MATLAB變壓器仿真講解

1、揚州大學專業(yè)軟件應(yīng)用綜合設(shè)計報告水能 學院 13 級 電氣專業(yè)題目變壓器綜合仿真設(shè)計二學生 某某某 學號 131504207指導(dǎo)教師 張建華2015年 12月 30 日目錄 TOC o 1-5 h z 一、設(shè)計題目2二、正文2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1、引言22、設(shè)計依據(jù)及框圖3設(shè)計平臺3 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 設(shè)計思想4 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖或流程圖 6 HYPERLINK l bookmark1

2、5 o Current Document 4各模塊功能簡介63、軟件調(diào)試分析104、結(jié)語235、參考文獻256、致謝25變壓器綜合仿真設(shè)計二摘要：隨著變壓器技術(shù)的進步， 傳統(tǒng)仿真已經(jīng)受到了很大的限制。并且當下要推動變壓器技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)不能再依靠傳統(tǒng)仿真。因此，對于變壓器的計算機仿真技術(shù)勢在必行。本為通過MATLA瞅件，對變壓器的運行特性進行了仿真。主要仿真的內(nèi)容包括：變壓 器磁路電流畸變以及變壓器負載運行特性曲線研究。仿真所用到的方法為數(shù)值計算方法，通過插值的方法實現(xiàn)了對曲線的擬合。仿真時，結(jié)合實際情況可輸入不同參數(shù)便于研究。文中給出了各種運行特性的仿真結(jié)果圖，并且結(jié)合理論對其做了簡單的分析

3、，驗證了仿真方法的準確性和可行性。關(guān)鍵字：變壓器；MATLA昉真分析；曲線擬合1引言設(shè)隨著科學技術(shù)進步，電工電子新技術(shù)的不斷發(fā)展，新型電氣備不斷涌現(xiàn)，人們使用 電的頻率越來越高，人與電的關(guān)系也日益緊密，對于電性能和電氣產(chǎn)品的了解，已成為人 們必需的生活常識。變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它是利用電磁感應(yīng)原理把一種電壓的交流電能轉(zhuǎn)變成 同頻率的另一種電壓的交流電能，以滿足不同負載的需要。在電力系統(tǒng)中，變壓器是一個 重要的電氣設(shè)備，它對電能的經(jīng)濟傳輸，靈活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也 使人們能夠方便地解決輸電和用電這一矛盾。由于計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的物理仿 真系統(tǒng)逐漸的被計算機仿真系

4、統(tǒng)代替。計算機仿真系統(tǒng)所具有的效率高、精度高、重復(fù)性 和通用性好、容易改變仿真參數(shù)等優(yōu)點，還可以實現(xiàn)物理仿真無法實現(xiàn)的有危險性的或者 是成本昂貴的仿真。在我國電力行業(yè)發(fā)展迅速的今天，變壓器的仿真技術(shù)不能夠再依托于 傳統(tǒng)的物理仿真系統(tǒng)，而是需要能夠采用能夠促進變壓器技術(shù)發(fā)展的仿真技術(shù)。對變壓器特性的仿真涉及到很多方面，比如變壓器空載勵磁電流在飽和和磁滯影響時的特性、變壓器磁滯回環(huán)在不同電壓等級下的數(shù)據(jù)仿真、變壓器空載合閘時的過電流現(xiàn)象、變壓器在突發(fā)短路時的過電流現(xiàn)象，還有基本的比如效率特性、外特性、短路試驗、空載試驗等。在學習完本課程后，運用 MATLAB1關(guān)仿真技術(shù)對變壓器進行仿真研究，本文的

5、仿真主 要以變壓器磁路電流畸變以及變壓器負載運行特性曲線為主要研究對象，通過結(jié)合實際進行曲線擬合、波形分析，得出相應(yīng)結(jié)論。2設(shè)計依據(jù)及框圖設(shè)計平臺計算機技術(shù)的發(fā)展使得大量的數(shù)據(jù)計算變得方便快捷，一些因為需要不斷的迭代而數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)學算法也可以在實際中得到應(yīng)用。不僅將工作者從繁忙的數(shù)據(jù)計算中解脫出來， 而且還可以做到不同精度的計算。MATLAB軟件在數(shù)值計算方面獨占鰲頭，由于其提供了數(shù)據(jù)視圖，文字處理的同一環(huán)境而受到歡迎。MATLAB勺中文意思為矩陣實驗室，起源于 20世紀80年代，由其開創(chuàng)者 Cleve Moler 開發(fā)。經(jīng)過后期的不斷完善，MATLAB1終走向正軌，并且由MATHWORKS

6、司以商品形式發(fā)布。從MATLAB勺開創(chuàng)到現(xiàn)今，隨著其版本的更替，功能也變得愈加強大。其核心編寫所采 用的語言最終也從 FORTRA語言變?yōu)榱?C語言。MATLAB! matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。 它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功 能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortr

7、an ）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中在數(shù) 值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖 像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB勺基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似， 故用MATLA味解算問題要比用 C, FORTRA除語言完成相同的事情簡捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使 MATLAB

8、為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加 入了對C, FORTRANC+, JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序 導(dǎo)入到MATLAE0數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLABS好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。其主要功能有：數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、 數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程等MATLA由產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程

9、繪圖。新版本的MATLAB寸整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的 MATLA比著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是 由特定領(lǐng)域的專

10、家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微 分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速 原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox ）家族中有了自己的一席之地。MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性 工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB勺符號計算，可視化建模仿真

11、，文字處理及實時控制等功能。 學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAET受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLA在包文件和各種工具包都 是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具 包?，F(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。完善的數(shù)值計算系統(tǒng)和簡單的程序編寫環(huán)境， 使得MATLA瞅件不需要太過專業(yè)的程序編寫技能基礎(chǔ)就可以輕松的使用。MATLAB矩陣作為運算的基本單位，使得矩B府！算變得方便快捷。此外，MATLA所提供的豐富的函數(shù)可以很容易的實現(xiàn)各種數(shù)值算法。MATLAB最為突出的特點就是編程語言的

12、簡潔、直觀。而且其對語法要求不是特別嚴格，不像其他編程語言，比如C語言等。MATLA的言程序文件為文本文件， 后綴為.m, 一般稱為M文件。M文件具有保存和容易 修改命令的優(yōu)點。 MATLA邈供了專門的 M文件編輯器。通過 M文件還可以自行的定義具有 具體功能的函數(shù)，使的程序的編寫得到簡化。MATLAB提供的數(shù)據(jù)可視功能為實現(xiàn)仿真的結(jié)果分析提供了方便，通過圖像可以很容易 的對大量數(shù)據(jù)的變化實現(xiàn)分析。設(shè)計思想對變壓器特性的仿真涉及到很多方面，比如變壓器空載勵磁電流在飽和和磁滯影響時 的特性、變壓器磁滯回環(huán)在不同電壓等級下的數(shù)據(jù)仿真、變壓器空載合閘時的過電流現(xiàn)象、變壓器在突發(fā)短路時的過電流現(xiàn)象，還

13、有基本的比如效率特性、外特性、短路試驗、空載 試驗等。變壓器動態(tài)特性的分析主要是為計算和分析變壓器在空載合閘和突然短路或者是其他4 故障時出現(xiàn)的暫態(tài)過電流和過電壓。在電力系統(tǒng)中，變壓器從發(fā)電廠到輸配電網(wǎng)中都充當 著重要的角色。變壓器的運行特性直接影響到電力系統(tǒng)的正常運行，所以對變壓器的運行 特性進行研究是非常必要的。電力變壓器的保護受到變壓器勵磁涌流的影響，單相變壓器 空載合閘產(chǎn)生勵磁涌流的大小與變壓器合閘角有關(guān)，通過對勵磁電流特點的研究可以制定 出防止勵磁涌路引起誤動的方法。隨著人們對變壓器技術(shù)的不斷探索，變壓器技術(shù)已從剛開始的基本感應(yīng)定律發(fā)展到能夠 對變壓器的結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計、在理論上對

14、變壓器運行時的各種現(xiàn)象進行詳細分析、使變壓器的理論模型達到更高的精確程度。在20世紀80年代末期，國外學者引入了磁化曲線和各頻率下的等效激磁并聯(lián)電導(dǎo)， 建立了變壓器的頻域模型， 但是在計算中存在了一定的誤差， 并且數(shù)據(jù)參數(shù)的獲取非常復(fù)雜。另一種方法為引入磁滯回線，建立時域模型，這種方法較為精確，但是在擬合磁化曲線建立較為準確的曲線模型存在著困難。有的學者通過傳統(tǒng)的T型等效電路的勵磁支路來實現(xiàn)變壓器非線性的特性，但是在仿真中要求對鐵芯損耗進行估 計，而且采用的計算方法相當?shù)膹?fù)雜，難以實現(xiàn)。另外有學者對變壓器的非線性特性進行了詳細的分析，但是并沒有給出具體的模型和仿真結(jié)果。很多的文獻中提到了分段磁

15、化曲線的簡單模擬方法，但是通過這種方法的仿真結(jié)果不夠精確，模型的準確程度不夠。后來出現(xiàn)的通過擬合曲線的方法來準確的反應(yīng)鐵芯磁化的非線性。變壓器的Jiles.Atherton 模型詳細的說明了鐵芯的磁化過程，并且通過磁學理論明了鐵芯磁滯現(xiàn)象的原理。在這個基礎(chǔ)上學者通過MATLA瞅件進行了仿真，仿真所涉到的五個模型參數(shù)包括飽和磁化強度、表明滯后磁 化曲線形狀的參數(shù)、可逆磁化系數(shù)、磁疇對運動阻礙作用的參數(shù)、磁疇間相互作用的參數(shù)， 通過實驗的方法可以獲得。為了能夠使計算速度更快， 沒有采用經(jīng)典的四階龍格庫塔算法來求解，而是采用了較為簡單的歐拉算法。后來較為常見的描述變壓器磁滯回線的方法是將磁滯回線分為

16、了主磁滯環(huán)和飽和區(qū)，這種描述可已較為精確的考慮到磁滯特性。通過擬合曲線的方法，將實驗數(shù)據(jù)擬合成為接近實際的磁化曲線。主磁滯環(huán)采用修正的反正切函數(shù)加以擬合，飽和區(qū)特性將其視為線性可逆， 即磁化曲線用直線表示。在擬合出最大的磁滯回環(huán)后，通過對曲線按照比例的壓縮，就可以得到一系列的反應(yīng)不同程度的磁滯回線。通過龍格庫塔算法求解非常系數(shù)的微分方程，考慮到了勵磁阻抗隨著飽和程度而變化地情況。隨著仿真軟件所提供的功能越來越強大，變壓器的仿真可以省去編寫程序的負擔，而是直接用仿真軟件中的功能塊來實現(xiàn)，通過對模塊的合理的聯(lián)結(jié)和參數(shù)設(shè)置就可以完成仿真。在MATLA邸境下，基于單相變壓器數(shù)學模型的基礎(chǔ)，建立單獨的功

17、能模塊， 通過有機的整合功能模塊搭建單相變壓器的仿真模型。變壓器以磁鏈為狀態(tài)變量的數(shù)學模型與以電流作為狀態(tài)變量的數(shù)學模型比較，前者在物理概念上更加的清晰。而且在采用數(shù)值積分的方法來計算時，此模型要更加穩(wěn)定。上述所提到的利用數(shù)值計算來實現(xiàn)仿真的方法雖然都較為的成熟了，但是數(shù)值計算方法在仿真時對于初值的依賴較強。 如果初值的設(shè)定不合理，仿真程序很容易出現(xiàn)錯誤。甚至會得到發(fā)散的仿真結(jié)果，使得程序無止境的循環(huán)下去。本文將通過MATA既件對變壓器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性進行仿真。穩(wěn)態(tài)特性仿真主要是考慮變壓器磁路電流畸變以，動態(tài)特性仿真為變壓器負載運行特性曲線研究。方法依托于MATLAB仿真軟件的數(shù)值計算能力。

18、在對變壓器磁路電流畸變數(shù)據(jù)處理時將用到三次樣條插值擬合曲線的方法。動態(tài)特性仿真同樣是利用了MATLAB勺數(shù)值計算功能。通過對仿真結(jié)果的分析，驗證數(shù)值算法仿真的正確性和可行性。主要針對單相變壓器負載運行時的參數(shù)分析，關(guān)注負載運行效率問題，研究負載運行效率與不同性質(zhì)負載及不同負載系數(shù)之間的關(guān)系，通過仿真得出相關(guān)波形再進行討論研究。設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖或流程圖變壓器綜合仿真不同負載時的外特性負載特性與效率曲線變壓器電流畸變研究圖1變壓器綜合仿真框圖圖2變壓器綜合仿真流程圖各模塊功能簡介SIMULINK是一個對動態(tài)系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)）進行建模、仿真和綜合分析的集成軟件包，是MATLAB勺一

19、個附加組件，其特點是模塊化操作、易學易用,而且能夠使用 MATLAB1供的豐富的仿真資源。在SIMULINK環(huán)境中，用戶不僅可以觀察現(xiàn)實世界中非線性因素和各種隨機因素對系統(tǒng)行為的影響，而且也可以在仿真進程中改變感興趣的參數(shù)，實時地觀察系統(tǒng)行為的變化，因此已在許多領(lǐng)域，如通信、信號處 理、DSR電力、金融、生物系統(tǒng)等獲得重要應(yīng)用。對電類專業(yè)的學生來說，無論是學 習專業(yè)課程或相關(guān)課程設(shè)計，還是在今后的工作中，SIMULINK都是一個重要的仿真建模工具。SimPowerSystems是在Simulink環(huán)境下進行電力電子系統(tǒng)建模和仿真先進工具。SimPowerSystems是Simulink下面的一

20、個專用模塊庫，包含電氣網(wǎng)絡(luò)中常見的元器件和 設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電氣系統(tǒng)進行模型描述。模型可與其它Simulink模塊的相連接，進行一體化的系統(tǒng)級動態(tài)分析。一、SimPowerSystems專用模塊庫的特點：.使用標準電氣符號進行電力系統(tǒng)的拓撲圖形建模和仿真；.標準的AC和DC電機模型模塊；變壓器；傳輸線；信號和脈沖發(fā)生器；HVDC控制； IGBT模塊和大量設(shè)備模型，有斷路器，二極管，IGBT , GTO, MOSFET和晶閘管；3.使用Simulink強有力的變步長積分器和零點穿越檢測功能，給出高度精確的電力系統(tǒng)仿真計算結(jié)果.為快速仿真和實時仿真提供了模型離散化方法；.提供多種分析方

21、法，可以計算電路的狀態(tài)空間表達、計算電流和電壓的穩(wěn)態(tài)解、設(shè)定 或恢復(fù)初始電流/電壓狀態(tài)、電力機械的潮流計算；.提供了擴展的電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模塊，如電力機械，功率電子元件，控制測量模塊和3相元器件；.提供36個功能演示模型，可直接運行仿真；二、SimPowerSystems專用模塊庫的強大功能：SimPowerSystems 中的模塊SimPowerSystems中模塊的數(shù)學模型基于成熟的電磁和機電方程，用標準的電氣符號表 示。它們可以同標準的 Simulink模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過與SimPowerSystems提供的測量模塊實現(xiàn)。SimPowerSystems

22、擁有近100個模塊，分別位于 7個子模塊庫中。這些庫模塊涵蓋了以 下應(yīng)用范圍：.電氣網(wǎng)絡(luò)(Electrical Sources & Elements )RLC支路和負載，兀型傳輸線，線性和飽和變壓器，浪涌保護，電路分離器，互感，分7布參數(shù)傳輸線，3相變壓器（2個和3個繞組），AC和DC電壓源，受控電壓源和受控 電流源。.電力機械（Machines）完整或是簡化形式的異步電動機，同步電動機，永磁同步電動機，直流電動機，激磁系 統(tǒng)和水輪機渦輪機/調(diào)速系統(tǒng)模型。.電力電子（Power Electronics ）.二極管，簡化/復(fù)雜晶閘管，GTO,開關(guān)，MOSFET, IGBT和通用型橋接管模型。.控

23、制和測量模塊（Measurements）電壓、電流和電抗測量，RMS測量，有功和無功功率計算，計時器，萬用表，傅立葉分析，HVDC控制，總諧波失真，abc到dq0和dq0到abc軸系變換，3相V-I測量，3 相脈沖和信號發(fā)生，3相序列分析，3相PLL和連續(xù)/離散同步6-, 12-脈沖發(fā)生器。.三相網(wǎng)絡(luò)元器件（Electrical Sources & Elements ）3相RLC負載和支路，3相斷路器，3相，3相電抗，兀型傳輸線，AC電壓源，6-脈沖 二極管和晶閘橋管，整流二極管，Y-A/Y-A/Y-A/Y-Y-A可配置3相變壓器。三、SimPowerSystems常用模塊庫簡介. Conti

24、nuous:（連接器元件庫有 10種模塊）.Electrical Sources:（電源元件庫有 7種電源功能模塊）DC Voltage Source:直流電壓源AC V oltage Source:交流電壓源AC Current Source:交流電流源Controlled V oltage Source:受控電壓源Controlled Current Source:受控電流源3-Phase Source:三相電源3-Phase Programmable Voltage Source:三相可編程電壓源Elements:（線路元件庫有 24種模塊）Machines:（電機元件庫有 16種模塊）

25、Measurements:（電路測量模塊元件庫有5種模塊）而本文所采用的仿真方法大多是是利用m文件進行仿真研究。下面就這種方式及相關(guān)知識進行介紹。Matlab輸入命令的常用方式有兩種：一種是直接在Matlab的命令窗門中逐條輸入Matlab命令；二是m文件工作方式。當命令行很簡單時，使用逐條輸入方式還是比較方8便的。但當命令行很多時（比如說幾十行乃至全成百上千行命令），顯然再使用這種方式輸入MATLAB命令，就會顯得雜亂無章，不易于把握程序的具體走向，并且給程序的修改和維 護帶來了很大的麻煩。這時，建議采用Matlab命令的第二種輸入形式 m文件工作方式。m文件工作方式，指的是將要執(zhí)行的命令全

26、部寫在一個文本文件中，這樣既能使程序顯得簡潔明了，又便于對程序的修改與維護。m文件直接采用 Matlab命令編寫，就像在 Matlab的命令窗口直接輸入命令一樣，因此調(diào)試起來也十分方便，并且增強了程序的交互性。m文件與其他文本文件一樣，可以在任何文本編輯器中進打編輯、存儲、修改和讀取。利用m文件還可以根據(jù)白己的需要編寫一些函數(shù)，這些函數(shù)也可以橡Matlab提供的函數(shù)一樣進行調(diào)用。從某種意義上說，這也是對MATLAB的二次開發(fā)。m文件有兩種形式：一種是命令方式或稱腳本方式；另一種就是函數(shù)文件形式。兩種形式的文件擴展名均是.mo1、M文件當遇到輸入命令較多以及要重復(fù)輸入命令的情況時，利用命令文件就

27、顯得很方便了。將所有要執(zhí)行的命令按順序放到一個擴展名為.m的文本文件中，每次運行時只需在命令窗口輸入m文件的文件名就可以了。需要注意的是，m文件最好直接放在 Matlab的默認搜索路徑下（一般是Matlab安裝目錄的子目錄 work中），這樣就不用設(shè)置 m文件的路徑了，否則 應(yīng)當用路徑操作指令 path重新設(shè)置路徑。另外， m文件名不應(yīng)該與 Matlab的內(nèi)置函數(shù)名以 及工具箱中的函數(shù)重名，以免發(fā)生執(zhí)行錯誤命令的現(xiàn)象。Matlab對命令文件的執(zhí)行等價于從命令窗口中順序執(zhí)行文件中的所有指令。命令文件可以訪問Matlab工作空間里的任何變量及數(shù)據(jù)。命令文件運行過程中產(chǎn)生的所有變量都等價于從Matl

28、ab工作空間中創(chuàng)建這些變量。因此，任何其他命令文件和函數(shù)都可以自由地訪問這些變量。這些變量一旦產(chǎn)生就一直保存在內(nèi)存中，只有對它們重新賦值，它們的原有值才會變化。關(guān)機后，這里變量也就全部 消失了。另外，在命令窗口中運行clear命令，也可以把這些變量從工作空間中刪去。當然，在Matlab的工作空間窗口中也可以用鼠標選擇想要刪除的變量，從而將這些變量從工作空 間中刪除。2、M函數(shù)m函數(shù)文件是一個特殊的 m文件，其常見格式如下：funcdon返問變量列表=函數(shù)名（輸入變量列表）注釋說明語句段函數(shù)體語句。需要說明的是，這里輸入變量的個數(shù)以及輸出變量的個數(shù)是由MATLAB本身提供的兩個保留變量 narg

29、in 和 nargout 來給出的，它們分另1J是Number of function input arguments 和Number of function output arguments的縮寫形式。輸入變量要用逗號隔開，輸出變量多于個時，要用方括號括起來。用戶可以借助于help命令顯示其中的注釋說明語句段。通過這樣的方法就可以建立函數(shù)文件或者稱m函數(shù)，其調(diào)用方法與一放的Matlab函數(shù)的調(diào)用方法相同。函數(shù)文件相當于對 Matlab進行了二次開發(fā)。其作用與其他高級語言子函數(shù)的作用基本相同，都是為了實現(xiàn)特定目的而由用戶自己編寫的子函數(shù)。函數(shù)文件與命令文件有著鮮明的區(qū)別：函數(shù)文件的第一行必須包

30、含function字符；命令文件無此要求。函數(shù)文件的第一行必須指定函數(shù)名、輸入?yún)?shù)及輸出參數(shù)，命令文件無此要求。一個函數(shù)文件可以合 0個、1個或多個輸入?yún)?shù)和返回值。函數(shù)文件要在文件的開頭定義函數(shù)名，如function y1,y2=func(x,a,b,c),則該函數(shù)文件名必須存為func.m ,而命令文件無此要求。命令文件的變量在文件執(zhí)行結(jié)束以后仍然保存在內(nèi)存中而不會丟失，而函數(shù)文件的變量僅在函數(shù)運行期間有效(除非用global把變量說明成全局變量，否則函數(shù)文件中的變量均為局部變量)，當函數(shù)運行完畢后，這些變量也就消失了。需要說明的是，調(diào)用函數(shù)時所用的輸入輸出變量名并不要求與編寫函數(shù)文件時所

31、用的輸入輸 出變量名相同。3軟件調(diào)試分析勵磁電流的研究圖3磁通、磁化曲線、勵磁電流波形圖鐵芯在反復(fù)磁化時，磁化特性曲線就會偏離基本磁化曲線，勵磁電流會滯后于磁通的變化。磁滯損耗使得勵磁電流的波形超前于磁通波形。實際上鐵芯中渦流產(chǎn)生的損耗也會使得10勵磁電流超前于磁通波形?？蛰d勵磁電流波形除了受到鐵芯磁化的非線性影響外，還受到鐵芯磁滯現(xiàn)象的影響。如 果鐵芯在剩磁為零時開始磁化，那么鐵芯磁化特性將沿著基本磁化曲線進行，但是當磁通開始發(fā)生轉(zhuǎn)折后，磁化特性將不再按照基本磁化曲線進行，而是磁通變化滯后于勵磁電流的變化，這種現(xiàn)象為鐵芯的磁滯現(xiàn)象。由于鐵芯磁滯想象的存在，鐵芯的磁化呈現(xiàn)為基本磁化曲線兩側(cè)的回

32、線。在這種情況下，同一個數(shù)值的磁通會對應(yīng)兩個勵磁電流。下圖以為MATLAB程序繪制的磁磁滯回線。有一實際例子磁滯回線磁通和電流數(shù)據(jù)為分別為：。1=卜1.0 ,-0.90 , -0.79 , -0.50 , 0.30 , 0.70 , 0.85 , 0.91 , 0.95 , 0.97 , 1.0 , （）2=-1.0 , -0.97 , -0.91 , -0.85 , -0.70 , -0.30 , 0.50 , 0.79 , 0.90 , 1.0 , i = -0.05 : 0.01 : 0.05 ,單位為.p.u 。 其中（P與i對應(yīng)磁滯回線中的下降曲線，。2與i對應(yīng)磁滯回線中的上升曲線。

33、當輸入磁通信號時，依舊用磁通信號的數(shù)據(jù)對磁滯回線進行插值計算。將插值計算的結(jié)果可視化輸出，滯現(xiàn)象的影響下，耗，稱之為磁滯損耗。形。_融發(fā)回海jIIIF=:F S言:t :：；J ：“一；i|I-I- .1 J . j3 - r1 5*=i&*j-.1-n DBJans - D4DDEI2 QO4 DCE OCB I加時電液即U圖4磁滯回線圖即得到受到鐵芯磁滯影響的勵磁電流波形圖。勵磁電流波形超前于磁通波形。當改變磁通信號幅值時，從圖中知道勵磁電流在鐵芯磁這說明鐵芯的磁滯現(xiàn)象在鐵芯中造成了損 就會得到受不同程度磁滯影響的勵磁電流波,唐里滯懸的加碼屯赧漉帶圖5考慮磁滯后的電流波形圖變壓器磁路電流畸

34、變程序設(shè)計變壓器鐵芯磁化數(shù)據(jù)如表所示，設(shè)磁路中磁通按正弦規(guī)律變化，分析勵磁電流的變化規(guī)律。鐵磁材料磁化數(shù)據(jù)1234567891011121314151617I1.381.541.711.912.162.502.933.494.225.216.528.3610.914.822.437.864.00.400.480.560.640.720.800.880.961.041.121.201.281.361.441.521.601.68(1)研究磁路中按正弦規(guī)律變化的磁通，研究磁通與時間的關(guān)系，即蟲=。M文件具體如下:idata=1.38,1.54,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.

35、49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0;phidata=0.40:0.08:1.68;t=0:0.001:pi;phi=2*sin(t);11i=spline(phidata,idata,phi);plot(t,phi)xlabel(t/s);ylabel(/wb)title( =f(t)可得仿真波形，從仿真波形可以看出磁路中磁通按正弦規(guī)律變化。=f(t)21.81.61.41.210.80.60.40.20.52.53.51.5 t/s圖6磁路磁通圖(2)研究磁通 與電流的關(guān)系，即二杷)。M文件具體如下：idata=1.38,1.54

36、,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0;phidata=0.40:0.08:1.68;t=0:0.001:pi;phi=2*sin(t);i=spline(phidata,idata,phi);plot(i,phi)xlabel(I/A)ylabel(/Wb)title( =f(I)axis(0 400 0 3)12=f(I)2.50 LL1LJ050100150200250300350400I/A圖7磁通電流關(guān)系圖(3)研究電流的畸變規(guī)律，即 I=f(t)idata=1.38,1

37、.54,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0;phidata=0.40:0.08:1.68;t=0:0.001:pi;phi=2*sin(t);i=spline(phidata,idata,phi);plot(t,i)xlabel(t/s)ylabel(I/A)title(I=f(t)axis(0,3.5,0,400)13400I=f(t)350 300 250 A 200 150 100 50 000.511.522.533.5t/s圖8畸變電流圖 小結(jié)：由于變壓器的鐵芯存在著飽

38、和現(xiàn)象，即鐵芯磁化的非線性現(xiàn)象，使得磁通與。與勵磁電流之間的關(guān)系。=f(i 0),呈現(xiàn)非線性。磁通和電壓按照同樣的規(guī)律變化，即正弦變化，只是。要滯后電壓0.5*pi的電角度。根據(jù)磁化曲線可以求得對應(yīng)每一時刻的勵磁電流，從 而繪制勵磁電流波形圖。上面的波形圖為正弦變化地磁通曲線、基本磁化曲線和勵磁電流 曲線。圖中勵磁電流波形偏離了正弦波，呈現(xiàn)為尖頂波。3、變壓器負載運行變壓器的負載運行是指原繞組接入電源電壓，副繞組接負載時的工作狀況。這時，變壓器的副邊也有電流流通， 原邊的接入電路與空載相比相應(yīng)增大，副邊端電壓將受到負載的影響而發(fā)生變化，這是負載運行與空載運行的主要區(qū)別。在變壓器負載運行時，由于

39、變壓器的一次側(cè)漏阻抗很小，即使負載時的一次側(cè)電流變?yōu)榱丝蛰d電流的很多倍， 依舊存在了 l1nZ1U的關(guān)系。所以忽略一次側(cè)電壓在漏阻抗上的電壓降落，認為U = E1=4.44fN1m,所以負載運行時的磁通與空載運行時的磁通相差無幾。二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁動勢勢必會影響到勵磁磁動勢，要使得纏身磁通的勵磁磁動勢不發(fā)生變化，14一次側(cè)必須有中和二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁動勢的電流。所以負載運行時，一次側(cè)電流可以將其 視為勵磁分量和負載分量之和。這里直接給出變壓器的基本方程，如下：U1 =E1 II乙5=樂一|左2蟲一 k E2I2 T =k-由ZmU2 = iI2zl將二次側(cè)量折合到一次側(cè)，基本方程變?yōu)橄率?U1

40、 二一由 I1Z1U 2 = E2 - I2z2Ei =住2，1 I2 = II0I =20 ZmU2 =以(3-1)(3-2)根據(jù)式（2-10），可以得到變壓器的 T形等效電路，如圖9。負載時的一次側(cè)電流要比勵 磁電流大很多，如果忽略勵磁電流， 便可簡化T形等效電路為變壓器的簡化等效電路。如圖10。另Zk =乙+Z；,電路圖變?yōu)槿鐖D11。 TOC o 1-5 h z hR1jX1R2jX2OIIU1丫 山=也2U2 ZL HYPERLINK l bookmark46 o Current Document jXm幸 * oX._圖9 T形等效電路15變壓器在空載時的二次側(cè)電壓為其額定電壓。而當

41、變壓器二次側(cè)接負載時，變壓器的二次側(cè)電壓會發(fā)生變化，用 AU表示：AU =(U2N -U2 )/U2N *100%(3-3)根據(jù)給出的等效電路圖和簡化向量圖，給出另一個AU的計算公式：U = P * (R *cos 平2+Xk *sin 平2 )(3-4)其中P為負載因數(shù)，R和為短路電阻和短路電抗，邛2為短路阻抗的阻抗角。變壓器帶感性負載時電壓降低，帶容性負載時電壓升高。變壓器效率受到鐵損和銅損的影響。由于變壓器空載和負載時鐵芯中主磁通基本不變，所以我們認為變壓器鐵損基本不變。而變壓器銅損隨著變壓器負載的變化會發(fā)生變化。設(shè)額定電流時，變壓器的空載損耗為pkN，那么我們可以將銅損表達如下：Pcu

42、=B2*PkN(3-5)這里我們給出變壓器效率的計算公式：=1 -初 + P2* PkN) /(P* Sn*cos % + P0 + P2* PkN)(3-6 )本次課程設(shè)計中，針對上述理論結(jié)合實際利用m文件編程，所編寫的程序應(yīng)用性強，可適用于不同規(guī)格型號的變壓器，只需提供輸入相關(guān)參數(shù)即可。下面是各程序的主體：(1)求解變壓器相關(guān)參數(shù)數(shù)值的程序% 俞入基本參數(shù)SN=input(請輸入額定容量 SN=);U1N=input(請輸入一次側(cè)額定電壓U1N=);U2N=input(請輸入一次側(cè)額定電壓U2N=);r1=input(請輸入一次繞組漏阻值r1=);16r2=input（,請輸入二次繞組漏阻

43、值r2=）;x1=input（,請輸入一次繞組漏抗值x1=）;x2=input（,請輸入二次繞組漏抗值x2=）;rm=input（請輸入勵磁電阻 rm=）;xm=input（請輸入勵磁電抗 xm=）;ZL=input（,請輸入負載阻抗 ZL=）;%十算額定電流和變比I1N=SN/U1N;I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N;%十算T型等效電路中的未知參數(shù)，其中Z1為原邊漏阻抗，rr2為副邊漏阻抗折算值，xx2*rr2為副邊漏電抗折算值%ZZ勸副邊漏阻抗折算值，ZZL為負載阻抗折算值，Zm為勵磁阻抗，Zd為輸入阻抗Z1=r1+j*x1;rr2=kA2*r2;xx2=kA2*x2;ZZ2=rr

44、2+j*xx2;ZZL=kA2*ZL;Zm=rm+j*xm;Zd=Z1 + 1/（1/Zm+1/（ZZ2+ZZL）;%U1I為原邊電壓，I1I原邊電流，E1I勵磁電動勢，I22I折算后副邊電流，I2I副邊電流，U22I折算后副邊電壓%U2I副邊電壓U1I=U1N;I1I=U1I/Zd;E1I=-（U1I-I1I*Z1）;I22I=E1I/（ZZ2+ZZL）;I2I=k*I22I;U22I=I22I*ZZL;U2I=U22I/k;%cospsil輸入側(cè)功率因數(shù)，cospsi2負載側(cè)功率因數(shù)，P1輸入有功功率，P2輸出有功功率17cospsi1=cos(angle(Zd);cospsi2=cos(

45、angle(ZL);P1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1;P2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2;eta=P2/P1;%ImI勵磁電流，pFe鐵損耗，pcu1原邊銅損耗，pcu2副邊銅損耗ImI=E1I/Zm;pFe=abs(ImI)A2*rm;pcu1=abs(I1I)A2*r1;pcu2=abs(I2I)A2*i2;%俞出數(shù)據(jù)disp(原邊電流=),disp(abs(I1I)disp(副邊電流=),disp(abs(I2I)disp(副邊電壓=),disp(abs(U2I)disp(原邊功率因數(shù)=),disp(cospsi1)disp(原邊功率=),d

46、isp(P1)disp(副邊功率因數(shù)=),disp(cospsi2)disp(副邊功率=),disp(P2)disp(效率=),disp(eta)disp(勵磁電流=),disp(abs(ImI)disp(鐵損耗=),disp(pFe)disp(原邊銅損耗=),disp(pcu1)disp(副邊銅損耗=),disp(pcu2)下面通過一個具體事例進行分析，有一單相變壓器參數(shù)：SN=10kVA, U1n/ Un=380/220V,門=0.14Q , r2=0.035 Q , x1=0.22 Q , x2=0.055 Q , rm=30Q , xm=310Q。通過輸入相關(guān)參數(shù)可以得到仿真結(jié)果為：請

47、輸入額定容量 SN=10e3請輸入一次側(cè)額定電壓U1N=380請輸入二次側(cè)額定電壓 U2N=22018請輸入一次繞組漏阻值r1=0.14請輸入二次繞組漏阻值r2=0.035請輸入一次繞組漏抗值 x1=0.22請輸入二次繞組漏抗值 x2=0.055請輸入勵磁電阻rm=30請輸入勵磁電抗xm=310請輸入負載阻抗ZL=4+j*3原邊電流=25.5752副邊電流=42.7447副邊電壓=213.7237原邊功率因數(shù)=0.7725原邊功率=7.5072e+003副邊功率因數(shù)=0.8000副邊功率=7.3085e+003效率=0.9735勵磁電流=1.1998鐵損耗=43.1836原邊銅損耗=91.57

48、2519副邊銅損耗=63.9489可以看出，上面的程序?qū)τ谇蠼庾儔浩鲄?shù)很便捷，只要輸入一些已知的基本參數(shù)便可求 出另外的一些重要參數(shù)，另外程序在編寫的過程中也體現(xiàn)出“自動”的概念，及實現(xiàn)了輸入?yún)?shù)與程序相結(jié)合的方式，而不僅僅簡單的把數(shù)據(jù)直接編寫在程序中，實現(xiàn)了一定的“智能化”。（2）變壓器不同負載性質(zhì)運行時的效率的程序M文件程序主體：c0=input（ 請輸入阻性功率因數(shù)c0=）;s0=input（請輸入阻性因數(shù)s0=）;c1=input（ 請輸入感性功率因數(shù)c1=）;s1=input（請輸入感性因數(shù)s1=）;c2=input（,請輸入容性功率因數(shù)c2=）;s2=input（請輸入容性因數(shù)s

49、2=）;xk=input（請輸入短路電抗xk=）;rk=input（請輸入短路阻抗rk=）;x=0:0.1:1.5;du2=x*（rk*c2+xk*s2）;du1=x*（rk*c1+xk*s1）;du0=x*（rk*c0+xk*s0）;u0=1-du0;u1=1-du1;u2=1-du2;plot（x,u2,x,x,u1,o,x,u0,x,1,-.）;xlabel（負載系數(shù)3 ）;ylabel(u2/.p.u);20title（,變壓器的外特性,）;legend（,感性負載,容性負載,純電阻負載,3）下面以一個例子加以說明，若有一變壓器不同負載參數(shù)如下 c2=0.8,s2=0.6,xk=0.0

50、504,rk=0.024;c1=0.8,s1=-0.6;c0=1,s0=0;對其進行仿真可以得至 U下面的波形。u -DT2U119 8 7 口,9,9,91 o o O載 載載負 負負阻 性性電 感容純,5 O數(shù)系載負21圖12外特性圖（3）變壓器運行效率與負載系數(shù)的程序M文件程序如下: f=inline(x*sn*c/(x*sn*c+p0+x.A2*pkn),sn,c,p0,pkn,x);c=input(請輸入功率因數(shù)值c：);sn=input(,請輸入額定容量值sn：);p0=input（,請輸入空載損耗值p0:）;pkn=input（,請輸入額定損耗值pkn :）;n=1;for x=0:0,01:1.5h(n)=f(sn,c,p0,pkn,x);n=n+1;endx=0:0.01:1.5plot(x,h)axis(0 1.5 0 1)ymax=max(h)xm=find(diff(sign(diff(h)=-2)+1;xmax=xm(1)*0.01plot(x,h,xm(1)*0.01,max(h),r*)xlabel(負載系數(shù)3 )ylabel(變壓器效率刀,)title( 效率特性曲線,)text(xm(1)