变压器的建模与特性分析讲解

基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析电气专业方向设计报告

西南科技大学电气专业方向设计报告设计名称：基于Matlab的变压器仿真建模及特性分析姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：2015年11月3日------2015年11月27日西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析起止日期：2015/11/03～2015/11/27指导教师：方向设计学生日志基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析摘要：通过MATLAB软件中的电力系统模块，建立了分析变压器饱和特性的系统仿真模型。

使用该模型，对考虑磁滞、剩磁影响的饱和特性以及变压器的空载、负载、空载合闸、副边突然短路（负载）进行仿真分析，为分析变压器的特性提供了简单有效的方法。

并能通过分析加深对变压器特性的理解。

关键词：变压器；MA TLAB；特性分析Simulation modeling and analysis of transformer based on MATLABAbstract：Through the power system module of MATLAB software, the system simulation model of the saturation characteristic of transformer is established. Using the model, the simulation analysis was carried out to consider the effect of hysteresis, remanence saturation characteristics and transformer no-load, load, no-load closing, side sudden short circuit (load), provides a simple and effective method for the analysis of transformer properties. And can deepen the understanding of the characteristics of the transformer.Key words：Transformer ；MATLAB ；Characteristic analysis一、设计目的和意义电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。

基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析电气专业方向设计报告

西南科技大学电气专业方向设计报告设计名称：基于Matlab的变压器仿真建模及特性分析姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：2015年11月3日------2015年11月27日西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析起止日期：2015/11/03～2015/11/27指导教师：方向设计学生日志基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析摘要：通过MATLAB软件中的电力系统模块，建立了分析变压器饱和特性的系统仿真模型。

使用该模型，对考虑磁滞、剩磁影响的饱和特性以及变压器的空载、负载、空载合闸、副边突然短路（负载）进行仿真分析，为分析变压器的特性提供了简单有效的方法。

并能通过分析加深对变压器特性的理解。

关键词：变压器；MA TLAB；特性分析Simulation modeling and analysis of transformer based on MATLABAbstract：Through the power system module of MATLAB software, the system simulation model of the saturation characteristic of transformer is established. Using the model, the simulation analysis was carried out to consider the effect of hysteresis, remanence saturation characteristics and transformer no-load, load, no-load closing, side sudden short circuit (load), provides a simple and effective method for the analysis of transformer properties. And can deepen the understanding of the characteristics of the transformer.Key words：Transformer ；MATLAB ；Characteristic analysis一、设计目的和意义电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。

三相变压器和应涌流的仿真建模与特性分析

三相变压器和应涌流的仿真建模与特性分析在分析了变压器和应涌流的产生机理的基础上，利用MATLAB/Simulink中的PSB仿真模块集搭建了仿真模型并成功产生了和应涌流。

仿真结果验证了分析结论，为和应涌流导致变压器差动保护误动的分析以及认识合应涌流的本质奠定了基础。

标签：变压器；和应涌流；仿真建模引言在电力系统实际运行中，我们知道当一台变压器空载合闸，由于铁芯磁通饱和，励磁电流激增，波形呈现一种特殊的形式，这种情况下的特殊电流称做励磁涌流。

而此时若有变压器与之并联或串联运行，并联或串联运行的变压器铁芯绕组中也会产生一种特殊的电流，这种电流被电力学术界称为和应涌流。

它的产生机理更复杂，产生后对电网正常运行影响和危害更大，是一种比励磁涌流复杂且难以对付的电气现象。

从国民经济正常生产来说，分析它和研究避免的方式，对电网正常运行和整个国民经济生产，有十分重要的意义。

本文将分析和应涌流产生机理，建立并联和应涌流产生的系统仿真模型，通过对仿真结果分析，总结和应涌流的波形特点、产生因素及其从对电网的运行影响入手，总结避免系统产生和应涌流的防范措施[1-3]。

1 电力变压器和应涌流产生机理[4]从电力系统实际运行总结，如下两种情况将产生和应涌流：（1）两台变压器并联运行，当其中一台变压器A空载合闸，另一台变压器B正常运行，在这种运行方式下，B将会产生和应涌流；（2）运行方式为两台变压器串联运行，当处于线路末端的变压器A空载合闸，靠近电源侧的变压器B将会产生和应涌流。

图1示出了并联运行变压器T1产生和应涌流情况的电气连接图，图中变压器T2处于正常运行状态，变压器空载合闸。

图2示出了串联运行变压器产生和应涌流情况的电气连接图，图中变压器T2处于正常运行状态，变压器T2空载合闸。

根据电力系统实际运行情况，本文以发生和应涌流最多的第一种情况为例，分析并联运行变压器产生和应涌流的机理。

如图2为并联运行变压器等效电路。

图3中变压器T1处于正常运行状态，变压器T2空载合闸，模拟检修完毕空载合闸。

基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析电气专业方向设计报告

西南科技大学电气专业方向设计报告设计名称：基于Matlab的变压器仿真建模及特性分析姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：2015年11月3日------2015年11月27日西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析起止日期：2015/11/03～2015/11/27指导教师：方向设计学生日志基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析摘要：通过MATLAB软件中的电力系统模块，建立了分析变压器饱和特性的系统仿真模型。

使用该模型，对考虑磁滞、剩磁影响的饱和特性以及变压器的空载、负载、空载合闸、副边突然短路（负载）进行仿真分析，为分析变压器的特性提供了简单有效的方法。

并能通过分析加深对变压器特性的理解。

关键词：变压器；MA TLAB；特性分析Simulation modeling and analysis of transformer based on MATLABAbstract：Through the power system module of MATLAB software, the system simulation model of the saturation characteristic of transformer is established. Using the model, the simulation analysis was carried out to consider the effect of hysteresis, remanence saturation characteristics and transformer no-load, load, no-load closing, side sudden short circuit (load), provides a simple and effective method for the analysis of transformer properties. And can deepen the understanding of the characteristics of the transformer.Key words：Transformer ；MATLAB ；Characteristic analysis一、设计目的和意义电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。

单相变压器空载合闸励磁涌流特性的仿真建模及实验分析

阻和漏电感。Rm 和 Xm 分别为变压器励磁电阻和励磁电感。i1 为一次侧电流，u1=U1msin(ωt+α) 为电源电压，其中 α 为合闸电压初相角。变压器空载合闸时的一次侧回路方程如式（1）。
铁芯漏磁通很小，X1σ 一般可忽略。不考虑铁芯饱和或在铁芯饱和之前，式中 i1 和就为线性关系，其关系如式（2）。
［Keywords］transformer; inrush current; closing angle of source voltage
当变压器空载合闸或掉电后恢复供电时，在变压器原方绕组中会产生幅值很大的励磁涌流 [1]。励磁涌流一般峰值很大，
可达到一次侧额定电流的 4~8 倍，含有大量高次谐波，易引起变压器继电保护装置误动 [2]。
目前为止励磁涌流主要有两个研究方向，一个是励磁涌流识别技术 [3]，主要是正确识别电力变压器的励磁涌流。另一个是励磁涌流抑制技术 [4]，主要是探索如何抑制和削弱励磁涌
流。本文针对单相变压器空载合闸暂态过程进行了仿真建模
和实验分析。
1 单相变压器空载合闸暂态分析如图 1 所示，R1数据及分析利用录波仪记录励磁涌流的波形记下涌流峰值取其绝对值并用标幺值表示作出涌流峰值和电压合闸角之间的关系曲线具体见图5302515500201020406080100120140160180电压合闸角度励磁涌流峰值标幺值图5涌流峰值标幺值与电压合闸角的关系合闸角在0到90之间励磁涌流峰值随着合闸角增大而逐渐减小在90到180之间励磁涌流峰值随着合闸角增大而增大总体呈现一个v字形合闸角越靠近90则产生的励磁涌流越小越靠近0和180励磁涌流则越大
e
I
R
e
U
jXσ
e
Rm
E

电力变压器的磁化特性建模与仿真研究

电力变压器的磁化特性建模与仿真研究电力变压器是现代电力系统中非常重要的传输装置，它在电力输送、配电、调节电压等方面有着重要的作用。

为了更好地了解电力变压器的磁化特性，可以通过建模和仿真来进行研究。

1. 电力变压器的磁化特性电力变压器的磁化特性是指磁通密度与磁场强度之间的关系，通常用磁滞回线来描述。

磁滞回线是一条曲线，它描述了磁场强度与磁通密度之间非线性的关系。

在磁化过程中，磁通密度不仅取决于磁场强度，还受到材料的磁滞特性和频率等因素的影响。

2. 建模方法建模是研究电力变压器磁化特性的重要手段。

常用的建模方法包括解析模型和数值模型。

解析模型通常基于材料的物理性质和基本方程来描述磁滞回线。

数值模型是通过在计算机上运行磁场仿真软件来确定磁通密度和磁场强度之间关系的过程。

3. 仿真方法磁场仿真是对电力变压器磁化特性进行研究的重要手段。

常用的磁场仿真软件包括ANSYS、COMSOL Multiphysics、FEKO等。

在进行磁场仿真之前，需要先建立几何模型。

通常，电力变压器的几何模型可以采用三维CAD软件进行建模。

然后，在磁场仿真软件中导入几何模型，设置物理属性和求解器等参数，最后进行仿真。

4.案例研究以一台1000kVA、35kV/10kV电力变压器为例，对其磁化特性进行建模和仿真。

首先，根据该电力变压器的铁心材料和工作频率等信息，利用解析模型确定磁滞回线。

然后，在ANSYS软件中建立电力变压器的几何模型，并设置物理属性，将磁滞回线导入仿真软件中进行仿真。

最后得到如下的磁场分布图。

（图片需要自行添加）该图显示了该电力变压器内部磁场分布情况，可以进行进一步的分析和优化。

通过仿真，可以研究电力变压器的多种参数对磁化特性的影响，为电力变压器的设计和应用提供重要的参考和支持。

总之，电力变压器的磁化特性建模与仿真研究是电力领域一项十分重要的技术。

通过建模和仿真，可以更好地了解电力变压器的磁化特性，为电力系统的设计和应用提供重要的基础和支持。

2.2 变压器的数学模型资料

温故知新
一、电力线路的导纳二、电力线路的数学模型
本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ课重难点本节课重点
变压器阻抗、导纳的计算公式。
本节课难点
三绕组变压器阻抗、导纳的计算。
第二节变压器的参数和数学模型
I1 1、理想变压器 u1 n1:n2 I2 u2
I1n1=I2n2 k=n1/n2
I2=k I1
u1/n1=u2/n2 u2= u1/k
从而 XT UN U K % U K %U N 2 ＝ 100 100 S N 3I N
X T ——变压器高低压绕组的总电抗（）
U k % ——变压器的短路电压百分值
2、导纳变压器的励磁支路有两种表示方式：阻抗和导纳。变压器励磁支路以导纳表示时，其导纳对应是变压器的铁耗，因变压器的铁耗近似与空载损耗相等，电导也可与空载损耗相对应。
SN 2 SN PCu = 3I N RT = 3( ) RT = 2 RT UN 3U N
2
2
SN 可得PK ≈ 2 RT，式中，U N、S N以V、VA 为单位， UN PK以W为单位。如改以 kV、MVA、kW为单位 PKU N 从而RT = 2 1000S N
2
2
由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，亦即变压器的电抗和阻抗数值上接近相等，可近似认为变压器的短路电压百分值与变压器的电抗有如下关系： 3I N X T UK % 100 UN
2
然后将短路电压百分值归算至对应于变压器的额定容量
U k (1— 2 ) % 12.20 (3—1) 2 6.00 12.00 U k (3—1) % 2U k ( 2 — 3) 2 8.93 17.86 U k ( 2 — 3) % 2U k

变压器的建模与特性分析.

结论：变压器空载运行时一次侧的功率因数较低。因此，
变压器一般不允许空载或轻载运行。
5.4 变压器的负载运行分析
变压器负载后，二次侧的电流不再为零，从而导致铁心内部的电磁过程发生变化。
5.4.1变压器负载运行时的磁势平衡方程式
主磁通基本不
变
N1i0 Φm N1i1 N2i2 Φm
5.5 变压器的基本方程式、等值电路与相量图
5.5.1变压器的基本方程式
综合前边的各种分析和参数等效，可得相量形式的变压器基本方程式
U U
1 2

E1 z1I1 E 2 z2 I2
E1 N1
I1
zmIm N 2 I2

N 1 Im

I 2 2
k 2 x2
z2 k 2 z2
UUI112I2EE21Imzz21II21 E1 E 2 zm I m
例5-1
折算后的等值电路
“T”型等效电路
“Γ”型等效电路
简化等效电路
U U
1 2

E1 z1I1 E 2 z2 I2
设计时，确保变压器全年平均运行效
率较高
p0 pkN
5.8 三相变压器的特殊问题
前边的章节以单相变压器为例研究了变压器的基
本方程、等效电路和性能计算方法，这些知识对三相变压器同样适用。
三相变压器还有其特殊问题：
联结方式磁路结构
5.8.1三相变压器的联结方式与联结组（一）联结方式
规定：
假定电路参数已知，且负载的大小和相位已给定，则可根据几个步骤画出其相量图。
结论：
变压器负载后其一次侧的功率因数角减小，功率因数得以提高。

基于matlab的变压器仿真建模及特性分析电气专业方向设计报告

西南科技大学电气专业方向设计报告设计名称：基于Matlab的变压器仿真建模及特性分析姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：2015年11月3日------2015年11月27日西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析起止日期：2015/11/03～2015/11/27指导教师：方向设计学生日志基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析摘要：通过MATLAB软件中的电力系统模块，建立了分析变压器饱和特性的系统仿真模型。

使用该模型，对考虑磁滞、剩磁影响的饱和特性以及变压器的空载、负载、空载合闸、副边突然短路（负载）进行仿真分析，为分析变压器的特性提供了简单有效的方法。

并能通过分析加深对变压器特性的理解。

关键词：变压器；MA TLAB；特性分析Simulation modeling and analysis of transformer based on MATLABAbstract：Through the power system module of MATLAB software, the system simulation model of the saturation characteristic of transformer is established. Using the model, the simulation analysis was carried out to consider the effect of hysteresis, remanence saturation characteristics and transformer no-load, load, no-load closing, side sudden short circuit (load), provides a simple and effective method for the analysis of transformer properties. And can deepen the understanding of the characteristics of the transformer.Key words：Transformer ；MATLAB ；Characteristic analysis一、设计目的和意义电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。

基于MATLAB的三相变压器仿真建模与特性分析

变压器是电力系统的重要组成部分．它的电磁特性影响着整个电力系统的性能和正常运行变压器铁心饱和状态的研究是变压器分析故障的关键．因此考虑铁心饱和特性的变压器仿真模型的建立与特性分析十分必要．并给变压器设计以及变压器继电保护装置提供可靠的参考依据．具有重要意义。
一、二次绕组磁链的端电压方程为：
．
．
“１ｌ１托１１１
１ｄ
，
，
，
，
，
１ｄｅ２
．
．
．
．
“２２ｒ２ Βιβλιοθήκη ２ｒ２－＿主磁链非饱和值表达式为：
ｌｌＪ：∞ｂＩ１（ｉ１＋ｉ２）＝ｘｌ（ｉ１＋ｉ２）
．
一
ｌ１＿１一
一
Ｉｌ，一
．
ｌ２～
Ｘ２口
磁链的饱和值和非饱和值的关系及饱和值表达式：
＋ · ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ··＋ ”—－卜 ··—●一··＋ ··＋ “＋ “＋ ··＋ ··＋一—－一··—’一··—’一－——●一··— ’一··—－●一”—·●一··—－＋一－—－●一·
一三相变压器数学建模、
为了对变压器的非线性特性的各种状态进行较准确的数字仿真．本设计对三相双绕组变压器模型采用一、二次侧绕组磁链作为状态变量．考虑铁心饱和因素。建立了一种仿真模型

变压器特性Word版

第 6 章变压器的基本理论1.分析变压器内部的电磁过程。

2.分析电压、电流、磁势、磁通、感应电势、功率、损耗等物理量之间的关系。

3.建立变压器的等效电路模型和相量图。

4.利用等效电路计算分析变压器的各种性能。

6-1 变压器的空载运行一.空载运行物理分析•一次侧接额定电压U1N，二次侧开路的运行状态称为空载运行（i2=0）。

•空载时一次侧绕组中的电流i0为空载(或叫激磁)电流，磁势F0=I0N1叫励磁磁势。

= -N1 dΦ/dt=-N1 dФm sin ωt/dt= -N1Фmωcosωt=N1Фmωsin (ωt-90°)=E1m sin (ωt－90°)•电势在相位上永远滞后于它所匝链的磁通90o。

•其最大值:E1m= ω N1Фm= 2π f N1Фm其有效值:E1=E1m/sqrt(2)= 2π f N1Фm/1.414= 4.44 f N1Φm•这就是电机学最重要的“4.44”公式。

说明了感应电势E1与磁通Φm、频率f、绕组匝数N1成正比。

•同样可以推出e2和e1σ的公式：e2=E2m sin(ωt-90°)E2m=N2ΦmωE2=4.44 f N2 Φme1σ=-N1dΦ1σ/dt=N1Φ1σmωsin(ωt-90°)E1σm=ω N1Φ1σmE1σ=4.44 f N1Φ1σm•由于漏磁路的磁导率μo为常数，Φ1σm =L1σI I0，故E1σ=4.44f N12L1σI0=X1σI0，即E1σ可用漏抗压降的形式表示。

•以上推导涉及到的电磁量均为正弦变化，可以用相量来表示。

三.变压器的变比k 和电压比Ka) 变比k：指变压器1、2次绕组的电势之比。

1.k=E1/E2=(4.44fN1Φm)/(4.44fN2Φm)=N1/N22.变比k等于匝数比。

3.一次绕组的匝数必须符合一定条件：U1 ≈ 4.44 f N1Φm ≈ 4.44 f N1B m SN1≈U1/4.44fB m S•R1和X1σ受饱和程度的影响很小，基本上保持不变。

变压器的数学模型及等效电路分析方法

4. 三相三芯、多芯柱变压器数学模型 5. 电力电子仿真软件中的变压器
1
1. 磁路与电感
1. 磁路与电感
磁感应强度与磁通
– 垂直穿过单位面积的磁力线叫做磁通量密度，简称磁通密度，它从数量上反映磁力线的疏密程度。磁场的强弱通常用磁感应强度“Ｂ”
来表示 – 磁通，又称磁通量，是通过某一截面积的磁力线总数，用f表示，
– 或者：
B
f f Rm F l
– Rm：磁阻 – lA/l：磁导 – F：磁动势
5
1. 磁路与电感
法拉第电磁感应定律
– 通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的磁感应电动势e与磁通量f对时间的变化率成正比：
df e dt
– 当由N匝线圈构成时，感应电动势为：
df d ( Nf ) dy e N dt dt dt
13
2. 单铁芯双绕组变压器数学模型
Lm为12和34绕组之间的互感：
– 假设34绕组加电流i34，而i12 =0，环绕铁芯一圈对磁场强度积分或者认
为磁动势F34产生了主磁通，则有：
Lm
y 12 _ 34
i34
N12fm i34
1 2
i12
i34
3 4
N12 ( F34 lm ) i34 N12 ( N 34i34 lm ) i34 N12 N 34 lm
9

y m y leak
1. 磁路与电感
变压器数学建模的方法
– （1）电压方程 – （2）磁链方程 – （3）法拉第电磁感应定律——电压、磁链方程联立
– （4）绕组折算（坐标变换） – （5）画等效电路图
比电机的数学模型少转矩方程

变压器的建模与特性

变压器应具有较低的噪声水平，以满足环保和用户舒适度的要求。
安装特性
变压器应便于安装和维护，适应不同的安装环境和条件。
变压器的热特性
热稳定性
散热性能
变压器应能在一定的温度范围内稳定运行，承受高温和低温环境的影响。
变压器应具备良好的散热性能，将运行过程中产生的热量及时散发出去。
过载能力
温升特性
03
02
定期维护保养
按照规定要求对变压器进行维护保养，确保设备处于良好状态。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，确保设备安全运行。
04
THANKS
感谢观看
变压器应具有一定的过载能力，能够在短时间内承受超过额定负载的运行状态。
变压器应合理控制温升，避免因温度过高而影响电气性能和机械强度。
04
CATALOGUE
变压器的性能分析
变压器的效率分析
01
02
03
效率计算
变压器效率是实际输出功率与输入功率之比，反映了变压器能量转换的效率。
效率影响因素
局部放电检测法
通过检测变压器内部的局部放电信号，判断是否存在绝缘故障或老化现象。
红外测温法
通过红外测温仪检测变压器各部分的温度，判断是否存在过热故障或异常情况。
变压器故障的预防措施
01
加强日常巡检
定期对变压器进行巡检，及时发现和处理异常情况。
选用优质材料
选用高质量的绝缘材料和导电材料，提高设备的可靠性和寿命。
绝缘限制
确保变压器绕组和铁芯的绝缘性能，防止击穿和过热。
短路承受能力
满足规定的短路电流承受能力，保证变压器的安全运行。
变压器设计的优化算法

变压器的建模与特性76页PPT

39、没有不老的誓言，没有不变的承诺，踏上旅途，义无反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识的人，决不会坚韧勤勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
变压器的建模与特性
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只在愚人的字典中找得到。--拿破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突破，不要嫉妒要欣赏，不要托延要积极，不要心动要行动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要素。(注意：传统观念认为勤奋和机会是成功的要素，但是经过统计学和成功人士的分析得出，乐观是成功

变压器的建模与特性共76页

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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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变压器的建模与特性
11、获得的成功越大，就越令人高兴。野心是使人勤奋的原因，节制使人枯萎。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树，先有根茎，再有枝叶，尔后花实，好好劳动，不要想太多，那样只会使人胆孝懒惰，因为不实践，甚至不接触社会，难道你是野人。(名言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但常看常新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福。我爱自己，我用清洁与节制来珍惜我的身体，我用智慧和知识充实我的头脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。农夫不会播下一粒玉米，如果他不曾希望它长成种籽；单身汉不会娶妻，如果他不曾希望有小孩；商人或手艺人不会工作，如果他不曾希望因此而有收益。-- 马钉路德。不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰