专业软件应用综合设计报告变压器仿真设计.doc

扬扬州州大大学学 专专业业软软件件应应用用综综合合设设计计报报告告 水能 学学院院 11 级级 电气 专专业业 题题目目 变压器仿真设计三 学学生生 李李正正茂茂 学学号号 112607111 指导教师 张建华 2013 年年 12 月月 28 日日 变压器综合仿真设计三变压器综合仿真设计三 摘要摘要 本文主要简绍变压器在并联运行的情况下 利用控制变量法 了解变压器的额定电本文主要简绍变压器在并联运行的情况下 利用控制变量法 了解变压器的额定电 压 变比 连接组别以及短路阻抗不同 压 变比 连接组别以及短路阻抗不同 1 短路阻抗大小相等 阻抗角不等 短路阻抗大小相等 阻抗角不等 2 短路阻抗 短路阻抗 大小不等 阻抗角相等 各个变压器环流和负载电流的影响 分析波形 最后得出变压器大小不等 阻抗角相等 各个变压器环流和负载电流的影响 分析波形 最后得出变压器 并联运行的条件 同时 还附带的讲解了一些有关并联运行的条件 同时 还附带的讲解了一些有关 matlab 中中 simulink 模块的使用与连接 模块的使用与连接 变压器的参数设定 连接组别 额定电压 短路阻抗等 变压器的参数设定 连接组别 额定电压 短路阻抗等 示波器的使用等 本文都将一一 示波器的使用等 本文都将一一 解释 解释 关键字关键字 simulink 变压器并联运行 变压器并联运行 变压器额定电压 短路阻抗 连接组别 空载环流 变压器额定电压 短路阻抗 连接组别 空载环流 负载环流和负载波形负载环流和负载波形 1 引言引言 4 2 设计依据及框图设计依据及框图 5 2 0 设计依据 6 1 变压器的工作原理 6 2 参数设置 6 3 simulink 仿真模型 9 4 并联运行的计算公式计算公式及分析 10 2 1 设计平台 10 2 1 1 matlab 产生的历史背景 10 2 1 2 matlab 的语言特点 11 2 1 3 simulink 简介 12 2 2 设计思想 21 1 变比不相等时的并联运行 21 2 连接组不相同的并联运行 21 3 阻抗电压标么值不相等时的并联运行 22 4 负载分配计算 23 2 3 设计结构框图或流程图 23 2 4 各模块功能简介 25 3 软件调试分析软件调试分析 27 4 结语结语 32 4 1 结论与讨论 32 4 2 参考文献 32 4 3 致谢 33 1 引言引言 计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法 对 于从事控制系统研究与设计的技术人员而言 matlab 是目前控制系统计算机辅助设计实用 且有效的工具 这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题 更因为它提供 了强有力的工具箱支持 与控制系统直接相关的工具箱有控制系统 系统辨识 信息处理 优化等 还有一些先进和流行的控制策略工具箱 如鲁棒控制 u 分析与综合 神经网络 模糊预测控制 非线性控制设计 模糊逻辑等 可以说目前理论界和工业界广泛应用和研 究的控制算法 几乎都可以在 matlab 中找到相应的工具箱 matlab 是美国 mathworks 公司出品的商业数学软件 用于算法开发 数据可视化 数 据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境 主要包括 matlab 和 simulink 两 大部分 它将数值分析 矩阵计算 科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等 诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中 代表了当今国际科学计算软件的先进水 平 matlab 和 mathematica maple 并称为三大数学软件 它在数学类科技应用软件中在数 值计算方面首屈一指 matlab 可以进行矩阵运算 绘制函数和数据 实现算法 创建用户 界面 连 matlab 开发工作界面接其他编程语言的程序等 主要应用于工程计算 控制设 计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与分析等领域 matlab 具有以下六个特点 1 编程效率高 matlab 编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题 matlab 语言 也可通俗地称为演算纸式的科学算法语言 由于它编写简单 所以编程效率高 易学易懂 2 用户使用方便 matlab 语言把编辑 编译 连接和执行融为一体 其调试程序手段 丰富 调试速度快 需要学习时间少 它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序 中的书写错误 语法 错误以至语意错误 从而加快了用户编写 修改和调试程序的速度 可以说在编程和调试过程中它是一种比 vb 还要简单的语言 3 扩充能力强高版本的 matlab 语言有丰富的库函数 在进行复杂的数学运算时可以 直接调用 而且 matlab 的库函数同用户文件在形成上一样 所以用户文件也可作为 matlab 的库函数来调用 因而 用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数 以便提高 matlab 使用效率和扩充它的功能 4 语句简单 内涵丰富 matlab 语言中最基本最重要的成分是函数 其一般形式为 a 6 c fun d e f 即一个函数由函数名 输入变量 d e f 和输出 变量 a b c 组成 同一函数名 f 不同数目的输入变量 包括无输入变量 及不同数 目的输出变量 代表着不同的含义 这不仅使 matlab 的库函数功能更丰富 而大大减少了 需要的磁盘空间 使得 matlab 编写的 m 文件简单 短小而高效 5 高效方便的矩阵和数组运算 matlab 语言像 basic fortran 和 c 语言一样规定了 矩阵的一系列运算符 它不需定义数组的维数 并给出矩阵函数 特殊矩阵专门的库函数 使之在求解诸如信号处理 建模 系统识别 控制 优化等领域的问题时 显得大为简捷 高效 方便 这是其它高级语言所不 能比拟的 6 方便的绘图功能 matlab 的绘图是十分方便的 它有一系列绘图函数 命令 使用时 只需调用不同的 绘图函数 命令 在图上标出图题 xy 轴标注 格绘制也只需调用相应 的命令 简单易行 另外 在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点 线 复线 或多重线 2 设计依据及框图设计依据及框图 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 即把高压侧线电压的相 量作为时钟的长针 固定在 12 上 低压侧线电压的相量作为时钟的短针 看短针指在哪一个 数字上 就作为该联结组的标号 如 dyn11 表示一次绕组是 三角形 联结 二次绕组是带 有中心点的 星形 联结 组号为 11 点 2 0 设计依据设计依据 1 变压器的工作原理 变压器的工作原理 变压器 transformer 是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置 主要构件是初级 线圈 次级线圈和铁心 磁芯 在电器设备和无线电路中 常用作升降电压 匹配阻抗 安全隔离等变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能 电压 器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组 与电源相连的线圈 接收交流电能 称为一次绕组 与负载相连的线圈 送出交流电能 称为二次绕组 一次绕组的二次绕 组的 同时交链一次 二次绕组的磁通量的相量为 m 该磁通量称为主磁通 当交流电压 u1 加到一次侧绕组后交流电流 i1 流入该绕组就产生励磁作用 在铁芯中 产生交变的磁通 这个交变磁通 m 不仅穿过一次侧绕组 同时也穿过二次侧绕组 它分 别在两个绕组中引起感应电动势 这时如果二次侧与外电路的负载接通 便有交流电流 i2 流出 形成于是输出电能 2 参数设置 参数设置 测试参数分空载和负载两个大部分 每一大部分又有四组参数 1 两台同型号三相变压器并联空 负载运行时 2 两台三相变压器只是联接组别不同空 负载运行时 3 两台三相变压器只是额定电压不同空 负载运行时 4 两台三相变压器只是短路阻抗参数不同空 负载运行时 阻抗大小相等 阻抗角不相等 阻抗大小不等 阻抗角相等 3 simulinksimulink 仿真模型 仿真模型 两台变压器并联运行 电流模块 1 2 分别测量变压器两台变压器的电流 测量环流 电流 模块 0 用来测量负载波形 三通道示波器观察输出电流波形 4 4 并联运行的计算公式计算公式及分析 并联运行的计算公式计算公式及分析 由于三相变压器和单相变压器的原理是相同的 为了便于分析 以两台单相变压器并列运 行为例来分析 由于两台变压器原边电压相等 电压比不相等 副边绕组中的感应电势也就不 相等 便出现了电势差 e 在 e 的作用下 副边绕组内便出现了循环电流 ic 当两 台变压器的额定容量相等时 即 sni snii 循环电流为 ic e z di zd2 式中 zd1 表示第一台变压器的内部阻抗 zd2 表示第二台变压器的内部阻抗 zd 用阻抗电压 uzk 表示时 则 zd uzk un 100in 式中 un 表示额定电压 v in 表示额定电流 a 当两台变压器额定容量不相等时 即 sni snii 环流 ic 为 ic un uzki uzkii 式中 uzk1 表示第一台变压器的阻抗电压 uzk2 表示第二台变压器的阻抗电压 in3 变压器 i 的副边负荷电流 根据以上分析可知 在有负荷的情况下 由于循环电流 ic 的存在 使变比小的变压器绕组的 电流增加 而使变比大的变压器绕组的电流减少 这样就造成并列运行的变压器不能按容量成 正比分担负荷 如母线总的负荷电流为 i 时 i in1 in2 若变压器 i 满负荷运行 则变压器 ii 欠 负荷运行 若变压器 ii 满负荷运行 则变压器 i 过负荷运行 由此可见 当变比不相等的变压器 并列运行时 由于循环电流 ic 的存在 变压器不能带满负荷 使总容量不能充分利用 又由于 变压器的循环电流不是负荷电流 但它却占据了变压器的容量 因此降低了输出功率 增加了 损耗 当变比相差很大时 可能破坏变压器的正常工作 环流过大出现变压器误调 甚至使变压 器损坏 为了避免因变比相差过大产生循环电流 ic 过大而影响并列变压器的正常工作 规定 变比相差不宜大于 0 5 2 1 设计平台设计平台 本课程设计仿真 我们运用的软件是功能强大的 matlab 2 1 12 1 1 matlabmatlab 产生的历史背景产生的历史背景 20 世纪 70 年代中期 cleve moler 博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调 用 eispack 和 linpack 的 fortran 子程序库 eispack 是特征值求解的 fortran 程序库 linpack 是解线性方程的程序库 在当时 这两个程序库代表矩阵运算的最高水平 到 20 世纪 70 年代后期 身为美国 new mexico 大学计算机系系主任的 clev e moler 在给学生讲授线性代数课程时 想教学生使用 eispack 和 linpack 程序库 但他发现学生 用 fortran 编写接口程序很费时间 于是他开始自己动手 利用业余时间为学生编写 eispack 和 linpack 的接口程序 cleve moler 给这个接口程序取名为 matlab 该名为矩阵 matrix 和实验室 laboratory 两个英文单词的前三个字母的组合 在以后的数年里 matlab 在多所大学里作为教学辅助软件使用 并作为面向大众的免费软件广为流传 1983 年春天 cleve moler 到 stanford 大学讲学 matlab 深深地吸引了工程师 john little john little 敏锐地觉察到 matlab 在工程领域的广阔前景 同年 他和 cleve moler sieve bangert 一起 用 c 语言开发了第二代专业版 这一代的 matlab 语言同时具 备了数值计在算和数据图示化的功能 1984 年 cleve moler 和 john lithe 成立了 mathworks 公司 正式把 matlab 推向市 场 并继续进行 matlab 的研究和开发 在当今 30 多个数学类科技应用软件中 就软件数学处理的原始内核而言 可分为两大 类 一类是数值计算型软件 如 matlab xmath gauss 等 这类软件长于数值计算 对 处理大批数据效率高 另一类是数学分析型软件 如 mathematica maple 等 这类软件以 符号计算见长 能给出解析解和任意精度解 其缺点是处理大量数据时效率较低 mathworks 公司顺应多功能需求之潮流 在其卓越数值计算和图示能力的基础上 又率先 在专业水平上开拓了其符号计算 文字处理 可视化建模和实时控制能力 开发了适合多 学科 多部门要求的新一代科技应用软件 matlab 经过多年的国际竞争 matlab 已经 占据了数值型软件市场的主导地位 在 matlab 进入市场前 国际上的许多应用软件包都是直接以 fortran 和 c 语言等编 程语言开发的 这种软件的缺点是使用面窄 接口简陋 程序结构不开放以及没有标准的 基库 很难适应各学科的最新发展 因而很难推广 matlab 的出现 为各国科学家开发 学科软件提供了新的基础 在 matlab 问世不久的 20 世纪 80 年代中期 原先控制领域里 的一些软件包纷纷被淘汰或在 matlab 上重建 mathworks 公司 1993 年推出了 matlab 4 0 版 1995 年推出 4 2c 版 for win3 x 1997 年推出 5 0 版 1999 年推出 5 3 版 matlab 5 x 较 matlab 4 x 无论是界面还 是内容都有长足的进展 其帮助信息采用超文本格式和 pdf 格式 在 netscape 3 0 或 ie 4 0 及以上版本 acrobat reader 中可以方便地浏览 时至今日 经过 math works 公司的不断完善 matlab 已经发展成为适合多学科 多种工作平台的功能强劲的大型软件 在国外 matlab 已经经受了多年考验 在欧美等 高校 matlab 已经成为线性代数 自动控制理论 数理统计 数字信号处理 时间序列 分析 动态系统仿真等高级课程的基本教学工具 成为攻读学位的大学生 硕士生 博士 生必须掌握的基本技能 在设计研究单位和工业部门 matlab 被用于科学研究和解决各 种具体问题 2 1 22 1 2 matlabmatlab 的语言特点的语言特点 matlab 被称为第四代计算机语言 利用其丰富的函数资源 使编程人员从繁琐的程序 代码中解放出来 matlab 的最突出的特点就是简洁 matlab 用更直观的 符合人们思维习 惯的代码 代替了 c 和 fortran 语言的冗长代码 matlab 给用户带来的是最直观 最简洁 的程序开发环境 以下简单介绍一下 matlab 的主要特点 言简洁紧凑 使用方便灵活 库函数极其丰富 matlab 程序书写形式自由 利用其丰 富的库函数避开繁杂的子程序编程任务 压缩了一切不必要的编程工作 由于库函数都 由本领域的专家编写 用户不必担心函数的可靠性 算符丰富 由于 matlab 是用 c 语言编写的 matlab 提供了和 c 语言几乎一样多的运 算 符 灵活使用 matlab 的运算符将使程序变得极为简短 具体运算符见附表 matlab 既具有结构化的控制语句 如 for 循环 while 循环 break 语句和 if 语句 又有面向对象编程的特性 算法限制不严格 程序设计自由度大 例如 在 matlab 里 用户无需对矩阵预定义就 可使用 程序的可移植性很好 基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行 matlab 的图形功能强大 在 fortran 和 c 语言里 绘图都很不容易 但在 matlab 里 数据的可视化非常简单 matlab 还具有较强的编辑图形界面的能力 matlab 的缺点是 它和其他高级程序相比 程序的执行速度较慢 由于 matlab 的程 序不用编译等预处理 也不生成可执行文件 程序为解释执行 所以速度较慢 功能强劲的工具箱是 matlab 的另一重大特色 matlab 包含两个部分 核心部分和各 种可选的工具箱 核心部分中有数百个核心内部函数 其工具箱又可分为两类 功能性 工具箱和学科性工具箱 功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能 图示建模仿真功 能 文字处理功能以及与硬件实时交互功能 功能性工具箱能用于多种学科 而学科性 工具箱是专业性比较强的 如 control toolbox signal processing toolbox communication toolbox 等 这些工具箱都是由该领域内的学术水平很高的专 家编写的 所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序 而直接进行高 精 尖的研 究 下表列出了 matlab 的核心部分及其工具箱等产品系列的主要应用领域 源程序的开放性 开放性也许是 matlab 最受人们欢迎的特点 除内部函数以外 所有 matlab 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件 用户可通过对源文件的修改以 及加入自己的文件构成新的工具箱 2 1 32 1 3 simulinksimulink 简介简介 simulink 是 matlab 软件下的一个附加组件 是一个用来对动态系统进行建模 仿真 和分析的 matlab 软件包 支持连续 离散以及两者混合的线性和非线性系统 同时它也支 持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统 在其下提供了丰富的仿真模 块 其主要功能是实现动态系统建模 方针与分析 可以预先对系统进行仿真分析 按仿 真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数 simulink 仿真与分析的主要步骤按先后顺序 为为 从模块库中选择所需要的基本功能模块 建立结构图模型 设置仿真参数 进行动态 仿真并观看输出结果 针对输出结果进行分析和比较 simulink 模块库提供了丰富的描述系统特性的典型环节 有信号源模块库 source 接收模块库 sinks 连续系统模块库 continuous 离散系统模块库 discrete 非 连续系统模块库 signal routing 信号属性模块库 signal attributes 数学运算模 块库 math operations 逻辑和位操作库 logic and bit operations 等等 此外还 有一些特定学科仿真的工具箱 simulink 为用户提供了一个图形化的用户界面 gui 对于用方框图表示的系 统 通过图形界面 利用鼠标单击和拖拉方式 建立系统模型就像用铅笔在纸上绘制系统 的方框图一样简单 它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真软件包相比 具有更直观 更方便 更灵活的优点 不但实现了可视化的动态仿真 也实现了与 matlab c 或者 fortran 语言 甚至和硬件之间的数据传递 大大扩展了它的功能 simulink 是 matlab 最重要的组件之一 它提供一个动态系统建模 仿真和综合分析的集成环境 在 该环境中 无需大量书写程序 而只需要通过简单直观的鼠标操作 就可构造出复杂的系 统 simulink 具有适应面广 结构和流程清晰及仿真精细 贴近实际 效率高 灵活等优 点 并基于以上优点 simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计 同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 simulink 启动 simulink 通常有两种方法 1 在 matlab 命令窗口中直接输入 simulink 命令 2 在 matlab 工具栏上单击 simulink 按钮 这样就可打开了 simulink 的 simulink library brower 库模块浏览器 如图7 2所示 在菜单 栏中执行 file new model 命令 就建立了一个名为 untitled 的模型窗口 如图7 3所示 在 建立了空的模块窗口后 用户可以在此窗口中创建自己需要的 simulink 模型 通常 simulink 仿真系统包括输入 input 状态 states 和输出 output 三个部分 输入模块 即信号源模块 包括常数字信号源和用户自定义信号 状态模块 即被模拟的系统模块 是系统建模的核心和主要部分 输出模块 即信号显示模块 它能够以图形方式 文件格式进行显示 注意 在设计一个模型时 必须先确定这三个部分的意 以及它们之间的联系 simulink 的仿真模型并非一定要完全包括这三个部分 它可以缺少其中一个或者两个 simulink 的状态模块可以是连续的 离散的 或者它们二者的结合 simulink 仿真过程 1 初始化阶段 对模型的参数进行估计 得到它们实际计算的值 展开模型的各个层次 按照更新的次序对模型进行排序 确定那些显式化的信号属性 并检查每个模块是否能够接受连接它们输入端的信号 确定所有非显式的信号采样时间模块的采样时间 分配和初始化存储空间 以便存储每个模块的状态和当前值的输出 2 模型执行阶段 模型仿真是通过数值积分来进行完成的 计算数值积分可以采用以下两步来进行 按照秩序计算每个模块的积分 根据当前输入和状态来决定状态的微分 得到微分矢量 然后把它返回给解法器 以计算下一个采样点的状态矢量 在每一个时间步中 simulink 依次解决下列问题 按照秩序更新模块的输出 按照秩序更新模块的状态 检查模块连续状态的不连续点 计算下一个仿真时间步的时间 simulink 模块库 在库模块浏览器中单击 simulink 前面的 号 就能够看到 simulink 的模块库 如图 7 2 所示 连续模块库 continuous 在连续模块 continuous 库中包括了常见的连续模块 这些模块如图所示 1 积分模块 integrator 功能 对输入变量进行积分 说明 模块的输入可以是标量 也可以是矢量 输入信 号的维数必须与输入信号保持一致 2 微分模块 derivative 功能 通过计算差分 u t 近似计算输入变量的微分 3 线性状态空间模块 state space 功能 用于实现以下数学方程描述的系统 4 传递函数模块 transfer fcn 功能 用执行一个线性传递函数 5 零极点传递函数模块 zero pole 功能 用于建立一个预先指定的零点 极点 并用延迟算子 s 表示的连续 6 存储器模块 memory 功能 保持输出前一步的输入值 7 传输延迟模块 transport delay 功能 用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号 8 可变传输延迟模块 variable transport delay 功能 用于将输入端的信号进行可变时间的延迟 离散模块库 discrete 离散模块库 discrete 主要用于建立离散采样的系统模型 包括的主要模块 如图所示 1 零阶保持器模块 zero order hold 功能 在一个步长内将输出的值保持在同一个值上 2 单位延迟模块 unit delay 功能 将输入信号作单位延迟 并且保持一个采样周期相当于时间算子 z 1 3 离散时间积分模块 discrete time integrator 功能 在构造完全离散的系统时 代替连续积分的功能 使用的积分方法有 向前欧 拉法 向后欧拉法 梯形法 4 离散状态空间模块 discrete state space 功能 用于实现如下数学方程描述的系统 5 离散滤波器模块 discrete filter 功能 用于实现无限脉冲响应 iir 和有限脉冲响应 fir 的数字滤波器 6 离散传递函数模块 discrete transfer fcn 功能 用于执行一个离散传递函数 7 离散零极点传递函数模块 discrete zero pole 功能 用于建立一个预先指定的零点 极点 并用延迟算子 z 1 表示的离散系统 8 一阶保持器模块 first order hold 功能 在一定时间间隔内保持一阶采样 函数与表格模块库 function table 函数与表格模块库 function table 主要实现各种一维 二维或者更高维函数的查表 另外用户还可以根据自己需要创建更复杂的函数 该模块库包括多个主要模块 如图 7 7 所示 1 一维查表模块 look up table 一维查表模块 look up table 实现对单路输入信号的查表和线性插值 2 二维查表模块 look up table 2 d 功能 根据给定的二维平面网格上的高度值 把输入的两个变量经过查表 插值 计 算出模块的输出值 并返回这个值 说明 对二维输入信号进行分段线性变换 3 自定义函数模块 fcn 功能 用于将输入信号进行指定的函数运算 最后计算出模块的输出值 说明 输入的数学表达式应符合 c 语言编程规范 与 matlab 中的表达式有所不同 不能完成矩阵运算 4 matlab 函数模块 matlab fcn 功能 对输入信号进行 matlab 函数及表达式的处理 说明 模块为单输入模块 能够完成矩阵运算 注意 从运算速度角度 math function 模块要比 fcn 模块慢 当需要提高速度时 可 以考虑采用 fcn 或者 s 函数模块 5 s 函数模块 s function 功能 按照 simulink 标准 编写用户自己的 simulink 函数 它能够将 matlab 语句 c 语言等编写的函数放在 simulink 模块中运行 最后计算模块的输出值 数学模块库 math 数学模块库 math 包括多个数学运算模块 如图 7 8 所示 1 求和模块 sum 功能 求和模块 sum 用于对多路输入信号进行求和运算 并输出结果 2 乘法模块 product 功能 乘法模块 product 用于实现对多路输入的乘积 商 矩阵乘法或者模块的转置 等 3 矢量的点乘模块 dot product 功能 矢量的点乘模块 dot product 用于实现输入信号的点积运算 4 增益模块 gain 功能 增益模块 gain 的作用是把输入信号乘以一个指定的增益因子 使输入产生增益 5 常用数学函数模块 math function 功能 用于执行多个通用数学函数 其中包含 exp log log10 square sqrt pow reciprocal hypot rem mod 等 6 三角函数模块 trigonometric function 功能 用于对输入信号进行三角函数运算 共有 10 种三角函数供选择 7 特殊数学模块 特殊数学模块中包括求最大最小值模块 minmax 取绝对值模块 abs 符号函数 模块 sign 取整数函数模块 rounding function 等 8 数字逻辑函数模块 数字逻辑函数模块包括复合逻辑模块 combinational logic 逻辑运算符模块 logical operator 位逻辑运算符模块 bitwise logical operator 等 9 关系运算模块 relational operator 关系符号包括 等于 不等于 小于 大于 大于 等于 等 10 复数运算模块 复数运算模块包括计算复数的模与幅角 complex to magnitude angle 由模和幅角 计算复数 magnitude angle to complex 提取复数实部与虚部模块 complex to real and image 由复数实部和虚部计算复数 real and image to complex 非线性模块 nonlinear 非线性模块 nonlinear 中包括一些常用的非线性模块 如图 7 9 所示 1 比率限幅模块 rate limiter 功能 用于限制输入信号的一阶导数 使得信号的变化率不超过规定的限制值 2 饱和度模块 saturation 功能 用于设置输入信号的上下饱和度 即上下限的值 来约束输出值 3 量化模块 quantizer 功能 用于把输入信号由平滑状态变成台阶状态 4 死区输出模块 dead zone 功能 在规定的区内没有输出值 5 继电模块 relay 功能 继电模块 relay 用于实现在两个不同常数值之间进行切换 6 选择开关模块 switch 功能 根据设置的门限来确定系统的输出 信号与系统模块库 signals systems 信号与系统模块库 signals systems 包括的主要模块如图 7 11 所示 1 bus 信号选择模块 bus selector 功能 用于得到从 mux 模块或其它模块引入的 bus 信号 2 混路器模块 mux 功能 把多路信号组成一个矢量信号或者 bus 信号 3 分路器模块 demux 功能 把混路器组成的信号按照原来的构成方法分解成多路信号 4 信号合成模块 merge 功能 把多路信号进行合成一个单一的信号 5 接收 传输信号模块 from goto 功能 接收 传输信号模块 from goto 常常配合使用 from 模块用于从一个 goto 模 块中接收一个输入信号 goto 模块用于把输入信号传递给 from 模块 6 初始值设定模块 ic 功能 初始值设定模块 ic 用于设定与输出端口连接的模块的初始值 信号输出模块 sinks 信号输出模块 sinks 包括的主要模块如图 7 12 所示 1 示波器模块 scope 功能 显示在仿真过程中产生的输出信号 用于在示波器中显示输入信号与仿真时间 的关系曲线 仿真时间为 x 轴 2 二维信号显示模块 xy graph 功能 在 matlab 的图形窗口中显示一个二维信号图 并将两路信号分别作为示波器 坐标的 x 轴与 y 轴 同时把它们之间的关系图形显示出来 3 显示模块 display 功能 按照一定的格式显示输入信号的值 可供选择的输出格式包括 short long short e long e bank 等 4 输出到文件模块 to file 功能 按照矩阵的形式把输入信号保存到一个指定的 mat 文件 第一行为仿真时间 余下的行则是输入数据 一个数据点是输入矢量的一个分量 5 输出到工作空间模块 to workspace 功能 把信号保存到 matlab 的当前工作空间 是另一种输出方式 6 终止信号模块 terminator 功能 中断一个未连接的信号输出端口 7 结束仿真模块 stop simulation 功能 停止仿真过程 当输入为非零时 停止系统仿真 信号源模块库 sources 信号源模块库 sources 包括的主要模块如图 7 13 所示 1 输入常数模块 constant 功能 产生一个常数 该常数可以是实数 也可以是复数 2 信号源发生器模块 signal generator 功能 产生不同的信号 其中包括 正弦波 方波 锯齿波信号 3 从文件读取信号模块 from file 功能 从一个 mat 文件中读取信号 读取的信号为一个矩阵 其矩阵的格式与 to file 模块中介绍的矩阵格式相同 如果矩阵在同一采样时间有两个或者更多的列 则数据点的 输出应该是首次出现的列 4 从工作空间读取信号模块 from workspace 功能 从 matlab 工作空间读取信号作为当前的输入信号 5 随机数模块 random number 功能 产生正态分布的随机数 默认的随机数是期望为 0 方差为 1 的标准正态分布 量 6 带宽限制白噪声模块 band limited white noise 功能 实现对连续或者混杂系统的白噪声输入 7 其它模块 除以上介绍的常用模块外 还包括其模块 各模块功能可通过以下方法查看 先进入 simulink 工作窗口 在菜单中执行 help simulink help 命令 这时就会弹出 help 界 面 然后用鼠标展开 using simulink block reference simulink blocklibraries 就可以看到 simulink 的所有模块 查看相应的模块的使用方法和说明信息即可 2 2 设计思想设计思想 变压器不满足并联运行条件时的运行分析 1 变比不相等时的并联运行变比不相等时的并联运行 两台变压器的原边加同一电压 第一台变压器的变比小于第二台变压器 当两台变压器 副边开路时 由于变比小的变压器感应电势高 致使两台变压器副边电压不相等 产生差 额电压 当这两台变压器副边并联于公共母线 不带负荷时 在差额电压的作用下 副边回路将 产生环流 根据磁势平衡原理 原边回路也会产生相应的环流 当这两台变压器的副边并联于公共母线并带起负荷时 环流仍然存在 变压器的实际电 流是由环流和负载分量两部分组成 且变比小的变压器电流相量等于环流与负载分量相量 之和 变比大的变压器电流相量等于负载分量与环流之相量差 也就是说 变压器变比不相等的并联运行 在空载时 原 副边回路会出现环流 增加 了附加损耗 负载时环流与负载电流合成的结果 使变比小的变压器电流大 可能过载 变比大的变压器电流小 可能欠载 由于短路阻抗很小 发即使并联运行的变压器变比之差很小 也能产生较大的环流 因 此必须限制并联运行变压器的变比差 2 连接组不相同的并联运行连接组不相同的并联运行 如果变压器的连接组不同而进行并联运行 其后果是非常严重的 如两台变压器原边均为星形连接 副边一个是星形连接 一个是正连三角形连接 两个 副边对应的线电压相位不相同 彼此相差 30 副边的电压差将达到副边线电压的 51 8 这样大的电压差所引起的环流将超过额定电流许多倍 若连接组别相差越大 则副边的电 压差也越大 环流就更大 可能将变压器烧毁 因此连接组不相同的变压器绝对不允许并 联运行 3 阻抗电压标么值不相等时的并联运行阻抗电压标么值不相等时的并联运行 阻抗电压标么值相等而短路阻抗角不相同时的并联运行阻抗电压标么值相等而短路阻抗角不相同时的并联运行 变压器的短路阻抗角是指其短路阻抗压降与短路电阻压降夹角的大小 也就是变压器的 电压相量超前于电流相量的角度 它的正切为短路电抗与短路电阻之比 如果两台变压器并联运行 它们的阻抗电压标么值相等 只是第一台变压器的短路阻抗角 大于第二台变压器 因两台变压器的原边电压相量一致 那么两台变压器电流相量之间必 须相差一个角度 大小等于两台变压器短路阻抗角之差 这样一来 两台变压器输出的总 电流就等于每台变压器输出电流的相量之和 如果两台变压器的短路阻抗角也一致 也就是说 两台变压器电流同相位 那么它们输 出的总电流就是每台变压器输出电流的代数和 显然第一种情况输出电流要小一些 变压器的设备容量得不到充分利用 一般情况下 变压器之间的容量相差越大 短路阻抗角相差也越大 所以要求并联运行 的变压器容量之比不应超过三比一 阻抗电压标么值不相等时的并联运行阻抗电压标么值不相等时的并联运行 两台阻抗电压标么值不相等的变压器并联运行 它们输入端到输出端之间的电压是相等 的 均等于各自负荷电流在自身短路阻抗上的压降 面这两个压降的大小相等 将两台变压器各自负荷电流在自身短路阻抗上的压降 分子 分母同乘以各自的额定 电流和额定电压 可得各自电流在短路阻抗上的压降等于各自的负荷系数 它等于负荷电 流与额定电流有效值之比 也等于变压器实际容量与额定容量之比 乘以各自的阻抗电压 标么值 它等于额定电流在短路阻抗上的压降 即阻抗电压 与额定电压之比 再乘以各 自的额定电压 考虑到两台变压器的额定电压相等 则有第一台变压器的负荷系数与其阻抗电压标么值之 积等于第二台变压器的负荷系统与其阻抗电压标么值之积 由此可以看出 由此可以看出 1 阻抗电压不等而并联运行时 各台变压器的负载分配 即负荷系统 与自身的阻抗电压 标么值成反比 2 当阻抗电压标么值大的变压器满载 负载系数等于一 运行时 阻抗电压标么值小的变 压器已过载 负载系数大于一 反之 当阻抗电压标么值小的变压器满载运行时 阻抗电 压标么值大的变压器却欠载 负载系数小于一 3 因为变压器不允许长期过载运行 所以当阻抗电压标么值不等并联运行时 向负载提供 最大输出功率的运行情况只能是 让阻抗电压标么值最小的那台变压器满载运行 而其它 变压器一律欠载运行 这使变压器容量不能充分利用 是不经济的 4 负载分配计算负载分配计算 多台变压器并联运行且阻抗电压标么值不相等时 负载分配计算包括以下三个内容 1 已知各台变压器的额定容量及阻抗电压标么值 且已知总的负载容量时 计算各台变压 器所分担的功率 各台变压器所分担的实际功率等于总的负载容量比各台变压器的额定容量与自身的阻抗电 压标么值之比的代数和 乘以所要计算的这台变压器的额定容量与自身阻抗电压标么值之 比 2 不使任何一台变压器过载时 计算最大输出功率 此时可将计算各台变压器所分担的实际功率的计算式用于阻抗电压标么值最小的那台变压 器 并令其负载系数小于一 即得 最大输出功率等于最小的阻抗电压标么值乘以各台变压器的额定容量与自身阻抗电压标么 值之比代数和 3 在上项运行状态下 计算变压器的设备利用率 此时 变压器的设备利用率为最大输出功率比各台变压器额定功率的算数和 2 3 设计结构框图或流程图 2 4 各模块功能简介 1 三相电源 2 三相变压器 3 电流测量模块 电流和电压无法直接连接 可以通过电流测量模块再连接 4 三相负载 5 多通道示波器 用来对输出的参数信号进行波形仿真 并在屏幕上显示出来 6 超级人机交互模块 powergui 可以修改离散 连续 相位什么仿真方法 还有初试条件 傅里叶分析等等很多功能 3 软件调试分析软件调试分析 仿真电路图仿真电路图 带负载并联运行 空载并联运行 空载连接组别不同 有很大的环流 带负载连接组别不同 有很大的环流 如果变压器的连接组不同而进行并联运行 其后果是非常严重的 如两台变压器原边均为星形连接 副边一个是星形连接 一个是正连三角形连接 两个 副边对应的线电压相位不相同 彼此相差 30 副边的电压差将达到副边线电压的 51 8 这样大的电压差所引起的环流将超过额定电流许多倍 若连接组别相差越大 则副边的电 压差也越大 环流就更大 可能将变压器烧毁 因此连接组不相同的变压器绝对不允许并 联运行 带负载额定电压不同 有很大环流 空载额定电压不同 有很大环流 两台变压器的原边加同一电压 第一台变压器的变比小于第二台变压器 当两台变压 器副边开路时