matlab中变压器的仿真,基于MATLAB的稳压变压器建模与仿真

引言交流电源几乎无处不在,无论是工矿企事业单位还是个人用电都离不开交流电源。因此交流电源的稳定可靠就显得非常重要。但是电网系统不可避免地存在大容量负载变动、电力网故障等不确定因素,并由此造成电网电压的波动。这种波动可能会对与电网相连的各类电气仪表设备造成影响。因此,如何有效地为各类电气仪表设备提供稳定的交流电源极为重要。稳压变压器(CVT)是20世纪70年代末开始应用的一种特殊变压器,同时具有变压和稳压的双重作用。目前,CVT在各类交流电源上有了较为广泛的应用[1,2]。IEEE为此在1990年拟定了CVT的标准[3]。因此,建立参数准确、易于分析的CVT电路模型已经成为进一步发展CVT技术的必然要求。虽然目前有文献推导出CVT电路模型,但这些文献中或者仅定性分析CVT的电路结构;或者是将CVT的次级等效为饱和电感[5,6];或者利用三维电磁场对变压器进行分析计算,得到非线性电感等参数,模型过于复杂,分析过程中很多控制变量难以确定[7,8]。文中利用磁路与电路相结合的方法,巧妙地引入理想变压器模型,推导出能真实反映CVT的等效模型及其参数,并在此基础上运用MATLAB仿真。仿真和试验的结果表明文中提出的模型是正确的,该模型具有物理概念清晰、模型参数简单准确的特点。1模型的建立CVT结构如图1所示[4],其中N1为输入绕组;N2为输出绕组;NC为次级侧与电容C0构成的对50Hz工频电压的线性谐振电路;RmL为带气隙的磁分路的磁阻。CVT带有空气隙的磁分路可以使变压器初级的部分磁通不与次级线圈耦合而直接回到初级,反之,也可以使变压器次级的部分磁通不与初级线圈耦合而直接回到次级。磁分路与并联谐振电容联合作用,可以使变压器次级侧铁芯进入饱和状态,而初级侧铁芯一般是工作在铁芯磁化曲线的线性段。因为次级线圈与谐振线圈紧密耦合在一个铁芯上,为便于分析,将谐振电容C0折算到次级绕组N2侧,可以得到CVT等效结构如图2所示。其中:C=(Nc/N2)2C0由图2,可以得到如图3所示的CVT的等效磁路,进而根据图3列出矩阵方程(1):i1N1i2N2=Rm1+RmL-RmL-RmLRm2+RmL12(1)忽略CVT的初、次级线圈电阻不计,依据图4等效变压器模型列出矩阵方程(2):U1U2=jN11jN22=jL1jMjMjL2i1i2(2)将矩阵方程(1)(,2)联立,得矩阵(3):L1L2M=(Rm2+RmL)N21/R(Rm2+RmL)N22/R(RmLN1N2)/RM(3)其中:RM=Rm1Rm2+Rm1RmL+Rm2RmL。进而由图4得到CVT的分析电路图5(a),图中考虑了CVT的初级与次级线圈之间和初级与谐振线圈的分布电容Cp。由于图5(a)虚线框内的电感可能出现负值。为便于分析,引入理想变压器模型,建立等效电路,以此回避负电感问题的处理,见图5(b)。在图5(b)中,理想变压器的变比为a(aR+),则U0=aU1i0=i1a(a)CVT的T型分析电路(b)引入理想变压器CVT的分析电路图5CVT的分析电路基于图5(a)(,b)虚线框内端口特性一致的原则,可以得到:L3L4L5=a2L1-MaL2-MaMa(4)因为aR+;所以可以令:a=L2M=Rm1+RmLRmLN2N1并带入矩阵(4),进而可以得到矩阵(5)。L0L4Ls=(Rm1+RmL)N22R2mL0(Rm1+RmL)N22Rm1Rm2+Rm1RmL+Rm2RmL(5)将谐振电容C及负载R代入图5可以进一步得到图6。通过式(5)可以看出,由于磁阻Rm1,Rm2随着输入电压的变化而变化,表现为时

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