基于Matlab的变压器运行特性仿真专题报告

变压器运行特性数字仿真

专题报告

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所在单位：电气工程学院

提交日期：2018

作业评分

一、概述

（一）电压调整率

对于负载来说，变压器相当于一个交流电源，其运行特性主要有外特性和效率特性，电压调整率和运行效率是与之对应的反映变压器运行性能的主要指标。

1、定义

由于变压器一、二次绕组都有漏阻抗，负载电流流过时必然在这些漏阻抗上产生压降，二次侧电压将随负载的变化而变化。为了描述这种电压变化的大小，

引入了电压调整率。电压调整率定义为：变压器一次绕组施加额定电压，

由空载到给定负载时二次电压代数差与二次额定电压

的比值，即

2、对变压器运行的影响 当一次电压为额定值

，负载功率因数

不变时，二次电压

与负载

电流的关系称为电压调整特性，也称外特性。当负载为额定值，功

率因数为指定值（通常为0.8滞后）时的电压调整率，称为额定电压调整率，它是变压器的一个重要性能指标，反映了变压器输出电压的稳定性。显然，电压调整率只是对所设计的额定负载而言的，不随负载的改变而改变，换句话说，设计时只考虑额定负载状态那个点。当负载轻时(小于额定负载)，输出电压高于设计值，负载重时，输出电压低于设计值。过高的电压调整率会使变压器的温升超过规定值,并使输出电压变化增大,影响负载特性，特别在负载变化较大或工作环境温度变化大的场合。

3、对电力系统的影响及意义

电力系统中负载的变化对运行电压影响较大，在夏季用电高峰期表现得极为突出。电压的变化，在直观上影响电力设施的正常运行，在微观上主要是损耗加大。为了保证供电的电压质量和安全运行，往往采取调压等手段将用户终端电压控制在一定围之。

（二）运行效率

U 1N U 2N

U 20222120000002

2221001001001N N N N N

U U U U U U U U U U U *

'---=

⨯=⨯=⨯=-1N

U 2

cos ϕ2

U 2I

()22U f I =

变压器的效率一般都较高，大多数在以上，大型变压器效率可达以上。

1、定义

变压器运行时，其效率为输出有功功率与输入有功功率的百分比，即

， 为输出有功功率； 为输入有功功率

2、对变压器的影响

由于二次所加负载的变化,变压器运行中的输入、输出功率在不断地变化,变压器运行时的效率不是恒定不变的,特别是负载运行变化较大时,变压器的最佳运行效率更是截然不同,而且不同规格型号的变压器性能参数也有较大差异,无论变压器的理论效率还是运行效率都存在较大的差别。

3、对电网的影响及意义

由于变压器运行的环境不同，所承受的电能负荷不同，加之自身结构的特殊性，所以会有不同的故障发生，影响到变压器的运行效率，不利于电网稳定输出功率。变压器的高效运行是供配电系统稳定运行的基础保障，变压器运行效率的提升不仅可以降低能源消耗，同时还提高电能的输送效率，也为电能的高效利用创造了有利的条件。

二、基本原理

（一）基于变压器的T 型等效电路的电压调整率估算公式的推导

.

x 1

.Z L ’

图1 变压器的T 形等效电路

95

99

2

00

1100P P η=

⨯2P 1P

. I 2'

图2 T 形等效电路向量图

o

b

图3 简化等效电路向量图（ΔU 的解法）

在图3中，过点PZ 作Oa 的垂线，得直角三角形POb ，对于电力变压器漏阻抗压降

很小，很小，所以有。过d 作ab 垂线得垂足c 。则从空载到负载，

端电压变化为

就有

（为负载系数，也是电流的标幺值）

（三）变压器效率估算公式的推导

变压器的效率一般都较高，不宜采用直接测量、的方法常采用间接法测

1k

I Z bOP ∠OP Ob ≈12N U U ab '-≈1212

cos sin k k ab I r I r ϕϕ=+β1P 2P

定变压器的效率，而是测出各种损耗以计算效率，即

（为变压器运行时的总损耗，）

而

（认为不变）、

、

（忽略负载运行时二次电压的变化，

认为

不变；

为变压器的额定容量），就有

三、MATLAB 仿真与分析

（一）源程序：

计算变压器功率因数分别为

（滞后）、

、

（超前），电流的标幺值分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0时的电压调整率、效率，并绘制输出特性、效率特性曲线

>> p0=250; pkn=970; sN=400000; zk=0.14; rk=pkn/sN;

xk=(zk^2-rk^2)^0.5; c=[0.8,1,0.8]; s=[0.6,0,-0.6]; b=(0:0.2:1)'; disp('电压调整率');

P ∑Cu Fe

P p p =+∑0

Fe p p ≈()()2

22222

21122112Cu N k N k kN

p I r I r I r r I r I r p βββ'=+=+===22N

U U ≈N

S 2cos 0.8

ϕ=2cos 1.0

ϕ=2cos 0.8

ϕ=