MATLAB变压器仿真(3)

2019-09-01 19:57

Number of function output arguments的缩写形式。输入变量要用逗号隔开,输出变量多于1个时,要用方括号括起来。用户可以借助于help命令显示其中的注释说明语句段。通过这样的方法就可以建立函数文件或者称m函数,其调用方法与一放的Matlab函数的调用方法相同。

函数文件相当于对Matlab进行了二次开发。其作用与其他高级语言子函数的作用基 本相同,都是为了实现特定目的而由用户自己编写的子函数。 函数文件与命令文件有着鲜明的区别: ●函数文件的第一行必须包含function字符;命令文件无此要求。

●函数文件的第一行必须指定函数名、输入参数及输出参数,命令文件无此要求。 ●一个函数文件可以合0个、1个或多个输入参数和返回值。

●函数文件要在文件的开头定义函数名,如function [y1,y2]=func(x,a,b,c),则该函数文件名必须存为func.m,而命令文件无此要求。

●命令文件的变量在文件执行结束以后仍然保存在内存中而不会丢失,而函数文件的 变量仅在函数运行期间有效(除非用global把变量说明成全局变量,否则函数文件中的变量均为局部变量),当函数运行完毕后,这些变量也就消失了。

需要说明的是,调用函数时所用的输入输出变量名并不要求与编写函数文件时所用的输入输出变量名相同。

3 软件调试分析

3.1励磁电流的研究

图3磁通、磁化曲线、励磁电流波形图

铁芯在反复磁化时,磁化特性曲线就会偏离基本磁化曲线,励磁电流会滞后于磁通的变化。磁滞损耗使得励磁电流的波形超前于磁通波形。实际上铁芯中涡流产生的损耗也会使得

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励磁电流超前于磁通波形。

空载励磁电流波形除了受到铁芯磁化的非线性影响外,还受到铁芯磁滞现象的影响。如果铁芯在剩磁为零时开始磁化,那么铁芯磁化特性将沿着基本磁化曲线进行,但是当磁通开始发生转折后,磁化特性将不再按照基本磁化曲线进行,而是磁通变化滞后于励磁电流的变化,这种现象为铁芯的磁滞现象。由于铁芯磁滞想象的存在,铁芯的磁化呈现为基本磁化曲线两侧的回线。在这种情况下,同一个数值的磁通会对应两个励磁电流。下图以为MATLAB程序绘制的磁磁滞回线。有一实际例子磁滞回线磁通和电流数据为分别为:φ1=[-1.0,-0.90,-0.79,-0.50,0.30,0.70,0.85,0.91,0.95,0.97,1.0],φ2=[-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,单位为.p.u。其中φ1 与i对应磁滞回线中的下降曲线,φ2 与i对应磁滞回线中的上升曲线。

当输入磁通信号时,依旧用磁通信号的数据对磁滞回线进行插值计算。将插值计算的结果可视化输出,即得到受到铁芯磁滞影响的励磁电流波形图。从图中知道励磁电流在铁芯磁滞现象的影响下,励磁电流波形超前于磁通波形。这说明铁芯的磁滞现象在铁芯中造成了损耗,称之为磁滞损耗。当改变磁通信号幅值时,就会得到受不同程度磁滞影响的励磁电流波形。

图4 磁滞回线图 图5 考虑磁滞后的电流波形图

3.2 变压器磁路电流畸变程序设计

变压器铁芯磁化数据如表所示,设磁路中磁通按正弦规律变化,分析励磁电流的变化规律。

铁磁材料磁化数据

I Φ 1 1.38 2 1.54 3 1.71 4 1.91 5 2.16 6 2.50 7 2.93 8 3.49 9 4.22 10 11 12 13 5.21 6.52 8.36 10.9 14 15 16 17 14.8 22.4 37.8 64.0 0.40 0.48 0.56 0.64 0.72 0.80 0.88 0.96 1.04 1.12 1.20 1.28 1.36 1.44 1.52 1.60 1.68 (1)研究磁路中按正弦规律变化的磁通, 研究磁通与时间的关系,即Φ=f(t)。M文件具体如下: idata=[1.38,1.54,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0];

phidata=0.40:0.08:1.68; t=0:0.001:pi; phi=2*sin(t);

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i=spline(phidata,idata,phi); plot(t,phi)

xlabel('t/s');ylabel('Φ/wb') title('Φ=f(t)')

可得仿真波形,从仿真波形可以看出磁路中磁通按正弦规律变化。

Φ=f(t)21.81.61.41.2Φ/wb10.80.60.40.2000.511.5t/s22.533.5

图6 磁路磁通图

(2)研究磁通Φ与电流的关系,即Φ=f(I)。M文件具体如下:

idata=[1.38,1.54,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0];

phidata=0.40:0.08:1.68; t=0:0.001:pi; phi=2*sin(t);

i=spline(phidata,idata,phi); plot(i,phi) xlabel('I/A') ylabel('Φ/Wb') title('Φ=f(I)') axis([0 400 0 3])

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Φ=f(I)32.52Φ/Wb1.510.50050100150200I/A250300350400

图7 磁通电流关系图

(3)研究电流的畸变规律,即I=f(t)

idata=[1.38,1.54,1.71,1.91,2.16,2.50,2.93,3.49,4.22,5.21,6.52,8.36,10.91,14.8,22.4,37.8,64.0];

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])

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I=f(t)400350300250I/A20015010050000.511.5t/s22.533.5

图8 畸变电流图

小结:

由于变压器的铁芯存在着饱和现象,即铁芯磁化的非线性现象,使得磁通与φ与励磁电流之间的关系φ= f(i0),呈现非线性。磁通和电压按照同样的规律变化,即正弦变化,只是φ要滞后电压0.5*pi的电角度。根据磁化曲线可以求得对应每一时刻的励磁电流,从而绘制励磁电流波形图。上面的波形图为正弦变化地磁通曲线、基本磁化曲线和励磁电流曲线。图中励磁电流波形偏离了正弦波,呈现为尖顶波。

3、变压器负载运行

变压器的负载运行是指原绕组接入电源电压,副绕组接负载时的工作状况。这时,变压器的副边也有电流流通,原边的接入电路与空载相比相应增大,副边端电压将受到负载的影响而发生变化,这是负载运行与空载运行的主要区别。

在变压器负载运行时,由于变压器的一次侧漏阻抗很小,即使负载时的一次侧电流变为了空载电流的很多倍,依旧存在了I1nZ1<

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