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        三相變壓器空載合閘的Matlab仿真教學(xué)

        2020-09-10 01:30:44張代潤劉紅萍
        教育教學(xué)論壇 2020年34期
        關(guān)鍵詞:Matlab仿真變壓器

        張代潤 劉紅萍

        [摘 要] 將Matlab的Simulink仿真環(huán)境的多物理仿真技術(shù)應(yīng)用于三相變壓器空載合閘的電機(jī)學(xué)教學(xué)過程中,通過三相變壓器空載合閘的仿真實(shí)例,生動(dòng)呈現(xiàn)了三相變壓器各相電壓、電流、繞組磁動(dòng)勢、總磁動(dòng)勢和磁通量的波形變化趨勢,提供了一種電機(jī)學(xué)理論形象化、直觀化的教學(xué)手段,尤其是在變壓器實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的磁動(dòng)勢、磁通量的變化波形,有利于深化學(xué)生對變壓器理論的理解。

        [關(guān)鍵詞] 變壓器;空載合閘;Matlab仿真;電機(jī)教學(xué)

        [作者簡介] 張代潤(1965—),男,四川廣漢人,俄羅斯副博士(Ph.D.),四川大學(xué)電氣工程學(xué)院教授,主要從事電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微? ? ? 機(jī)原理與接口技術(shù)等理論與教學(xué)研究;劉紅萍(1969—),女,四川蓬溪人,學(xué)士,四川大學(xué)電氣工程學(xué)院工程師,主要從事本? ? ? 科學(xué)籍管理研究。

        [中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324(2020)34-0360-05 ? ?[收稿日期] 2019-09-20

        一、三相變壓器的Matlab模型

        圖1是本文利用磁路Simscape元件構(gòu)造的三相變壓器仿真模型。

        二、三相變壓器的空載合閘仿真

        圖1為三相變壓器空載合閘的仿真原理圖,包括組式、三柱芯式兩種模型。變壓器一次側(cè)接有效值為220V、頻率為50Hz的正弦電壓源,其中A、B、C相的初始相位分別為0°、-120°、+120°;一次繞組匝數(shù)為1000匝、電阻值為3Ω、漏磁阻為102H-1,二次繞組為500匝、電阻值為0.75Ω、漏磁阻為102H-1;磁路長度為0.2m,磁路截面積為6×10-4m2,B-H曲線參數(shù)為默認(rèn)值;渦流元件參數(shù)為默認(rèn)值;負(fù)載為12.1Ω,并在0.1s時(shí)接入變壓器二次側(cè)。

        圖2為三相變壓器組(如圖1(a)所示)的空載合閘時(shí)的電壓、電流仿真波形圖。由圖2可知,三相變壓器組在空載合閘時(shí),每一相都有較大的空載合閘涌流,其中A相的空載合閘電流峰值為最大;二次側(cè)電壓波形在開始時(shí)有較明顯的畸變,在加載后其值有所降低,且B、C相二次側(cè)電壓在加載時(shí)有沖擊。一次和二次側(cè)電壓電流是反相的,這可以通過交換Winding2的極性來改變。

        圖3為圖1(a)空載合閘仿真的繞組磁動(dòng)勢、總磁動(dòng)勢、磁通量的波形。由圖3可見,在空載合閘時(shí),一次繞組磁動(dòng)勢和總磁動(dòng)勢有較大沖擊,各相磁通量波形也有較明顯的飽和現(xiàn)象;在0.1~0.2s間,各相磁通量基本為正弦對稱的,雖然這時(shí)各相的總磁動(dòng)勢還并非完全對稱(見圖中局部放大部分)。但從趨勢上看,各相的總磁動(dòng)勢將逐漸趨向于對稱。

        圖4為三柱芯式三相變壓器(如圖1(b)所示)的空載合閘時(shí)的電壓、電流仿真波形圖。由圖4可知,三柱芯式三相變壓器在空載合閘時(shí),每一相也都有較大的空載合閘涌流,其中A相的空載合閘電流峰值為最大,與三相變壓器組的合閘涌流相比較其電流脈沖持續(xù)時(shí)間更長些但幅度要略小,且B、C相的合閘涌流中出現(xiàn)了反向脈沖電流;二次側(cè)電壓波形在開始時(shí)有較明顯的畸變,在加載后其值有所降低,且B、C相二次側(cè)電壓在加載時(shí)有沖擊。

        圖5為圖1(b)空載合閘仿真的繞組磁動(dòng)勢、總磁動(dòng)勢、磁通量的波形。由圖5可見,在空載合閘時(shí),一次繞組磁動(dòng)勢和總磁動(dòng)勢有較大沖擊,各相磁通量波形也有較明顯的飽和現(xiàn)象;在0.1~0.2s間,各相磁通量基本為正弦對稱的,雖然這時(shí)各相的總磁動(dòng)勢并非完全對稱的(見圖中局部放大部分)。但從趨勢上看,各相的總磁動(dòng)勢將逐漸趨向于對稱。由于各相磁路上的相互關(guān)聯(lián),三柱芯式三相變壓器帶對稱負(fù)載時(shí)的各相總磁動(dòng)勢波形與三相變壓器組的是有明顯不同的(見圖3和圖5中局部放大部分)。

        三、結(jié)語

        本文將Matlab的Simulink仿真環(huán)境的多物理(Simscape)仿真技術(shù)應(yīng)用于三相變壓器空載合閘的電機(jī)學(xué)教學(xué)過程中,通過三相變壓器空載合閘(含組式、三柱芯式兩種模型)的仿真實(shí)例,生動(dòng)呈現(xiàn)了三相變壓器各相電壓、電流、各繞組磁動(dòng)勢、總磁動(dòng)勢和磁通量的波形變化趨勢,提供了一種電機(jī)學(xué)理論形象化、直觀化的教學(xué)手段,尤其是在變壓器實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的磁動(dòng)勢、磁通量變化的波形,有利于深化學(xué)生對變壓器理論的理解。

        參考文獻(xiàn)

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