基于Simulink的单相变压器运行特性分析

第一次用拙劣的文笔决定总结一下自己的心路历程和学习内容，都是一些自己粗陋的见解。

在做电机学课题的时候，题目要求分析变压器暂态过程中励磁电流所产生的的畸变，我们选取了饱和式变压器。

在学习过程中，模型搭建并不是很难，但是参数设计困扰了我很久，网上可查阅得参数设置方面的资料也很少，只有官网的说明可以借鉴，但是官网的全英文又让我头痛了，还好有强大的谷歌翻译哈哈哈，唯一的缺点就是谷歌会把公式翻译的奇奇怪怪，不得不中英结合才大概明白，但是当时专业课老师给我们提供了一本仿真书，有一个同样使用饱和式变压器的题目，但是题目的数据明显和官网例子给的数据不同但参数的设置却一模一样我又困惑了，算了不管了，咱就是说官网说明一定是正确的。

当时课题要求是，若该变压器在0.2s时刻一次侧加电源电压，在1s时刻二次侧加负载，正常运行后，在2s时刻二次侧突然短路。变压器空载电流、短路冲击电流；负载为时的一、二次电压和电流；观察变压器投入运行时励磁电流的畸变。给了变压器的实验参数。

我搭建的模型如下：

饱和变压器参数设置界面如下：

选择要测量的数据，图中从上到下依次是变压器的电压，电流，磁通和励磁电流，磁通和磁化电流。励磁电流和磁化电流的区别，励磁电流包含了用于产生主磁通的，表示无功分量的磁化电流和表示铁心损耗的，有功分量的铁耗电流。 

变压器参数设置最关键的也是下面这个界面

单位可以使用国际单位制和标幺值，我选的是标幺值，带了pu的表示的都是标幺值，标幺值很好用后面会少了变压器折算的问题，简化了计算。绕组参数的设置包括了变压器一二次侧电压有效值，以及电阻电感的标幺值。标幺值的计算给大家可以借鉴一下这张图

所以这道题目参数计算如下：

已知

由于没有单独给定条件，通常认为一次侧电阻和电抗约等于二次侧的电阻和电抗的折算值。

至于饱和特性，磁芯损耗电阻和初始磁通选择了默认。

用万用表和示波器来观察要测量的数据，通过在万用表设置界面选择待测数据，就可以在示波器对应位置观察到。

双击示波器模块，会出现示波器的显示窗口。在示波器的显示窗口中，鼠标单击示波器工具栏中的View图标可以进行参数设置，如图4所示。Configuration properties中的Number of input ports可以设置观察数据的通道数;Layout可以设置示波器显示数据的通道数。

为控制电源投入时间和负载投入切除时间，使用3个断路器模块分别控制不同时刻。将Breaker2与负载并联，Breaker2闭合后可模拟变压器二次侧的突然短路。参数设置如图3所示。Initial status表示断路器初始状态，三个断路器均为0，表示断开。分别设置三个断路器的switching times为0.2,1,2。

最后结果如下：

未接入负载，可测得变压器空载电流，如图所示。由实验结果分析可得，变压器空载运行时，二次侧绕组电流几乎为零，同时观察实验数据发现空载电流与励磁电流相等，说明空载电流就是用于建立磁场，产生主磁通的励磁电流。

励磁电流可以分解为与感应电动势正交的磁化电流，以及与感应电动势同相位的铁耗电流，磁化电流是无功分量，用于产生主磁通，铁耗分量是有功分量，表征铁心损耗大小，故励磁电流呈现感性。通过比较电压和励磁电流的波形可以发现励磁电流滞后于端电压，也验证了一次侧绕组对于交流电源来说相当于一个大电感电路。

从图中可以看出变压器刚投入运行时，由于磁路的饱和，磁化电流与主磁通之间的关系为非线性，由实验波形观察可得，主磁通按正弦变化，磁化电流呈现与主磁通同相位的尖顶波。

2s二次侧短路，可测得变压器一二次侧短路电流，结果下图所示。变压器短路电流一般是二次侧额定电流的20倍 左右， 通过数据观察验证基本符合。

根据最简化等效电路，已知负载，，可得负载电流：

                ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

1~2s为负载接入时间，可测得变压器一二次侧此时的电压和电流波形。用数字显示器和RMS模块可直接测量电压和电流的有效值。变压器一次侧电压电流分别为：228.8V和0.176A，二次侧电压电流分别为：55.71V和0.556A，由于等效模型的选取，在理论计算时存在一定误差，但测量值和理论值基本相同。

最后，不得不说simulink真的好用哈哈哈，也还会继续学习，以上都是自己一些粗陋的见解，存在很多问题，欢迎大家提出来一起讨论，相互学习。