扬州大学 MATLAB 课程设计 变压器

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

题目变压器综合仿真设计一

学生浦健学号 111704222

指导教师张建华

2014年 1 月3日

变压器综合仿真设计一

摘要：

变压器的稳定运行对于电网设备的连续可靠运转具有十分重要的意义。在正常情况下，变压器的励磁电流通常不会超过变压器额定电流的２％～５％。但当变压器空载合闸或外部故障切除恢复供电时，变压器一次绕组内会产生数值极大的瞬态励磁涌流，励磁涌流一方面会导致绕组变形，减小变压器的使用寿命；另一方面还会使变压器差动保护装置产生误动作，此外励磁涌流中包含的高次谐波以及直流分量，会降低电力系统的供电质量，在一定条件下可能会引起电力系统谐振，产生过电压。目前对励磁涌流的研究包括两方面：一是如何有效抑制励磁涌流；二是如何鉴别励磁涌流与故障电流。但可以鉴别只表明差动保护不会误动作，并未减小变压器的瞬态过渡过程对电网的冲击以及对绕组的损伤。未来的发展方向还是在于提出更好地抑制涌流产生的方法和策略，而这又离不开对励磁涌流产生的原理及过程进行正确的分析与测量。

本文针对单相变压器空载合闸励磁涌流的暂态特性进行了建模和实验研究。本文主要介绍单相变压器的基本工作原理并在此基础上结合MATLAB软件，通过仿真测试介绍单相线性、非线性单相变压器的空载及合闸过程的特性。同时，本文也会在仿真过程中结合事例，讲解运用MATLAB及Simulink进行电路仿真的基本知识。

关键字：

MATLAB；Simulink；单相变压器；空载运行

1 引言

设计背景

设随着科学技术进步，电工电子新技术的不断发展，新型电气备不断涌现，人们使用电的频率越来越高，人与电的关系也日益紧密，对于电性能和电气产品的了解，已成为人们必需的生活常识。

变压器是一种静止的电气设备，它是利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能，以满足不同负载的需要。在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。

输电线路将几万伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，由于用电设备绝缘及安全的限制，必需经过降压变压器将高电压降低到适合于用电设备使用的低电压。当输送一定功率的电能时，电压越低，则电流越大，电能有可能大部分消耗在输电线路的电阻上。为此需采用高压输电，即用升压变压器把电压升高输电电压，这样能经济的传输电能。

它的种类很多，容量小的只有几伏安，大的可达到数十万千伏安；电压低的只有几伏，高的可达几十万伏。如果按变压器的用途来分类，几种应用最广泛的变压器为：电力变压器、仪用互感器和其他特殊用途的变压器；如果按相数可以分为单相和三相变压器。不管如何进行分类，其工作原理及性能都是一样的。变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备，用途可综述为：经济的输送电能、合理的分配电能、安全的使用电能。实际上，它在变压的同时还能改变电流，还可改变阻抗和相数。小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器。最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁芯(构成磁路)和绕在铁芯上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。这类变压器在生活中的应用非常广泛。

设计目的：

⑴掌握SIMULINK仿真环境常用模块库和电力系统模块库；

⑵对变压器运行进行仿真设计；

⑶了解变压器空载特性、合闸及副边短路过程中变压器内部工作特性。

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）。

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