电拖课程设计(变压器原副边电压变化)

变压器原副边电压变化情况

摘要

本文主要分析变压器运行时原副边电压变化情况，分为空载运行与负载运行。先分析两种情况下的工作原理，再设计电路和参数，用Matlab连出电路仿真，得出原副边电压的波形，根据波形得出变压器工作时，原副边电压幅值按变比变化，周期和相位都不变的结论。

一、 引言

变压器是一种静止电气设备，它是通过磁路耦合来改变电压、电流或相位，将一种交流电压的能量转换成同频率的另一种交流电压的电能的装置。在电力系统中，变压器对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要意义。

为了适应不同的使用目的和工作条件，不同类型的变压器在结构和性能上有很大的差异。通常变压器可以按用途、相数、绕组数目、冷却方式等分别进行分类。

按用途分类：电力变压器、特殊变压器、仪用变压器、试验用变压器； 按相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器；

按绕组数目分类：双绕组变压器、自耦变压器、三绕组变压器、多绕组变压器；

按冷却方式分类：以空气为冷却介质的干式变压器、以变压器油为冷却介质的油浸式变压器。

本文主要研究变压器原边与副边电压幅值、相位变化情况。

二、 原理分析

变压器的主要部件是铁芯和绕组，它们构成了变压器的器身。

在原理图中，与电网一侧相连的线圈称为原边（一次绕组），与负载端相连的线圈称为副边（二次绕组）。

在分析原理之前，先规定正方向：

（1）一次侧电流的正方向与电源电压正方向一致（电动机惯例）；二次侧电流的正方向与绕组的感应电势的正方向一致，二次侧端电压与输出电流同方向（发电机惯例）；

（2）磁势F?Ni与磁通?之间符合右手螺旋关系；

（3）感应电势e与磁通?之间符合右手螺旋关系。由此可见，e与i的正方向相同。

Ⅰ、变压器的空载运行

变压器空载运行的原理图如下：

变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负载电流i2为零，这种情况即为变压器的空载运行。空载运行时通过一次侧的电流称为空载电流，用i0表示。因为空载时变压器的磁通完全是由空载电流产生的磁动势所建立，所以空载电流也成为励磁电流，空载电流产生的空载磁势F0?N1i0。

通常把沿铁芯闭合，且同时交链一次和二次绕组的那部分磁通?称为主磁通，它是变压器进行能量转换的媒介；把沿非铁磁材料闭合，只交链一次绕组的那部分磁通??1称为一次绕组的漏磁通。由于副边绕组开路，因而不存在副边漏磁通。一般情况下，漏磁通仅为主磁通的千分之一左右。主磁通?分别在原边和副边绕组中产生感应电势e1和e2。而原边绕组中漏磁通存在感应漏电势e?1。考虑到一次绕组的电阻压降，可列出一次侧和二次侧电压方程

?u1?ri10?e1?e?1…………………………………………………(1) ?u??e2?20式中，r1为一次绕组的漏电阻，u20为二次绕组的空载电压。对于实际的变压器，由于一次侧的漏电阻和漏电势很小，故可认为u1??e1。

给一次侧加正弦电压，可认为感应电势和磁通也按正弦变化。设

?(t)??msi?nt，N1和N2分别为一、二次绕组的匝数，则

e1??N1d?d?,e2??N2…………………………………………………(2) dtdtd(?msin?t)e1??N1??N1??mcos?t

dt因为??2?f,e1?2?fN1?msin(?t?90?)，故有效值

E1??2?fN1?m2?4.44fN1?m用相量形式表示为：E1??j4.44fN1?m………(3)

???则E2??j4.44fN2?m……………………………………………………………(4) 故变压器空载运行时，原、副边电压为：

?????U1?E1??j4.44fN1?m ??????U2?E2??j4.44fN2?m当一次绕组施加额定电压U1?U1N时，规定二次侧绕组的开路电压即为二次侧的额定电压即U20?U2N。这样，规定变压器的变比为k?N1E1U1N……(5) ??N2E2U2N综上可以看出，变压器空载运行时，原边电压与副边电压幅值之比为变比k，频率相同，相位一致。

Ⅱ、变压器负载运行

变压器的负载运行是指变压器的一次侧接到交流电源上，二次侧连接电器负载ZL时的运行情况。变压器负载后，二次侧的电流不再为零，从而导致铁芯内部的电磁过程与空载运行时有所不同。

变压器负载运行的原理图如下：

考虑到负载运行时，一次侧绕组的电势平衡方程式为：

U??E1?z1I1(z1为一次绕组的漏阻抗)………………………（6）

???二次侧电流对应的磁势除了对主磁通有贡献外，还会在变压器副边产生漏磁通??2，该漏磁通仅与副边绕组交链，设副边漏电感为L?2，则副边漏电势为

E?2??j?L?2I2??jx?2I2……………………………………（7）

???根据基尔霍夫定律及变压器负载运行示意图中正方向的规定，可列出一次与二次侧绕组电压平衡方程如下：

????????U1??E1?I1r1?E?1??E1?I1z1……………………………(8) ?????????U2??E2?I2r2?E?2??E2?I2z2归纳起来，变压器的基本方程式为：

?????U1??E1?I1z1?????U2??E2?I2z2?? ?E1???k?E2????U2??I2z?L一般变压器工作时，原边与副边漏电抗很小，近似忽略。所以

????U1E1?U1??E1所以??k ?????U2E2?U2??E2综上可以看出，变压器负载运行时，原边电压与副边电压幅值之比为变比k，周期一样，相位相同。

三、 电路与参数设计

Ⅰ、变压器的空载运行

空载运行电路图如下：

参数设置：

将变压器的原边与副边额定电压设为1200kV和300kV，这样变压器的变比控制为：k?1200?4，由于分析原理时，将原边漏阻抗的压降忽略了，所以设计300电路时，将变压器的漏阻抗设置的尽量小。设置如图：

万用表测量原边与副边电压：

给原边加电压的设置方法如下：

Ⅱ、变压器负载运行

负载运行电路图如下：

参数设置：

将变压器的原边与副边额定电压设为10kV和100V，这样变压器的变比控制为：k?10000?100，由于分析原理时，将原、副边漏阻抗的压降100忽略了，所以设计电路时，将变压器的漏阻抗设置的尽量小。设置参数

与空载运行方法相同。给副边加负载性质的设置如下：

四、 仿真分析

Ⅰ、变压器的空载运行

做两次实验，第一次给原边加幅值为80V的交流电源，测得结果如下：

由图可以看出，原边与副边的电压幅值比?一致。

80?4?k，周期相同，相位也20第二次给原边加幅值为1000V的交流电源，测得结果如下：

由图可以看出，原边与副边的电压幅值比?也一致。

综合两次实验可以读出结论：变压器空载运行时，原、副边电压幅值比等于变压器的变比，两者频率相同，相位也一致。

1000?4?k，周期相同，相位250Ⅱ、变压器负载运行

做两次实验，第一次给原边加幅值为4000V的交流电源，给副边加上阻感负载，测得结果如下：

由图可以看出，原边与副边的电压幅值比?位也一致。

第二次给原边加幅值为8000V的交流电源，给副边加上带电阻、电感、电容负载，测得结果如下：

4000?100?k，周期相同，相40

由图可以看出，原边与副边的电压幅值比?位也一致。

8000?100?k，周期相同，相80综合两次实验可以读出结论：变压器负载运行时，原、副边电压幅值比等于变压器的变比，两者频率相同，相位也一致。

由上面的变压器空载与负载试验可知，变压器运行时，原副边电压幅值按变压器的变比变化，副边电压的频率跟原边一样，相位也相同。

五、 心得体会

这一个礼拜的课程设计结束了。从理论到实践，在整整一个星期的日子里，我遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了我以前所学的理论知识，更让我学到了很多课外的东西，锻炼了自己解决实际问题的能力。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

这次电拖课程设计，使我在多方面都有所提高。刚开始拿到这个题目，不知道如何下手，课本上涉及这部分的原理知识比较少，光靠自己所学的知识根本解决不了，于是我去图书馆以及网站找了很多资料，学习了很多课本上没有的东西，感觉特别充实。然后在做设计的过程中我学到了很多东西，也知道了自己的不足之处，知道自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，以后还要努力。通过这次课程设计，发现了自己的不足和缺陷，也锻炼了自己将理论知识运用到实际中的能力，受益良多。

虽然现在的设计题目比较简单，但通过课程设计的学习工作，使我接触了很多新的知识，如Matlab编程与仿真以及建模的能力，也让我对这门课有了更深的了解，培养了我们求真务实的态度。我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续学习。

由图可以看出，原边与副边的电压幅值比?位也一致。

8000?100?k，周期相同，相80综合两次实验可以读出结论：变压器负载运行时，原、副边电压幅值比等于变压器的变比，两者频率相同，相位也一致。

由上面的变压器空载与负载试验可知，变压器运行时，原副边电压幅值按变压器的变比变化，副边电压的频率跟原边一样，相位也相同。

五、 心得体会

这一个礼拜的课程设计结束了。从理论到实践，在整整一个星期的日子里，我遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了我以前所学的理论知识，更让我学到了很多课外的东西，锻炼了自己解决实际问题的能力。

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