摘 要

电气元件变压器在电力体系中占据不可或缺的重要地位，电力系统的性能和正常运转也由变压器的运行特性影响着，因此，重点是要进行分析变压器的运行特性，其中着重于变压器的暂态运行特性，因为过电压或过电流较大可能会出现在暂态的过度过程中，很可能损坏变压器。 当前，科学技术的发展推动着仿真技术的飞速发展，传统的物理仿真早已不再受局限，方便简洁和精确的计算机仿真也是应运而生，这给了我们更大的发展空间。

本文运用matlab软件先分析变压器的的运行特性，有暂态和稳态两种。然后，通过编写matlab程序完成对变压器暂态运行特性的仿真分析，其中变压器空载合闸以及变压器突发短路尤为常见和重要。我们可以通过识别铁心饱和与否，采用解析法和四阶龙戈库塔算法对变压器空载合闸这种情况进行仿真，确保得到准确可靠的结果。运用插值法来拟合不饱和区磁化曲线，利用直线来代替饱和区的磁化曲线。仿真结果与理论知识的有机结合将会更容易解析，在变压器的过渡过程中，通过比较理论，我们也能发现对变压器的故障和隐患，对采用仿真方法的正确性和可行性进行验证。

关键词：变压器，MATLAB，运行特性，仿真，分析

BASED ON THE MATLAB SIMULATION ANALYSISOF TRANSFORMER RUNNING CHARACTERISTICS

ABSTRACT

Electrical transformer occupies a very important position in the power system. As it also affect the performance and normal operation of the power system . Therefore, focus should be laid on the analysis of operation characteristics of the transformer, especially the transient operation characteristics. Because the higher over-voltage or over-current occurred in the process of transient operation is likely to damage the transformer. Currently, the development of science and technology promote the rapid development of simulation technology and break the limitation of traditional physical simulation. Under its influence, computer simulation that is convenient in operation and accurate calculation is also emerged. It gives us more room for development.

This paper will analyze transient and steady-state operational characteristics of the transformer with the matlab software. Then, we will write a matlab program to achieve the goal of simulation analysis of ransient operation characteristics, wherein the no-load voltage and sudden short-circuit of transformer are particularly common and important. We can simulate the condition of no-load voltage through the ways of testing the core is saturation or not, analytic method and the fourth-order Runge-Kutta algorithm to get accurate results. We will also simulate the unsaturated zone magnetization curve by the interpolation method, with the straight line replacing the magnetization curve in the saturation region. In the transition process of the transformer, the combination of simulation results and theoretical knowledge will be easier to resolve the problem, as we can identify the risks and malfunction of the transformer by contrasting theory and verify the effectiveness and the feasibility of adopting simulation methods.

Keywords : transformer ，MATLAB，operating characteristic，simulation，analysis

目 录

基于MATLAB的变压器的仿真建模与特性分析 I

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

1 绪论 1

1.1 变压器介绍 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3研究目的及意义 2

2.1 MATLAB的编程系统 4

2.3 仿真中运用的算法 5

2.2.1 插值法 5

2.3.2 四阶龙戈库塔算法 5

3 变压器的工作原理及稳态暂态运行特性分析 6

3.1 概述 6

3.1.1 变压器的基本结构 6

3.2 规定各电磁量正方向 7

3.3 变压器的空载运行分析 7

3.3.1主磁通及漏磁通 8

3.3.2 主磁通及漏磁通的感应电动势 8

3.3.3 空载运行时的电压方程和等效电路 9

3.3.4 铁心饱和和磁滞现象对励磁电流的影响 10

3.4 变压器的负载运行 14

3.4.1 负载时的磁动势 15

3.4.2 负载运行时的电压方程和等效电路 15

3.5 变压器参数的确定 16

3.5.1 变压器的空载实验 16

3.5.2 变压器的短路试验 17

3.6 变压器的运行特性 19

3.6.1 变压器的外特性 19

3.6.2 变压器的效率特性 21

3.7 变压器过渡过程中的过电流现象分析 23

3.7.1 变压器空载合闸到电源过程分析 23

3.8.2 变压器的突发短路 25

4 变压器动态特性仿真 27

4.1 变压器的空载合闸过电流的仿真和分析 27

4.1.1 不考虑铁心饱和时变压器空载合闸的过电流仿真 27

4.1.2 铁心饱和时变压器空载合闸过电流仿真及其分析 34

4.1.3 空载合闸时产生的过电流对变压器的影响分析 39

4.2 突发短路时过电流的仿真和分析 39

4.2.1 突发短路时过电流的仿真 40

4.2.2 突发短路时产生的过电流对变压器的影响分析 43

4.3 变压器动态特性仿真分析 43

总结与展望 44

致谢 45

参考文献 46

附录 47

1 绪论

1.1 变压器介绍

变压器（Transformer）是使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、次级线圈和铁芯（磁芯）。

主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途能够分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。

一般常用变压器按相数分可分为单相变压器和三相变压器。其中，单相变压器用于单相负荷和三相变压器组，三相变压器用于三相系统的升、降电压。

随着科学技术的发展，电机已经渗透到各行各业中，成为满足人们日常生活衣、食、住、行不可或缺的重要设备。同时，电机在国家综合实力的较量，起着决定性的作用，在电力系统中占有不可或缺的重要地位。

1.2 国内外研究现状

随着人们对变压器技术的不断探索，变压器技术已经从基本感应定律发展到能对变压器的结构进行合理的设计、在理论上对变压器运行时的各种现象进行详细分析、使变压器的理论模型达到更高的精确程度，

在国内，周小沪、李晓庆等专家教授推导出了三相间的连接关系方程，建立了三相变压器仿真模型，对三相变压器的励磁涌流、短路试验电流进行了仿真，仿真结果和理论分析吻合。黄绍平, 李永坚等专家教授在Matlab软件的基础下，对单相变压器和进行了仿真研究，同时对压器空载合闸涌流特性进行了深入的分析，对变压器差动保护的精确整定以及变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法提供了突破口。袁兆强, 凌艳专家教授对考虑磁滞、剩磁影响时的变压器饱和特性以及变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流及其影响因素、谐波的变化进行了仿真分析。