdI+Zd2) 式中Zd1表示第一台变压器的内部阻抗 Zd2表示第二台变压器的内部阻抗 Zd 用阻抗电压UZK表示时,则 Zd=UZK*UN/100IN 式中UN表示额定电压(V),IN表示额定电流(A) 当两台变压器额定容量不相等时,即SNISNII,环流IC为: IC=*UN/UZKI+(UZKII/) 式中:UZK1表示第一台变压器的阻抗电压 UZK2表示第二台变压器的阻抗电压 IN3变压器I的副边负荷电流 根据以上分析可知:在有负荷的情况下,由于循环电流IC的存在,使变比小的变压器绕组的电流增加,而使变比大的变压器绕组的电流减少.这样就造成并列运行的变压器不能按容量成正比分担负荷.如母线总的负荷电流为I时(I=IN1+IN2),若变压器I满负荷运行,则变压器II欠负荷运行;若变压器II满负荷运行,则变压
