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此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除题 目 ：变压器绕组直流电阻的测量二一一年六月毕 业 设 计(论文)院 系专业班级学生姓名指导教师变压器绕组直流电阻的测量题 目 ：二一一年六月此文档仅供学习与交流变压器绕组直流电阻的测量摘要测量绕组的直流电阻，可检查变压器绕组内的焊接质量；引线和绕组的焊接质量；分接开关、引出线和套管等载流部分的接触是否良好；三相电阻是否平衡。因此，正确的测量方法和测得的数据分析就显得尤为重要。但是，变压器的绕组具有大电感和小电阻，按照传统方法测量时需要较长的时间才能达到稳定，因此需要很长时间才能得到结果。变压器通常露天放置，长时间在室外测试尤其在夏季和严冬季节是很麻烦的一项工作。此外，由此而延长的变压器停运时间会对电力系统乃至国民经济造成巨大的损失。因此，对快速测量电力变压器绕组直流电阻进行研究具有重要的意义。本文对具有代表性的七种快速测量方法进行了简介，同时利用MATLAB中的SIMULINK仿真工具进行仿真计算，根据仿真结果从测量时间、准确度及使用该方法时应考虑的因素等方面综合分析了各方法的优点和缺陷所在。关键词：绕组直流电阻；快速测量；仿真；SIMULINKMEASUREMENT OF TRANSFORMER WINDING DC RESISTANCEAbstractMeasuring winding DC resistance, you can check the quality of welding transformer Winding; the quality of welding wire and winding; tap, pinout and other current carrying parts and the casing of contact is good; phase resistance is balanced. Therefore, the correct measurement and analysis of the measured data is particularly important. However, the transformer winding has a larger inductance and smaller resistance, when measured in accordance with traditional methods require a longer time to achieve stability, it takes a long time to get results. Transformers are generally open air place,especially in summer or winter season for a long time in the outdoor test is a very troublesome work.In addition,the resulting extended outage of the power transformer as well as national economic system is a huge loss. Therefore, rapid measurement of power transformer winding DC resistance is of great significance. In this paper, several typical fast measurement method, using MATLAB SIMULINK simulation tools in the simulation, the simulation result from the measurement time, accuracy and use of the method factors should be considered the comprehensive analysis of the various methods where the strengths and shortcomings.Keywords：Winding DC resistance；Fast measurement；Simulation；SIMULINK目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1快速测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义11.1.1 测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义11.1.2 传统测量方法及其存在的问题11.1.3快速测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义21.2变压器直流绕组快速测量的现状21.3 本论文研究的内容及主要工作3第二章 电力变压器直流电阻的测量方法42.1测量的基本原理42.2直接测量法42.3 静态测量法52.3.1 增大回路电阻法62.3.2 高压充电低压测量法72.3.3 磁通泵法82.3.4 短路去磁法92.4 动态测量法112.4.1 二阶振荡法112.4.2 基于同一化方法的动态测量方法132.4.3 三点法15第三章 变压器绕组直流电阻测量的仿真研究183.1 SIMULINK简介183.2 基于simulink对变压器直流电阻快速测量的仿真及结果分析183.2.1 增大回路电阻法203.2.2 高压充电低压测量223.2.3 磁通泵法233.2.4 短路去磁法253.2.5 二阶振荡法273.2.6 基于同一化原理的动态测量方法283.2.7 三点法303.3 变压器绕组直流电阻快速测量方法仿真总结32第四章 结论与展望344.1 结论.344.2 展望.34参考文献35致谢37第一章 绪论1.1快速测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义1.1.1 测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义变压器绕组直流电阻试验为国家标准GB10941585规定的变压器试验项目之一，同时也是确保变压器生产质量、检修质量及变压器安全运行的一个重要手段1。通过测量变压器直流电阻, 可以了解它的运行情况, 获得以下信息:(一)检查引线及绕组焊接质量;(二)检查引线和套管导电杆等载流部分, 分接开关各个位置的接触是否良好;(三)检查绕组或引出线是否折断或短路;(四)确定变压器绕组的平均温升值;(五)检查并绞导线及并联支路的正确性, 是否存在由几根并联导线绕制成的绕组发生一处或多处断线的情况;(六)检查绕组所用导线的规格是否符合设计, 三相绕组是否平衡2。1.1.2 传统测量方法及其存在的问题 变压器绕组的等值电路为一个简单的电阻（R）和电感（L）串联电路。传统的测量方法即在绕组两端加一直流电压，等到测得的电流值达到且不再变化时，则绕组的直阻为。测量回路的固有时间常数，从理论上来说，电流i达到它的稳定值的时间为无穷大，而i从零到0.99也需时间4.605，大容量变压器绕组的是较大的，如，则即使等到，也需2h34min。假设这是一个三相三绕组五抽头的变压器，则一共有33个电阻值需要测量。如果每次测量时只等到就读电流值，整个测量也需要84h42min3。近年来，随着电力工业的发展及制造业水平的提高, 电力系统的容量愈来愈大, 单台变压器的容量也不断地增大4。实践表明，变压器容量愈大，充电时间愈长，还有铁芯剩磁对充电过程的影响，使充电电流不稳，从而使测量电桥的指针来回摆动，甚至偏转到正负最大刻度，产生仪表损坏的危险；而对于数字化智能测试仪则会出现数据显示紊乱，甚至测不出数据而报错的情况。电气试验人员在现场测试中对此常常感到无所适从，有时甚至会做出变压器线圈出现问题的错误判断5。1.1.3快速测量电力变压器绕组直流电阻的目的和意义变压器通常露天放置，尤其是夏季和严冬季节长时间在室外测试是很麻烦的一项工作。此外，由此而延长的变压器停运时间会对电力系统乃至国民经济造成巨大的损失3。 另外，变压器绕组平均温升的测取，是按照冷、热电阻的变化率来计算的，而断电瞬间的热电阻是由测量的热电阻随时间的变化规律推算求得的。实践指出，断电后的首个测量数据必须在三分钟之内测出， 这样推算出的温升数据才是准确的。因此，35kV及以上电压等级的变压器在热电阻测量时必须采用缩短测量时间的测量方法，否则将使测量失败6。电力变压器的负载试验中, 对于附加损耗大的变压器, 要提供测量较准确的绕组直流电阻, 以准确计算电阻损耗。变压器温升试验中, 用电阻法测量变压器绕组的平均温度时, 绕组电阻的测量误差不应超过 0. 2%, 即测量方法应能有效地分辨10左右的电阻变化, 以达到温升试验的要求。因此, 确定正确的测量方法, 选用适当的测量设备, 是保证测量绕组电阻准确度的关键7。1.2变压器直流绕组快速测量的现状变压器绕组可等效为一个电感L和一个电阻R的串联电路，各种快速测量方法都以此模型为基础，使用各种手段来缩短测量时间，以提高测量速度，虽各有优点和缺陷，但实际试验中对测量方法的基本要求是一致的:测量的结果应能准确的反映绕组直流电阻的大小，要求测量准确、快速以及测量过程中无人干预，测量所用的导线以及测量回路所需串入的电阻、电容的大小应与被测绕组无关，应具有通用性，这样才便于实现自动化测量，以减少干预的随机性，大大提高测量结果的准确度8。目前电力变压器绕组直流电阻的测量方法大致可分为三类：第一类是直接测量法，即用欧姆表、万用表直接读数，或用电压表、电流表测出绕组两端的电压与电流，再利用欧姆定理计算出电阻值。直接测量法虽然测量简单，但误差较大、耗时较长；第二类是电桥法，利用磁电式检流计电表指示电桥平衡来测量电阻。虽然电桥法准确度较高、量程广，但测量时平衡电桥需要较长时间、测量效率低，而且无法观察通过线圈的电流变化过程。有时，电桥只能近似的平衡，并不能确切的测量电阻值9。第三类是快速测量法，分为静态测量法和动态测量法：1）静态测量法中的各种方法通过改变电路中的参数，从而减小时间常数，使电流尽快稳定，以达到快速测量的目的，目前常用的方法可分为以下三种：减小回路的时间常数，由知，可以通过增大回路电阻或减小绕组电感L。减小流过线圈电流衰减分量的初始值，即减小衰减分量初值和稳态分量的比值。保持充电回路时间常数不变，减小稳态电流10。2）动态测量法，即通过测量电感线圈充电过程中的电压、电流数据来计算其直流电阻等参数值的方法11。在理论上不再需要等待电流达到稳定后才能进行测量，大大的缩短测量时间，从根本上实现了快速测量。例如“三点法”、基于同一化方法的测量方法、基于二阶振荡发原理的测量方法等，但由于动态测量方法采用线性模型，并没有考虑铁芯励磁时的非线性影响，因线性模型在一些电磁暂态的研究中是不准确的 12，故还需进一步深入研究。1.3 本论文研究的内容及主要工作本文结合当前国内外电力变压器直流电阻快速测量方法发展的现状，针对现有的电力变压器绕组直流电阻测量方法存在的问题，仿真分析并综合出常用的直流电阻快速测量方法的优缺点。主要工作包括以下几个方面：（1） 查阅大量资料，找出具有代表性的变压器绕组直流电阻快速测量的方法。（2）根据改进测量方法的要求，对仿真所需的软件进行学习。（3）按测量原理利用所需软件进行仿真，得出相关数据，进行优缺点分析。第二章 电力变压器直流电阻的测量方法2.1测量的基本原理当变压器非被测绕组开路时，被测绕组可等效为一个电感L和一个电阻的串联电路，见图2-1。 图2-1 变压器直流电阻测量等值电路闭合开关K后，被测绕组中的电流为 （2-1）式中，为回路的时间常数；为被测绕组的电阻；L为被测绕组的电感。由式（2-1）可知电流中含有一个直流分量及一个衰减分量，当t时电路达到稳态，测量被测绕组两端的电压U和流过被测绕组的电流I，由式（2-2）可得到绕组的直流电阻13 （2-2）2.2直接测量法这种方法是最原始的也是最简单的方法。根据欧姆定律，只要测出电路中的电流I和绕组两端的电压降，就可以计算出电阻R。关键是电流表要有足够高的准确度才能保证电阻的测量精度。要求：1)直流电源是脉动率不大于1%的整流电源或蓄电池；2)所加电流大小应保证有足够的灵敏度,但不能超过额定电流的20%；3)仪表准确度必须高于0.5级,电流表内阻不得大于被试电阻的1/200，电压表内阻不得小于被试电阻的200倍；若将电压表的正极端接到电流表之后，只测量绕组两端电压时，考虑到电压表内如阻的分路电流，若仍按计算，则电力变压器绕组直流电阻 （2-3）测量误差 （2-4） 这时 越大，越小，误差就越小。所以这种接线适于测量小电阻。当电压表的正极端接到电流表之前，测量的为电流表和绕组串联后两端的电压时，考虑到电流表内阻上的电压降，若仍按计算，电力变压器绕组直流电阻为 （2-5）其误差 （2-6）这时越大，误差越小，所以这种接线适用测量大电阻。对于具有大电阻大电感的变压器，例如试验变压器YDJ-500，由于测量时间太长，消耗功率大，准确度低，因而不宜用压降法。因为电力变压器绕组中有电感存在，所以测量时必须注意电压表的安全，等施加电流稳定后，才能接入电压表读数，尤其是断开电流源前，一定要先断开电压表，以免反电势使电压表损坏14。2.3 静态测量法变压器绕组可等效于一个电感和一个电阻的串联回路，加一直流电压时绕组中流过的电流为 （2-7）由式（2-7）可知，接通直流电压时，i含有一直流分量及一衰减分量，当衰减分量减小至零，即i达到稳定值时，电感不起作用，静态测量法的基本原理就是待电流稳定后，通过测量E和I，计算得到。为了减小时间常数，人们提出了很多快速测量的方法，根据其测量原理归纳起来为三个方面：一是减小回路的电感H，二是增大回路的电阻R，三是强制进入稳态。减小电感的方法，通常是增大测量电流使铁心饱和。减小导磁系数从而使电感减小，这种方法通常需增大测量电源的容量。增大回路的电阻是比较常用的一种方法，但在测量回路中串联入附加电阻会降低测量灵敏度，为此需相应的提高电源电压，但是这样增加了电池的能耗，更加有效的缩短测量时间的方法为强制进入稳态。为达到快速测量的目的,通常有以下几种方法15。2.3.1 增大回路电阻法增大回路电阻法的测量原理电路如图2-2所示图2-2 增大回路电阻的电路突变法原理接线图t12i（t）图2-3 增大回路电阻的电路突变法充电电流曲线它的测量原理是使电路从一种自然参数决定的过渡过程强制改变到另一种自然参数决定的过渡过程。在测量回路中串联入一附加电阻R，闭合K2，闭合K1，将R短接，使全部电压都加于被试绕组上，强迫它有较大的电流上升速率，一直上升到预定值I，此时断开K2，串入R，则回路电流由曲线1立即稳定到曲线2，从而使充电时间由t减小到，这就提高了测量速度。当串联接入附加电阻时，要相应的提高直流电源电压，增大容量。K2闭合，回路电流方程为 （2-8） （2-9）K2断开，回路电流方程为 （2-10） （2-11）因为，所以，测量时，将开关K2闭合，使附加电阻R短路，全部电压加在被测绕组上，电流沿曲线1以较大的速率上升，达到预定电流I（）时断开按钮K2，此时电流i由曲线1立即稳定到曲线2的稳态值，大大缩短充电时间 16。实际上，由于仪表等因素的影响是不可能做到的，变压器由于铁芯磁滞回环的作用，电流下降时要比电流上升时的电感小得多，因此在测试时，应该在充电电流略大于稳定电流（通常可取）时进行电路突变，这样仍可以达到快速测量的目的17。2.3.2 高压充电低压测量法高压充电低压测量法测量接线原理如图2-4所示图2-4高压充电低压测量法接线原理图测量时，首先同时闭合K1、K2，开始对被测绕组充电，查看电流表，当电流达到预期的稳定值时，断开K1，此时加在绕组两端的电压为，待稳定后就可以很快地进行测量了。这种方法的实质与增大回路电阻的电路突变法相似，都是使充电电流以较大的速率达到测量电流的稳定值18。2.3.3 磁通泵法21图2-5 磁通泵法测量原理图测量电路如图2-5所示，其中、分别是被试绕组的电阻和电感，、均为串接电阻，L为电感，、均为电源电压，、为开关，该测量回路可使绕组的磁链和电流步进跳变至接近于所需要的量值，因此称之为磁通泵。当闭合、置上位使L导通时，电流 （2-12）式中，t为暂态过程的维持时间，时间常数.当时，可以认为暂态过程基本上结束。设置参数时可使较小，暂态过程时间则很短，因此线路很快处于稳态。使打开前一瞬间的电流为 （2-13）则此时L中的磁链为 （2-14）这一量值标志了L储存的磁场能量。当仍置上位，突然打开时，根据磁通惯性原理：若同一回路的两个电感电流在换路前不相等，则换路后瞬间两电感的磁链和电流将发生跳变，但总磁链保持原量值不改变。所以绕组的磁链和电流一定发生跳变。令此时电流为、磁链为，则有 （2-15）即 （2-16）又因 （2-17）所以 （2-18） （2-19）因为绕组回路的时间常数很大，的变化是非常缓慢的，因此在一段较短的时间内，可以认为基本不改变19。2.3.4 短路去磁法 通常，变压器绕组的充电电路为一阶动态电路. 自从接通直流电源时起, 充电电流便从零以指数规律逐渐上升到某一稳定值, 其充电时间决定于电路时间常数的大小。人们采取许多办法来减小时间常数, 但都不能使充电电流一次跳变到稳定值。短路去磁法以最大限度实现了快速充磁。其测量电路为二阶动态电路，它的零状态响应（这里为充电电流）包括强制分量（稳态分量）和自由分量（暂态分量）。强制分量和外施激励（直流电源电压）具有相同的形式，自由分量则取决于电路本身的结构。如果使自由分量为零，则只剩下强制分量了。短路去磁测量法正是根据这一原理得到的，其中变压器利用耦合绕组的电路模型来表示，将低压侧接成短路。实际上，变压器为一个具有铁芯的磁耦合绕组，两绕组之间的耦合系数k接近于1，属于紧耦合的情况。为进行暂态分析，采用拉普拉斯变换分析方法，图2-6为复频域等效电路。图2-6 复频域等效电路图中，限流电阻；充电电流；、高压侧绕组直流电阻和电感；、低压侧绕组直流电阻和电感；M-两侧绕组互感；S-复频率在图2-6中，从电源端看进去的等效运算阻抗为 (2-20)而等效运算导纳为 (2-21)则电流响应象函数为 (2-22)由于,即，故有 (2-23)将（2-23）进行拉普拉斯反变换，时域电流响应为 （2-24）其中 （2-25）若使 （2-26）则有 (2-27)满足式（2-26）的关系，则式（2-27）中的自由分量便可以忽略不计。当时间时（即K刚闭合的瞬间），回路充电电流为： （2-28）可见，K闭合后的瞬间，充电电流发生了跳变，这正是由于短路绕组中电流的去磁作用所导致的。因此，可认为充电电流与时间t无关，即 （2-29）当充电电流瞬间跳变到稳定值时，短路绕组的去磁作用便消失，对于直流电阻的测量不产生任何影响。上文中所分析的二阶动态电路零状态响应，为有阻尼非振荡情况。变压器绕组中的高电感和低电阻参数对于测量来说，本来是一种不利因素。而本方法所采取的有效措施将这种不利因素转化为有利因素，消除了响应中自由分量的影响20。2.4 动态测量法动态测量法，即通过测量电感线圈充电过程中的电压、电流数据来计算其电阻等参数值的方法。在理论上不再要求等到电流达到稳定后才可进行测量，大大的缩短测量时间，从根本上实现了快速测量21。2.4.1 二阶振荡法 通常，变压器绕组的充电电路为一阶动态电路，接通直流电源后,回路电流便从零按指数规律逐步上升到某一稳定值,其稳定时间取决于电路时间常数的大小。人们采取了很多措施来减小时间常数,但都不能使充电电流一次跳变到稳定值,为解决这些问题,考虑到变压器工作时的去磁作用,将一般采用的一阶动态电路改接为二阶动态电路,提出了一种与静态测量法相对应的动态测量法,即可以提高测量速度的二阶振荡法。二阶振荡法为一种动态测量法,它不需等到电流稳定后再测量直流电阻值,而是通过测量电感线圈充电过程中的电压、电流数据来计算其直流电阻等参数的方法。二阶振荡法的测量原理电路如图2-7所示：图2-7 二阶振荡法测量原理电路图图中，K开关；绕组电感；绕组直流电阻；E直流电源；接线电阻开关K闭合后的回路方程为： （2-30）回路电流方程为 （2-31） 其初始条件为 （2-32） （2-33）由上式可解得 （2-34）式中， ， （2-35）通常，则，振荡频率则主要由参数，C决定。因此，在测量电路中串入电容，人为的将一阶指数衰减电路改变为二阶小阻尼振荡电路，使回路电流产生极点（）。又因绕组电感两端电压，当时，=0，所以消除了电感的影响，可以实现直流电阻的快速测量22。2.4.2 基于同一化方法的动态测量方法一、测量原理图2-8 动态测量接线原理图动态测量法，即通过测量电感线圈充电过程中的电压、电流数据来计算算其电阻等参数值的方法。其测量原理接线见图2-8，K闭合后电路开始充电，充电过程中及时刻应分别满足以下两个方程 （2-36） （2-37）式中除绕组的电阻R和电感L外，其余各参数均可直接测得或间接求得。联立两式可得 （2-38）由于不同被测变压器绕组的直流电阻R及时间常数相差较大，故充电电流曲线并不相同，但在实际测算时式（2-38）中的微分值只能采用离散采样值按差分值来计算，当为某一定值时，测得的相差不大，因此测出的R的准确度较低。因此，提出了通过改变电源电压及串入电阻的阻值，从而达到不论试品参数如何，其回路充电电流曲线完全一样（总回路的时间常数和稳态电流I完全相同），从而提高测量准确度的原理，即为“同一化”原理。“同一化”原理如下（参见图2-8）。先计算出被测绕组的电感L，测量方法为：电路中串接一个远大于R的电阻，调节电源电压至适当值，K1闭合时， （2-39）t=时，测得 （2-40）由此可求得 （2-41）若“同一化”后所规定的时间常数为，则“同一化”外接电阻可通过如下公式求得： （2-42） 故 （2-43）若“同一化”后所规定的回路稳定电流为Is，则“同一化”后所需外接的电源电压为： （2-44）这样按式（2-43）、式（2-44）求取串入电阻及外加电源电压，测量电路即可“同一化”。采用“同一化”原理之后，测量仪器所面对的各种不同参数的试品就如同一个试品，此时，只需找出一套最优的测试设置，如选择最优的采样时刻和采样点之间的间隔等，就能使各种参数的试品都能达到同样好的测量准确度。二、计算方法的误差分析图2-13所示回路的电流为： （2-45）由式（2-38）求出的直流电阻R的准确度主要决定于式（2-45）中电流对时间的两个导数值的准确度，而后者与微分的解算方法有关，一般采用离散采样的数值微分法来近似求解。设函数，则两点法数值微分的相对误差（式（2-46）和三点法数值微分的相对误差（式（2-47）只取决于时间常数和采样点间隔时间，而与计算数值微分的绝对时刻t无关。 （2-46） （2-47）由以上两式容易得出两个推论：推论1：对于同一条指数曲线，当离散采样时间的间隔固定时，各点数值微分的相对误差相同。推论2：对于同一条指数曲线，当离散采样时间的间隔固定时，任意两点数值微分的比值（）的误差为0.两个推论对两点法和三点法数值微分都适用。因为函数与函数的导数只差一个符号，所以上述结论及推论仍适用于函数。将求R的式（13）中的分子和分母同时除以其中的一个导数值，则导数项变成1或导数值的比式。由上述结论及推论可得，式中导数可用两点数值微分法求取，这样不仅可以简化计算，而且由于数值微分的比值无误差，故式（13）中导数值虽有误差，但对R的计算结果不引入任何误差，因此可使求出的R具有较高的准确度23。2.4.3 三点法变压器绕组可等效为绕组电感L与绕组电阻的串联电路。当直流电源施加于被测绕组两端时，从开关闭合时刻开始，电流随时间t按指数规律变化 （2-48）式中：是电路的时间常数；是电路的稳定电流。tt1t2t3u1u2u3u(t)图2-9 变化曲线由式（2-48）可知，为t的单调递增函数，随着时间t的增长，当时，随时间的变化曲线如图2-9所示。在、时刻，分别测取电流值、，并且，则有 （2-49） （2-50） （2-51）变换式（2-49）式(2-51)，有 （2-52） （2-53） （2-54）式（2-53）除以式（2-52）得 （2-55）同理，式（2-54）除以式（2-53）得 （2-56）显然，式（2-56）与式（2-55）相等，则有 （2-57）解式（2-57）得 （2-58）因此就得到了变压器绕组的直流电阻 （2-59）因此，只要在具有相同的时间间隔的三个时间点上测取三个电流值，即可求得变压器绕组的直流电阻。实际测量时，为测得等效电路的回路电流，在电路中串入一个采样电阻，测其两端电压便可得到回路电流。利用“三点法”在、时刻分别测取两端的电压值、，并使，则经推导可得变压器绕组的直流电阻为 （2-60）由式（2-60）可知，只要等时间间隔测取采样电阻两端的电压值，即可用“三点法”求出变压器绕组的直流电阻的值24。第三章 变压器绕组直流电阻测量的仿真研究3.1 SIMULINK简介在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。1990年，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软件SIMULAB类似，所以于1992年正式将该软件更名为SIMULINK。SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互的接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建上，而非语言的编程上。SIMULINK可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。在SIMULINK提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。从建模角度讲，这既适用于自上而下（Top-down）的设计流程（概念、功能、系统、子系统、直至器件），又适用于自下而上（Bottum-up）的逆程设计。从分析研究角度讲，这种SIMULINK模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节，而且能让用户清晰的了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响。在SIMULINK环境中，用户将摆脱理论演绎时需做理想化假设的无奈，观察到现实世界中摩擦、风阻、齿隙、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响。在SIMULINK环境中，用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。由于SIMULINK环境使用户摆脱了深奥数学推演的压力和繁琐编程的困扰，因此用户在此环境中会产生浓厚的探索兴趣和活跃的思维，感悟出新的真谛25。3.2 基于simulink对变压器直流电阻快速测量的仿真及结果分析变压器绕组可等效为一个电阻和一个电感的串联，测量变压器直流电阻的等效电路用simulink仿真如图3-1所示图3-1 测量变压器直流电阻的等效电路图图3-2 测量变压器直流电阻的仿真波形图中变压器绕组用电阻和电感串联来等效，电源E=100V，电阻=0.4，电感=100H。t=0.001s时信号发生器step使开关K闭合，串入电流表来观察充电波形，用示波器来记录充电过程。仿真波形如图3-2所示。由仿真波形可以看出在自然情况下，变压器衰减时间常数很大，绕组充电电流达稳定电流的99.9%需1300秒左右。因此直接测量变压器直流电阻需很长时间，不实用，必须设法缩短测量时间。3.2.1 增大回路电阻法图3-3 增大回路电阻法的测量电路增大回路电阻法的测量电路如图3-3所示。图中，E=100V， =10 ，Rx=0.4 ，Lx=100H。起始状态时K2闭合，t=0.001s时信号发生器Step使开关K1闭合。使用图3-1所示电路，改变相应参数，仿真可得K2闭合前t=10s左右时，回路电流i达到预定值9.615（），此时信号发生器Timer1使开关K2断开，从而使回路电流迅速达到稳定。仿真结果图3-4 增大回路电阻法与传统测量方法的仿真波形比较表3-1 开关K2断开时间对电流稳定时间及测量准确度的影响E=100V， =10 ，Rx=0.4 ，Lx=100H开关断开时间电流稳定时间稳定电流I,A电阻测得值,误差,%9819.6070.4092.25010649.6070.4092.25011889.6070.4092.250表3-2 串入电阻大小对开关断开时间及测量误差的影响E=100V ， Rx=0.4 ， Lx=100HR0,开关断开时间电流稳定时间稳定电流I,A电阻测得值,误差,%1010649.6070.4092.250205254.9010.4041.000403202.4760.388-3.070结论：由图3-4可知增大回路法测量过程中开关K2断开后，回路电流迅速达到稳定，稳定时间不超过100s，与传统测量方法相比测量时间明显缩短。由表3-1可知，开关K2断开时间对电流稳定时间影响较大，但对测量误差几乎无影响。由表3-2可知串入电阻阻值越大，电流稳定时间越短，但电阻阻值改变时，对测量误差影响较大，因此对于不同的变压器应选择合适的串入电阻。3.2.2 高压充电低压测量图3-5 高压充电低压测量法的测量电路 高压充电低压测量法的测量电路如图3-5所示。图中E1=100V，E2=10V，Rx=0.4 ，Lx=100H起始状态时K1闭合，t=0.001s时信号发生器Step使开关K2闭合，当回路电流达到预定值25A（）时，信号发生器Timer1使开关K1断开从而使回路电流迅速达到稳定。按图3-1所示电路图连接电路，改变相应参数进行仿真后可知K1断开前t=24s左右时回路电流达到预定值。仿真结果图3-6 高压充电低压测量法与传统测量方法的仿真曲线比较表3-3 开关K1断开时间对电流稳定时间及测量准确度的影响E1=100V， E2=10V， Rx=0.4， Lx=100H开关断开时间电流稳定时间稳定电流I,A电阻测得值,误差,%2328322.1900.45112.750242422.6300.44210.5002539022.6800.44110.2502650022.6800.44110.250表3-4 所加电源大小对电流稳定时间及测量准确度的影响Rx=0.4， Lx=100H高压电源E1,V低压电源E2,V开关断开时间电流稳定时间稳定电流I,A电阻测得值,误差,%100102539022.6800.44110.250100205443047.0700.4256.250200202518047.0700.4256.250结论：由图3-6可知开关K1断开后回路电流迅速达到稳定，当断开时间足够准确时，电流稳定时间仅为几十秒，与传统测量方法相比大大较少了测量时间。由表3-3可知开关K1断开时间对电流稳定时间影响较大，但对测量误差影响几乎可以忽略。由表3-4可知，电源E1与E2的比值越大，电流稳定时间越短，但电源大小对测量误差影响较大，测量时应根据所测变压器的参数选择适当的电源电压。3.2.3 磁通泵法磁通泵法测量电路图如图3-7所示。图中E1=36V，E2=12V，Rx=1，Lx=1000H，R=15，L=50H，r=23.2.起始状态时K断开，K2闭合，信号发生器Timer使开关K1闭合，当回路电流i达到预定电流3.2A（）时，Timer3控制开关K2断开2s，2s后电流的值达到0.15A（），此时再闭合K2，进入下一次充放电过程。完成两次充放电过程后，基本达到预定值0.306A（），此时断开K1，闭合K，同时断开K2，此后回路电流迅速达到稳定。按图3-1接线，改变相应参数可知电流i达到预定值所需的时间为40s，每次K1断开后有2s的时间使电流达到预定值，因此在84s时完成充放电，随后断开K1，闭合K，断开K2.因此开关K2在040s,4282s及8485.5s闭合，在4042s，8284s及85.5s之后断开；开关K1在085s闭合，此后断开；开关K在085s断开，此后闭合。图3-7 磁通泵法测量电路图仿真结果图3-8 E1+E2=24V时磁通泵法与传统测量方法的仿真曲线比较表3-5 所加电源大小对电流稳定时间及测量准确度的影响E1,VE2,V电流稳定时间稳定电流I,A电阻测得值,误差,%1862500.1541.0161.60036122200.3600.977-2.30072242500.6101.14414.400结论：由图3-8可知磁通泵方法中充放电过程完成后，回路电流迅速达到稳定值，与传统方法相比大大缩短了测量时间。由表3-5可知所加电源大小对测量误差影响较大，测量时应根据被测变压器的参数选择合适的电源。同时，测量电路中所需加入的E1、E2、R、L、r的值应适当选择，以减小电流稳定时间。测量时对各个开关的断开时间要求也较高。3.2.4 短路去磁法图3-9 短路去磁法测量电路图 短路去磁法测量电路图如图3-9所示。图中E=25V、R1=2.432、R2=1.154、L1=100H、L2=33.52H、M=57.89H。根据所设置参数经计算可得，满足式（8）的关系，式（7）中的自由分量便可以忽略不计。因此开关闭合瞬间短路电流就能迅速稳定到某一值，根据电流稳定值，即可计算出一次侧绕组的直流电阻R1的值。同理，若要测量二次侧绕组R2的值可将一次侧线圈短路。t=0.001s时，信号发生器Step使开关k闭合后瞬间，电流立即达到某一值，随后迅速达到稳定。仿真数据 图3-10 短路去磁法与传统测量方法仿真曲线比较表3-6 串入电阻大小对测量准确度的影响E=25V R1=2.432 R2=1.154 L1=100H L2=33.52H M=57.89H串入电阻R,稳定电流电阻测得值,误差,%201.1152.429-0.120250.9122.424-0.330350.6682.414-0.740450.5272