变压器负载运行状态仿真课程设计

课程设计(论文)说明书

题目：变压器负载运行状态仿真

院（系）：机械工程学院

专业：电气工程及其自动化

学生姓名：**

学号：**********

指导教师：***

职称：讲师

2013 年12月6 日

目录

1 引言 (1)

2 变压器介

绍 (2)

2.1变压器分类 (2)

2.2变压器负载运行时的效率特性 (2)

2.3变压器负载运行时的电磁过程 (3)

2.4负载运行时的方程式 (4)

2.5变压器绕组折算 (5)

2.6变压器运行等效电路 (6)

3 课题设计要

求 (9)

3.1课程设计要求 (9)

3.2课程设计目标 (9)

3.3课程设计过程 (10)

3.3.1负载运行T型等效电路模型图 (10)

3.3.2负载运行计算基本原

理 (10)

3.3.3利用matlab编程语言计算 (12)

3.4使用Simulink建立的仿真模型 (15)

4 总

结 (16)

5 参考文

献 (17)

1 引言

MATLAB是面向工程计算的高级交互式软件，是一个可以完成各种计算和数据处理的、可视化的、易学易理解的大众化工具，MATLAB广泛应用于数学、物理、工程等各领域，MATLAB已成为世界各地高校最流行的用于科学和仿真的软件。Simulink是MATLAB用来对动态系统进行创建、仿真与分析的软件包，在电气工程中应用非常广泛。

S imulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

变压器的效率一般很高，电力变压器可达95%以上。变压器容量越大，效率越高，巨型电力变压器可达99%以上，所以，用它来传递电能既方便又经济。在电能的传输过程中，总是把电压提高，因为传输一定的电功率，电压越高，电流也就越小。这样，既可以节省导线（因为截面积可以减小）和其他架设费用，又可以减少送电时导线上的损耗。

学会使用Simulink建立仿真模型。计算一、二次侧的实际电流和励磁电流。首先对题目进行分析，其次进行MATLAB程序设计并给出其程序清单，最后给出计算结果。

2 变压器

2.1变压器的分类，按负载导则变压器分为三类

a.配电变压器。电压在35kV及以下，三相额定容量在2500kVA及以下，单相额定容量在833kVA及以下，具有独立绕组，自然循环冷却的变压器。

b.中型变压器。三相额定容量不超过100MVA或每柱容量不超过33.3MVA，具有独立绕组，且额定短路阻抗(Z)符合式(2)要求的变压器

c.大型变压器。三相额定容量100MVA以上，或其额定短路阻抗大于式(2)计算值的变压器。负载状态的分类。

d.正常周期性负载：

在周期性负载中，某段时间环境温度较高，或超过额定电流，但可以由其它时间内环境温度较低，或低于额定电流所补偿。从热老化的观点出发，它与设计采用的环境温度下施加额定负载是等效的。

e.长期急救周期性负载：

要求变压器长时间在环境温度较高，或超过额定电流下运行。这种运行方式可能持续几星期或几个月，将导致变压器的老化加速，但不直接危及绝缘的安全。

f.短期急救负载：

要求变压器短时间大幅度超额定电流运行。这种负载可能导致绕组热点温度达到危险的程度，使绝缘强度暂时下降。

2.2变压器负载运行的效率特性

当变压器负载运行时，其效率为输出与输入的有功功率之比，即

η＝P2/P1=P2/(P2∑P）*100％

式中：为二次侧输出的有功功率；为一次侧输入的有功功率；为变压器的总损耗。引入负载系数，并忽略副边端电压在变压器负载时的变化即，则三相变压器的输出功率为：P2=∫3U2nβI2ncosφ＝βSncosφ

变压器总的损耗包含有铁耗和铜耗两部分。因变压器负载时和空载时铁心中的主磁通基本不变，相应地铁耗也基本不变，故又把叫做不变损耗；而铜耗是电流经一、二次侧绕组的电阻上产生的有功损耗，铜耗与负载电流的平方成正比，故又把叫做可变损耗。额定电流下的铜耗等于短路实验电流为额定值时输入的有功

功率，而负载不为额定值时，设忽略空载电流，则铜耗与负载系数的平方成正比。效率特性曲线是一条具有最大值的曲线，最大值出现在的地方，即最大效率发生在铁耗与铜耗相等的时侯，为方便起见，此时的负载系数记βm 。

一般电力变压器带的负载都不是恒定不变的，而有一定的波动，因此变压器就不可能一直运行在额定负载的情况，设计变压器时，一般的总小于１。通常电力变压器的最高效率发生在, 的条件下，中小型变压器的效率约为，大型变压器一般可达99％以上。可通过变压器负载运行实验测定。

2.3变压器负载运行时的电磁过程

图2-3 单相变压器负载运行图

变压器二次绕组接负载ZL,二次绕组有电流2 流过，输出电压2＝2ZL ；

电流2 建立二次磁动势2＝2N2，作用在主磁路上，企图改变主磁通。

电源电压1不变时，主磁通基本不变。一次绕组的电流必须相应由增大为1 ，一次磁动势也由0 增大为1＝1N1，以抵消二次磁动势对主磁通的影响，从而保持主磁通不变。

1和 2 除共同建立主磁通外，还分别产生交链各自绕组的漏磁通1σ和2σ,并在一、二次绕组中感应漏电动势1σ和2σ。

1σ和2σ可以用漏抗压降的形式来表示：。

x2称为二次绕组的漏抗，与二次绕组漏磁通相对应，为常量，

。