基于MatlabSimulink的电力变压器仿真建模及特性分析 (文献综述)

四川理工学院毕业论文

文献综述

基于Matlab/Simulink的电力变压器仿真建

模及特性分析

学生：苟佐罗

学号：10021070104

专业：电气工程及其自动化

班级：2010.1

指导教师：郭辉

四川理工学院自动化与电子信息学院

二O一四年三月

前言

电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备[1]。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数[2]。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以k·V A或M·V A表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器，其最大优点是，空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。国内生产电力变压器较大的厂家有一开投资集团，中电电气，保变天威，西电集团，山东明大电器，山东电力设备厂等。

电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成[3]。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。

在过去十年的发展中，我国电力建设快速发展，成绩斐然。其中，发电装机容量高速增长，电网建设速度突飞猛进，电源结构调整不断优化，技术装备水平大幅提升，节能减排降耗效果显著，电力建设实现了跨越式发展。这为我国经济社会平稳较快发展提供了强大动力，对改善人民生活起到了重要支撑和保障作用。

国家统计局数据显示，2007-2011年，电力变压器制造行业的销售规模不断扩大，销售收入每年以13%以上的速度增长，2011年销售收入达到1784.36亿元，同比增长16.53%;实现利润总额102.14亿元，同比减少5.43%。总体来看，2011年，中国电力变压器制造行业发展稳定，但盈利能力有所下滑。出于全球经济环境的考虑，我国未来可能会加大可再生能源的比例。国网、南网都在研究轻型直流，这些都是新的趋势，将为变压器行业带来新的发展领域。并且电力变压器在市场上的发展和使用越来越广泛，在技术上和质量上其中一些知名企业也脱颖而出例如一开投资集团多年来公司一直致力于民族电气工业的发展，与众多科研院所、高校及国际行业巨头建立紧密的合作，设立了“上海一开电器科学研究所”，专业研发、生产输配电控制设备、高低压电器元件、智能电气等产品，先后开发了“智能型PLC 控制总屏”及“智能型成套开关总控”等各种高、低压电器元件；与沈阳变压器研究所合作，研发、生产高低压变压器产品，先后开发了S（B）H15-M、S（B）H16-M型非晶合金卷铁芯电力变压器，SC9、SCB9、SC10、SCB10系列树脂绝缘干式变压器，SG10型H级绝缘干式电力变压器，SGB11-R卷铁芯H级非包封线圈干式电力变压器，10kV级S9、S11系列油浸式电力变压器，35kV级S9-□-□系列油浸式电力变压器等系列产品并同时研发生产了变压器生产用箔式绕线机、非晶合金剪切机、高低压绕线机等专用机械设备；与美国通用公司（GE）强强联手，打造亚太地区最大、最专业的船用开关设备及低压电气设备，先后开发了GEA plus2.0、Modula plus、Modula 630k、船用变压器、船用箱式变电站、船用电气自动化设备、隧道专用配电柜等系列产品。

随着我国“节能降耗”政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。目前在网运行的部分高能耗配电变压器已不符合行业发展趋势，面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。2008年、2009年连续两年我国电网建设投资超过电源建设投资，预示着我国电网建设落后的问题或

将得到改善。但要实现电源与电网的平衡，我国仍须提高电网的输配电能力，使之与电源规模相匹配。可见未来几年，电网建设和城乡配电网改造仍是我国电力工业的首要任务，配电变压器的市场需求量有望保持较强劲的增涨。

以往人们在系统设计过程中都使用物理模型和笔算解决问题，运算量很大，成本较高。电力系统的实时计算机仿真系统由于其精度高、改变参数方便和重复性好等优点，已逐步取代传统的物理仿真系统，在电力系统的规划以及电力系统保护和控制等方面起着越来越重要的作用。

MATLAB 以其强大的计算功能、友好的动态仿真环境和丰富的工具箱越来越成为从事包括电力网络、电力电子和控制系统等专业学习和研究的重要仿真工具。其中的Simulink 工具箱是一个高性能的动态系统建模与仿真平台,SimPowerSystems(PSB)库就是一个电力、电子系统建模和仿真的专用模块库[4]。PSB 中包括了电路仿真所需的各种元件模型,包括电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、附加模块等等。在Simulink 环境下,PSB 库提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制,在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程描述的系统形式,然后进行仿真分析。

MATLAB及电力变压器简述

一、 MATLAB简介

1、MATLAB系统构成

MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图像处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分组成[5]。

（1）MATLAB开发环境

MATLAB开发环境是一套方便用户使用MATLAB函数和文件的工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成化的工作空间，可以让用户输入。输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境。它包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。

（2）MATLAB数学函数库

MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法，从基本运算（如加法、正弦等）到复杂算法，如矩阵求逆、贝塞尔函数、快速傅立叶变换等。

（3）MATLAB语言

MATLAB语言是一个高级的基本矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户既可以用它来快速编写简单程序，也可以用来编写庞大复杂的应用程序。

（4）MATLAB图像处理系统

图像处理系统使得MATLAB能方便地图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强力的二维、三维函数、图像处理和动画显示等函数。

（5）MATLAB应用程序接口（API）

MATLAB应用程序接口（API）是一个是MATLAB语言能与C、FORTRAN等其他高级编程语言进行交互的函数库，该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括MATLAB中调用C和FORTRAN程序，以及MATLAB与其他应用程序间建立客户/服务器关系。

2、Simulink仿真概述

Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于它与用户交互接口是基干Windows的模型化图形输入的，从而使得川户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编程上[6]。

所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本系统模块，用户只需要知道这此模块的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的。通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型(以mdl文件进行存取)，进而进行仿真与分析。

Simulink模型的基本结构.

一个典型的Simulink模型由以下三种类型的模块构成：

●信号源模块

信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（如正弦波和阶跃函数等）以及用户自己在MATLAB中创建的自定义信号。

●被模拟的系统模块

系统模块作为仿真的中心模块，它是Simulink仿真建模所要解决的主要部分。

输出显示模块

系统的输出由显示模块接收。输出显示的形式包括图形显示、示波器显示和输出到文件或MATLAB工作空间三种，输出模块主要在Sinks库中。

构成Simulink模型的三种模块结构关联图如图1.1所示。

图3.4构成Simulink模型的樱块结构关联图

Simulink模型的基本特点可归纳如下：

（1）Simulink里提供了许多如Scope（示波器）的接收器模块，这使得用Simulink 进行仿真具有图形化显示效果。

（2）Simulink的模型具有层次，通过底层子系统可以构建上层母系统。

（3）Simulink提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框。

二、变压器简介

1、变压器的基本构成

一个变压器通常包括：

两组或以上的线圈：以输入交流电电流与输出感应电流。

一圈金属芯：它把互感的磁场与线圈耦合在一起。

变压器一般运行在低频、导线围绕铁芯缠绕成绕组。虽然铁芯会造成一部分能量的损失，但这有助于将磁场限定在变压器内部，并提高效率。电力变压器按照铁芯和绕组的结构分为芯式结构和壳式结构，以及按照磁通的分支数目（三相变压器有3，4或5个分支）分类。它们的性能各不相同。

芯

薄片钢芯

变压器通常采用硅钢材料的铁芯作为主磁路。这样可以使线圈中磁场更加集中，变压器更加紧凑。电力变压器的铁芯在设计的时候必须保防止达到磁路饱和，有时需要在磁路中设计一些气隙减少饱和。实际使用的变压器铁芯采用非常薄，电阻较大的硅钢片叠压而成。这样可以减少每层涡流带来的损耗和产生的热量。电力变压器和音频电路有相似之处。典型分层铁芯一般为E和I字母的形状，称作“EI变压器”。这种铁芯的一个问题就是当断电之后铁芯中会保持剩磁。当再次加电后，剩磁会造成铁芯暂时饱和。对于一些容量超过数百瓦的变压器会造成的严重后果，如果没有采用限流电路，涌流可造成主熔断器熔断。更严重的是，对于大型电力变压器，涌流可造成主绕组变形、损害。

实芯铁芯

在如开关电源之类的高频电路中，有时使用具有较高的磁导率和电阻率的铁磁材料粉末铁芯。在更高的频率下，需要使用绝缘体导磁材料，常见的有各种称作铁素体的陶瓷材料。在一些调频无线电电路中的一些变压器铁芯采用可调铁芯，来配合耦合电路达到谐振。

空气芯

卷铁芯

线圈由电磁线所构成，用于环绕铁蕊，藉以通电产生磁场，或是经由磁场产生感应电流。

绝缘保护

屏蔽物

冷却剂有的变压器利用液态物质的循环进行热量的疏散。常用的液态物质为变压器油（英语：transformer oil），其主要成分为烷烃、环烷烃、芳香烃等化合物。变压器油比热容较大，它吸收热量体积膨胀上升，在管中形成循环，再通过散热装置将热量散发到空气中。有的变压器利用气态物质（如六氟化硫）作为冷却剂。由于导热能力的限制，气体冷却剂一般应用于小容量变压器。

关于变压器油，绝大多数采用的是矿物油, 极少数的变压器采用的是植物油。矿物油泄露可能会对环境造成污染，而植物油污染程度就会少很多。而且植物油的闪点要比矿物油的高。所以，在将来，植物油可能会取代矿物油。

2、变压器的工作原理

变压器是一种静止的电气设备，因为原、副边线圈匝数不同，通过电磁感应关系，把一种电压数值转换成另外一种电压数值[7]。变压器内部，既有磁路问题，也有电路问题，而且彼此之间还有耦合关系。为了研究方便，通常将其转化为等效电路，并且用一组电路方程来描述。

电力变压器发展趋势及攻关方向

随着我国节能、环保和消防法规的不断健全和民众环境意识的增强，变电站的建设受节能、环保和消防制约的程度越来越大。变压器是变电站中最重要的设备，随着国民经济和电网建设的高速发展，制造变压器所必须的生产资料如铜、硅钢片、绝缘油和绝缘纸材料供应日趋紧张，市场价格猛增。按照变电站设备寿命周期成本的概念，在注重初次投入成本的同时也必须十分重视运行成本。综合以上原因，控制了变压器寿命周期成本，也就控制了变电站寿命周期成本。我们应以追求最高价值为目标，以最低的寿命周期成本，可靠地实现设备应具有的健康水平。

一、变压器发展趋势

1、节能

变压器是输变电行业中的耗能大户。据估计，我国变压器的总损耗占系统总发电量的7 %～ 10% ，造成我国电力利用率降低，电力浪费巨大。如果变压器损耗降低1％，每年可节约上百亿度电，所以降低变压器损耗已是我国节能工作的当务之急。如今政府已将节能降耗情况作为一项重要指标，纳入经济社会发展的综合评价体系，因此，节能型变压器越来越受到大家的关注。但节能并不意味着损耗最低，而是追求变压器工作时能效最高。因此变压器标准损耗应根据实际负荷特性，以能效最高为目标。就目前电网联络电力变压器来说，根据实际运行状况，降低空载损耗比降低负载损耗意义更重大。

2、低噪声

变压器产品标准《6～500 kV级变压器声级》(JB／T 10088-1999)与《工业企业厂界噪声标准》(GB 12348-90)和《城市区域环境噪声标准》(GB 3096—93)规定有较大的差异，电压等级越高、容量越大，其差异越大。按《6～500 kV级变压器声级》(JB／T 10088-1999)标准生产的变压器根本满足不了环保要求，即使IV 类区域也难满足，因此运行中的变电站受到环保制约程度越来越大，随着时间的推移，投入的环保成本也将越来越大。变电站的环保标准是强制性标准，不满足是无法投运的，因而仅执行变压器产品标准是毫无意义的。变电站噪声是一个综合问题，变压器无法做到噪声很低，但结合变电站综合改造，如采用全自

冷方式，或散热器与本体分体并移位安装方式，即把变压器本体安装在无通风设施、隔声效果非常好的混凝土或砖房内，其防爆防火性能可得到保证；散热器则安装在户外、或散热条件良好的地面或房顶上，就可从源头上解决噪声问题。

据悉，《城市区域环境噪声标准》已进行了修改，不再采用A声级，而采用C声级进行考核，并设置了每个频段的噪声标准，这对户外变压器降噪将是一个新的挑战。

3、人性化

目前变压器外形和工艺性设计不尽合理，形象粗糙，尺度失衡，色彩灰暗单调；装配工艺复杂要求高、工艺系数低(刚性质量指标少，柔性质量指标多)，质量和安全事故时有发生，使人在心理上产生排斥。变压器的设计应以人为本，并像创作艺术作品一样对待，将艺术和人性、装配工艺与功能和质量相结合，提高工装系数、操作工艺性，保障各道工序质量和人身安全，并使之外形美观，与环境相协调。

4、消防型

消防对象通常可分为易燃、难燃和阻燃三类。同样，变压器可分为易燃、难燃和阻燃三类。通常将矿物油浸式变压器定为易燃物，其使用有严格的消防要求；干式变压器或SF 绝缘变压器为阻燃物，无消防要求，但也有如燃烧、有害气体泄漏、可靠性差、寿命周期后的处理等亟待解决的问题。虽然国内尚未将难燃油浸式变压器认可为难燃物，但国际上已普遍认可该类变压器，我国迟早会与国际接轨。因此，在难燃和阻燃变压器领域内将有较大发展空间，会出现替代产品，给用户多一个选择。

对大型油浸式变压器来说，提高变压器本身的消防能力尤为重要，而消防部门和产品制造厂商往往忽视这一点。双层油箱结构、内部充以安全、稳定、环保和阻燃性能良好的物质或气体的变压器，将会逐步得到消防部门的认可，这种变压器同时可进一步降低噪声水平。

5、使用替代材料

随着电网建设快速发展，制造变压器的有色金属铜、绝缘油等，由于使用量的增长和资源匮乏，供应越来越紧张，迫切需要找到替代品。因此使用合成油、植物油、冷却液、气体和铝线圈的变压器势必提到日程上来。铝线圈变压器虽在抗短路能力和降低负载损耗方面的性能不是很好，但对于配电变压器普遍存在负载率较低的现状，采用无套装间隙工艺或内支撑结构，选用铝线圈是最恰当不过了。

6、全寿命周期成本

如今变电站建设单位和运行单位不再仅重视设备的购置费而忽视设备的运行费用，而是以变压器寿命周期成本(即购置费和运行费之和)的最低点为目标选购变压器。提高价值不是单纯提高产品的功能品质，而是在功能品质允许的情况下，把寿命周期成本降到最低，追求实质上的物美价廉是最终目标。变压器应遵循安全、稳定、可靠、经济和先进的原则。变压器是变电站中最重要的设备，关系着电网安全和企业效益，因此，其安全性应首先得到保证。可靠性要求设备稳定性好，不良率低变压器的检修维护耗资巨大，而且会给电网安全带来不安全因素，若在设计和制造中就能保证设备的稳定性是最理想的。变压器经济性涉及企业的经济效益，要坚决杜绝劳民伤财的事。在成本最优化前提下，也应考虑设备的先进性，具体表现在如下方面：

(1)结构简单。变压器的长期稳定性应放在首位，结构简化将是趋势。由于发电机的励磁机、调容电抗器和SVC的应用，无分接结构变压器或无励磁调压开关结构的无励磁调压变压器将优先采用，内绕组设置调压分接将不再出现。

(2)技术成熟。电网不是运行试验场地，变压器应选用成熟的技术，因此计算机仿真技术将得到普遍运用。

(3)少维护，免检修。变压器人为结构要少，如密封焊缝要短，密封件使用量要少，采用的主附件应与变压器同寿命，对安装运行的要求要低等。因此全自冷变压器将是发展的趋势。

(4)足够的抗过电压和过电流能力。要充分考虑绝缘材料和绕组结构的累积效应、制造工艺偏差和运行环境等因素，因此抽检试验必将流行。

(5)技术统一。国网推行的典型设计，使变压器的技术得到统一规范，变压器设备也趋于单，这也有利于变压器制造精细，质量稳定。

(6)模块化的设计。紧凑型变电站有利于节省土地，降低造价，加上典型设备大量推广，变压器呈现模块化的趋势，即套管出线后直接与封闭母线或GIS通管或电缆连接，以及运用散热器集中布置等技术。

二、攻关方向

对制造厂商来说，理性用材尤为重要。每处材料或组件的运用均应恰当好处，保持应有的质量水平。过欠的质量要不得，但过剩的质量也是一种浪费。就目前我国的变压器制造水平来说，尚有如下方面工作要做：

(1)精确计算漏磁场的分布

提高漏磁场(包括磁场分布和磁通密度分布)分析计算精度，是降低变压器温升、提高抗短路能力的前提。漏磁场是产生局部过热和机械力的根本原因，因此其分析和精确计算很重要，尤其在金属结构件、绕组端部、铁心、换位处、螺旋口等特殊部位，精确计算漏磁场的分布尤为重要。有调压绕组时，还应计算出各分接位置的漏磁分布规律，以便采取相应的对策，降低绕组涡流损耗(包括横向分量、纵向分量和单位体积涡流损耗)、结构件杂散损耗、热点温升、绕组短路时的机械力或应力，还要考虑工艺制造因素造成的绕组间的间隙和轴向错位，以及金属结构件、套管及引线对漏磁场的影响等问题。

(2)掌握铁心主磁通磁场的分布规律

提高铁心内主磁通磁场分析计算精确度，还要考虑各种谐波电压和直流偏磁对主磁通的影响，努力降低空载损耗和铁心振动，控制铁心谐振频率避开电源基频50 Hz的倍数。

(3)掌握电场的分布规律

要分别精确计算出在快速暂态过电压(VF—T0)、雷电全波、雷电截波、操作波冲击条件下和工频耐压下变压器各处的电位、梯度电压分布和表面电场分布。根据绕组内部、高压引出线、不同分接引线的绝缘结构特点，充分考虑绝缘材料的绝缘特性、几何形状、材料本身成份、加工工艺、水分含量、含气量、杂质等因素的影响。这些因素有很大的工艺分散性，而且在变压器运行过程中可能还会发生变化，如温升造成含水量改变、绝缘件移位变形或开裂、绝缘油劣化、气泡等，都会给问题的解决带来困难。另外，变压器油流带电还受到油速、油温、油流紊流度、外加交流电场、油路结构、绝缘油及固体绝缘材料性质等诸多因素的影响，油流带电的4个过程(电荷产生、电荷传输、电荷积累和电荷泄放)涉及静电学、流体力学、热学、电化学和材料学等多个学科。油流带电的微观机理目前仍尚不很清楚，需深入研究。

(4)全自冷变压器温升设计

如何降低热点温升是设计的主要目标，全自冷方式应充分考虑绝缘油的浮力和油隙的绝

热作用，利用流体力学和热学等学科，掌握热油流动规律，仿真计算出绕组各点的温升，努力将绕组温升曲线的斜率控制在1．15内，局部温升略过高的地方可采用B或F级耐高温绝缘材料，比如玻璃纤维、N0MEX纸和漆等。

(5)提高抗短路能力

变压器受短路电流冲击时，其动态过程实际上就是绕组振动过程，因此变压器短路动态设计实际上也是绕组振动设计。要选择合适的计算模型，使其能更准确地描述变压器的实际结构和短路时绕组的整个振动过程。绕组是一种多介质复杂体系，介质材料力学参数对绕组结构的整个机械性能有很大影响，特别是绝缘件，其力学参数受材料本身成份、加工工艺、变压器干燥处理过程等因素的影响较大，且有很大的工艺分散性，而且在变压器运行过程中可能还会发生变化，如温度的升高，最高可达250℃，这些都会给问题的解决带来困难。绕组的固有频率与绝缘垫块的弹性模数和绕组的预紧力有关，因此要精确计算绕组的固有频率，避免与短路电动力频率发生谐振现象。另外，绕组制造过程中产生的高度差异或运行过程中绝缘件的自然收缩等问题，也是计算的难点。

(6)提高控制噪声设计水平

硅钢片磁致伸缩现象引起的振动，是变压器发生噪声的主要原因，但若要将噪声控制在一定水平，负载噪声和附件噪声是不可忽视的。要根据变压器噪声的来源、振动和噪声的传播途径，确定合适的计算模型，准确地描述变压器在额定电压和额定电流下的整个振动过程。另外，随着电网的直流电源连接，变压器直流偏磁越来越严重，因此还要掌握铁心在直流偏磁情况下的振动规律。变压器中有很多激振因素和振动源，需研究其各自频率特征及方向性。变压器的内部结构件、绝缘油和油箱对整个振动和噪声影响很大，特别是油箱。油箱所具有的高次固有振动频率和变压器的每次振动频率成份发生共振的可能性较大。油箱的振动状态非常复杂，即使是对称形的油箱，放射的噪声强度分布-一般也成不对称状；而且，由于各侧面放射的音波的相位差产生的声音干涉现象，会使噪声强度分布显示为更复杂的形状；漏磁也会引起油箱的振动。铁心是产生励磁噪声的根源，其材料本身成份、加工工艺，以及叠装后的铁心重量、几何尺寸、搭接面积、接缝间隙、尖角大小及形状、芯柱的绑扎密度及绑扎力等因素对噪声的影响很大，且有很大的工艺分散性。另外，还需分析电流流过绕组时产生的漏磁场而引起的振动，以及铁心、结构件、磁屏蔽、油箱壁等的振动。这些导致振动的因素在变压器运行过程中可能还会发生变化，如变压器过励磁、短路电流冲击后，以及温度的升高引起的热胀冷缩等，这些都会使问题复杂化。油箱、散热器及辅助装置等引起的共振，更是设计计算的难点。达到C声级设计计算水平是变压器噪声控制的最终目标。

总结

电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。目前变压器技术的发展目标是轻量、高效、高密度，片式化产品将获得进一步发展，高频、低损耗、小尺寸和低价位的电源变压器将占有大量市场，高压电源变压器市场前景广阔。

利用MATLAB的电气系统模块库，为分析研究变压器稳态和瞬变过程中的各物理量的变化规律进行定性和定量的精确分析过程建立了仿真模型，揭示空载运行、负载运行、空载合闸及副边突然短路等变压器各处的电压、电流等电气量的分布及其变化规律，才能实现对现有变压器的设计制造方案提出改进和创新。

在工程实践中，如果要得到电力变压器的饱和特性，必须经过繁杂而费时的试验测试，并且受到试验条件、变压器运行工况模拟(如剩磁)、测量手段(如变压器空载合闸时的瞬变

量测量)的限制。而利用计算机仿真手段可以使电力系统一些电磁现象的定性和定量分析变得迎刃而解。

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油浸电力变压器设计手册-沈阳变压器(1999) 6负载损耗计算

目录 1 概述SB-007.6 第 1 页 2 绕组导线电阻损耗（P R）计算SB-007.6 第 1 页 3 绕组附加损耗（P f）计算SB-007.6 第1页3.1 层式绕组的附加损耗系数（K f %）SB-007.6 第 1 页3.2 饼式绕组的附加损耗系数（K f %）SB-007.6 第 2 页3.3 导线中涡流损耗系数（K w %）计算SB-007.6 第 2 页 3.3.1 双绕组运行方式的最大纵向漏磁通密度（B m）计算SB-007.6 第 2 页3.3.2 降压三绕组变压器联合运行方式的最大纵向漏磁通密度（B m）计算SB-007.6 第 3 页 SB-007.6 第3 页3.3.3 升压三绕组（或高-低-高双绕组）变压器联合运行方式的最大纵向漏 磁通密度（B m）计算 3.3.4 双绕组运行方式的涡流损耗系数（K w %）简便计算SB-007.6 第4 页3.4 环流损耗系数（K C %）计算SB-007.6 第 4 页3. 4.1 连续式绕组的环流损耗系数（K C %）计算SB-007.6 第4 页3.4.2 载流单螺旋―242‖换位的绕组环流损耗系数（K C1 %）计算SB-007.6 第5 页 SB-007.6 第5 页3.4.3 非载流(处在漏磁场中间)单螺旋―242‖换位的绕组环流损耗系数 （K C2 %）计算 3.4.4 载流双螺旋―交叉‖换位的绕组环流损耗系数(K C1 %)计算SB-007.6 第6 页 SB-007.6 第7 页3.4.5 非载流(处在漏磁场中间)双螺旋―交叉‖ 换位的绕组环流损耗 系数（K C2 %）计算 4引线损耗（P y）计算SB-007.6 第7 页5杂散损耗（P ZS）计算SB-007.6 第8 页5.1小型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第8 页5.2中大型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第9 页5.3 特大型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第10 页

建模与仿真实验报告

重庆大学 学生实验报告 实验课程名称物流系统建模与仿真 开课实验室物流工程实验室 学院自动化年级12 专业班物流工程2班学生姓名段竞男学号20124912 开课时间2014 至2015 学年第二学期 自动化学院制

《物流系统建模与仿真》实验报告

(2)属性窗口（Properties Window） 右键单击对象，在弹出菜单中选择 Properties；用于编辑和查看所有对象都拥有的一般性信息。 (3)模型树视图（Model Tree View） 模型中的所有对象都在层级式树结构中列出；包含对象的底层数据结构；所有的信息都包含在此树结构中。 4)重置运行 (1)重置模型并运行 (2)控制仿真速度（不会影响仿真结果） (3)设置仿真结束时间 5)观察结果 (1)使用“Statistics”（统计）菜单中的Reports and Statistics（报告和统计）生成所需的 各项数据统计报告。 (2)其他报告功能包括：对象属性窗口的统计项；记录器对象；可视化工具对象；通过触发器 记录数据到全局表。

五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等) 1、运行结果的平面视图： 2、运行结果的立体视图 3、运行结果的暂存区数据分析结果图：

第一个暂存区 第二个暂存区 由报表分析可知5次实验中，第一个暂存区的平均等待时间为11.46，而第二个暂存区的平均等待时间为13.02，略大于第一个暂存区，由此可见，第二个暂存区的工作效率基本上由第一个暂存区决定。 4、运行结果三个检测台的数据分析结果图，三个检测台的state饼图： （1）处理器一：

Matlab Simulink 仿真步骤

MATLAB基础与应用简明教程 张明等编著 北京航空航天大学出版社(2001.01) MATLAB软件环境是美国New Mexico大学的Cleve Moler博士首创的，全名为MATrix LABoratory（矩阵实验室）。它建立在20世纪七八十年代流行的LINPACK（线性代数计算）和ESPACK（特征值计算）软件包的基础上。LINPACK和ESPACK软件包是从Fortran语言开始编写的，后来改写为C语言，改造过程中较为复杂，使用不便。MA TLAB是随着Windows环境的发展而迅速发展起来的。它充分利用了Windows环境下的交互性、多任务功能语言，使得矩阵计算、数值运算变得极为简单。MA TLAB语言是一种更为抽象的高级计算机语言，既有与C语言等同的一面，又更为接近人的抽象思维，便于学习和编程。同时，它具有很好的开放性，用户可以根据自己的需求，利用MA TLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发自己的程序，开创新的应用。 本书重点介绍了MA TLAB的矩阵运算、符号运算、图形功能、控制系统分析与设计、SimuLink仿真等方面的内容。 Chap1 MATLAB入门与基本运算 本章介绍MATLAB的基本概念，包括工作空间；目录、路径和文件的管理方式；帮助和例题演示功能等。重点介绍矩阵、数组和函数的运算规则、命令形式，并列举了可能得到的结果。由于MA TLAB的符号工具箱是一个重要分支，其强大的运算功能在科技领域有特殊的帮助作用。 1.1 MATLAB环境与文件管理 1.2 工作空间与变量管理 1.2.1 建立数据 x1=[0.2 1.11 3]; y1=[1 2 3;4 5 6]建立一维数组x1和二维矩阵y1。分号“；”表示不显示定义的数据。 MATLAB还提供了一些简洁方式，能有规律地产生数组： xx=1:10 %xx从1到10，间隔为1 xx=-2:0.5:1 %xx从-2到1，间隔为0.5 linespace命令等距离产生数组，logspace在对数空间中等距离产生数组。对于这一类命令，只要给出数组的两端数据和维数就可以了。 xx=linespace(d1,d2,n) %表示xx从d1到d2等距离取n个点 xx=logspace(d1,d2,n) %表明xx从10d1到10d2等距离取n个点 1.2.2 who和whos命令 who: 查看工作空间中有哪些变量名 whos: 了解这些变量的具体细节 1.2.3 exist命令 查询当前的工作空间内是否存在一个变量，可以调用exist()函数来完成。 调用格式：i=exist(…A?); 式中，A为要查询的变量名。返回的值i表示A存在的形式： i=1 表示当前工作空间内存在一个变量名为A的矩阵； i=2 表示存在一个名为A.m的文件； i=3 表示MATLAB的工作路径下存在一个名为A.mex的文件；

建立数学建模案例分析

§15.4锁具装箱问题 [学习目标] 1.能表述锁具装箱问题的分析过程； 2.能表述模型的建立方法； 3.会利用排列组合来计算古典概型； 4.会利用Mathematica求解锁具装箱问题。 一、问题 某厂生产一种弹子锁具，每个锁具的钥匙有5个槽，每个槽的高度从{1，2，3，4，5，6}6个数（单位从略）中任取一数。由于工艺及其它原因，制造锁具时对5个槽的高度有两个要求：一是至少有3个不同的数；二是相邻两槽的高度之差不能为5。满足上述两个条件制造出来的所有互不相同的锁具称为一批。销售部门在一批锁具中随意地抽取，每60个装一箱出售。 从顾客的利益出发，自然希望在每批锁具中不能互开（“一把钥匙开一把锁”）。但是，在当前工艺条件下，对于同一批中两个锁具是否能够互开，有以下实验结果：若二者相对应的5个槽的高度中有4个相同，另一个槽的高度差为1，则可能互开；在其它情况下，不可能互开。 团体顾客往往购买几箱到几十箱，他们会抱怨购得的锁具中出现互开的情形。现请回答以下问题： 1．每批锁具有多少个，能装多少箱？ 2．按照原来的装箱方案，如何定量地衡量团体顾客抱怨互开的程度（试对购买一、二箱者给出具体结果）。 二、问题分析与建立模型 因为弹子锁具的钥匙有5个槽，每个槽的高度从{1，2，3，4，5，6}这6个数中任取一数，且5个槽的高度必须满足两个条件：至少有3个不同的数；相邻两槽的高度之差不能为5。所以我们在求一批锁具的总数时，应把问题化为三种情况，即5个槽的高度由5个不同数字组成、由4个不同数字组成、由3个不同数字组成，分别算出各种情况的锁具个数，然后相加便得到一批锁具的总个数。在分别求这三种情况锁具个数的时候，先求出满足第1个条件的锁具个数再减去不满足第2个条件的锁具个数。在求这三种情况锁具个数的时候，主要依靠排列组合的不尽相异元素的全排列公式。 下面用一个5元数组来表示一个锁具： Key=（h1，h2，h3，h4，h5） 其中h i表示第i个槽的高度，i=1，2，3，4，5。此5元数组表示一把锁，应满足下述条件： 条件1：h i∈{1，2，3，4，5，6}，i = 1，2，3，4，5。

某电力变压器继电保护设计(继电保护)

1 继电保护相关理论知识 1.1 继电保护的概述 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。 1.2.1 继电保护的任务 当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 1.2.2继电保护基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：（1）反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 例如：反映电流增大构成过电流保护； 反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护； 反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护； 反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。 除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。 同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。 新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。

建模与仿真复习题

建模与仿真复习大纲 一、试卷题型 1.判断题2分* 10 （错误需改正！！！） 2.填空2分*10 3.名词解释5分* 4 4.简答10分* 2 5.分析计算10分* 2 二、建模与仿真复习题 1. 仿真的概念、类别及特点？ 仿真（计算机仿真、系统仿真）：就是建立计算机仿真模型模拟现实的动态系统，在仿真模型上进行各种实验，以评估和改善系统性能。 1、连续系统仿真：他所模拟的系统状态变量随时间连续变化，也称连续仿 真。 2、离散事件系统仿真。他所模拟的系统状态变量随一个个事件的发生而在 特定的时间点离散变化，系统的状态变化是由（往往是随机发生的）事件驱动的，也称为离散事件仿真或离散系统仿真。 3、混合系统仿真。它所模拟的系统既有连续部分，也有离散部分。 2. 简述仿真项目的研究步骤？10 1、定义仿真研究的目的； 2、收集数据，建立概念模型； 3、建立计算机仿真模型； 4、模型校核与验证； 5、实验运行及最优化分析； 3. 模型的概念、类别及特点？1-2 模型是系统各元素交互关系的简化表示，这些关系包括因果关系，流程关系以及空间关系。 模型可分为：物理模型、逻辑模型（逻辑模型又可分为：符号模型、解析模型、仿真模型）。 物理模型：是实际系统的物理复制品或按比例缩放的食物模型，也称实体模型。

逻辑模型：是指以图符或数学方程式等表达式的反应显示系统要素间逻辑关系的模型。 符号模型：是利用一些图形符号如举行、箭头等来描述一系列的活动或要素间相互关系的模型； 解析模型（又称分析性模型）：是一种利用数学方程式（不含不等式）表达系统 要素关系的模型。 4. 现代可视化仿真软件的分类、特点和发展趋势？3 分类：？？ 特点：可以方便地利用图标以可视化方式构件仿真模型，大大提高了建模效率，降低了建模难度。 简化建模过程，为用户提供高效的数据处理功能，使用户将主要精力集中于系统模型的构建中。 发展趋势：由二维动画向三维动画转变； 提供虚拟现实的仿真建模与运行环境； 智能化建模技术、基于web的仿真、智能化结果分析于优化技术； 5. 层级模块的概念及作用？35 概念：可以将一些基本的建模结构（如一群链接的模块）封装为一个单个的、高级的节后，还可以继续将一些这类的高级结构封装为一个单个更高级的结构，即层次模块。 作用：可将一个复杂的系统分解为不同的部分建模，从而降低模型的复杂性； 6. 方程的概念及extendsim软件中的模块种类及特点？119 & 59 方程就是一系列用来对一个或者多个输入变量进行计算，输出一个或者多个输出变量的命令。 Item库中的模块根据对实体的处理和滞留的时间分为3类：Residence（驻留）、

数学建模案例分析

案例分析1: 自行车外胎的使用寿命 问题： 目前，自行车在我国是一种可缺少的交通工具。它小巧、灵活、方便、易学，而且价格适中，给广大居民带来了不小的益处。但是，自行车也有令人头痛的地方，最常见的问题莫过于扎胎了。扎胎的原因有很多，但相当一部分是由于外胎磨损，致使一些玻璃碴、小石子很容易侵入、扎破内胎。为了减少不必要的麻烦，如何估计自行车外胎的寿命，及时更换? 分析： 分析角度：由于题目里未明确指出我们是应从厂家角度，还是应从用户角度来考虑这个问题，因此需要我们自己做出合理判断。若从厂家角度，我们面对的应当是一大批自行车外胎的平均寿命的估计。这样的估计要求一定精确度和相对明确的使用环境；而从用户角度来说，面对的仅是个人的一辆车，不需要很高的精确度，这样的寿命估计更简单，易于随时了解，下面仅从用户角度进行分析。 产品的使用者需要了解产品的寿命，是基于安全性及更换的费用来考虑的。我们将这两个标准作为主要标准来分析，首先值得注意的两个关键性问题是如何定义寿命、何时为寿命的终止。寿命的定义要做到科学，直观，有可比性，在航空工业中航天飞机的使用寿命是用重复使用的次数来衡量，而工厂机器设备的寿命则以连续工作的时间来定义。本题外胎的寿命亦可用时间来表征，但由于外胎的寿命直接与其磨损速度相关；而磨损速度又与使用频率及行驶速度相互联系，致使外胎的寿命不一定与使用时间成正比(这种非正比关系使我们不能拿一辆—天跑200公里的自行车与一天只跑1公里的自行车进行寿命比较)，降低了可比性。如换成自行车的路程寿命来比较，就好得多。产品寿命是在安全性和更换费用相互制约下达到的一个点，在这个点上，外胎的安全系数降到用户不可接受的最低值，更换费用(寿命越长，在一定意义上更换费用越低)也达到了最大限度的节省。 弄清了上面两个问题后，我们继续明确建立模型需要解决哪些问题及建立模型的重点难点。 自行车使用过程中，一来影响因素多，二来这些因素之间彼此相关，十分复杂，要做到比较准确地估计使用寿命，不但要对外胎的性能有相当的了解，而且对使用环境更不能忽视。当然我们由于是站在用户角度上来考虑的，相对地就可忽略一些次要的影响因素。 这样的数学模型面对着两个主要问题。一、自行车使用寿命与外胎厚度的关系，二、外胎能够抵御小石子破坏作用的最小厚度。后者可处理得相对简略些(如只考虑一块具有一般特征的小石子对外胎的破坏作用)，而重点(也是难点)是第一个问题。车重、人重、轮胎性质(力学的、热学的、甚至化学的)和自行车使用频率等都左右着它们的关系。这么多相关因素，不必一一都加以考虑(用户是不会在意这么多的)，有些因素，可以先不考虑，在模型的改进部分再作修改，采取逐步深入的方法，如：摩擦损耗有滑动摩擦和滚动摩擦损耗两种，由于滚动摩擦占用的时间(或路程)显然占绝对优势，因此可重点考虑。但滑动摩擦造成的一次损坏又比滚动摩擦大，在刹车使用过频的情况下，就不能不考虑了。 最后，需对得出的结果用简单清晰的文字进行说明，以供用户参考。 案例分析2：城市商业中心最优位置分析 问题： 城市商业中心是城市的基本构成要素之一。它的形成是一个复杂的定位过程。商业中心的选址涉及到各种因素制约，但其中交通条件是很重要的因素之一。即商业中心应位于城市“中心”，如果太偏离这一位置，极有可能在城市“中心”地带又形成一个商业区，造成重复建设。 某市对老商业中心进行改建规划，使居民到商业中心最方便。如果你是规划的策划者，如何建立一个数学模型来解决这个问题。

设计变压器的基本公式精编版

设计变压器的基本公式 为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作，可用下式计算最大磁通密度（单位：T） Bm=(Up×104)/KfNpSc 式中：Up——变压器一次绕组上所加电压（V） f——脉冲变压器工作频率（Hz) Np——变压器一次绕组匝数（匝） Sc——磁心有效截面积（cm2） K——系数，对正弦波为4.44,对矩形波为4.0 一般情况下，开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些。 变压器输出功率可由下式计算（单位：W） Po=1.16BmfjScSo×10－5 式中：j——导线电流密度（A/mm2） Sc——磁心的有效截面积（cm2) So——磁心的窗口面积（cm2） 3对功率变压器的要求 （1）漏感要小 图9是双极性电路（半桥、全桥及推挽等）典型的电压、电流波形，变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。 图9双极性功率变换器波形 功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关，仅就变压器而言，减小漏感是十分重要的。 （2）避免瞬态饱和

一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－H曲线接近拐点处，因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快，持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大，在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压，脉冲变压器的饱和，即使是很短的几个周期，也会导致功率开关管的损坏，这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。 （3）要考虑温度影响 开关电源的工作频率较高，要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小，随着工作温度的升高，饱和磁通密度的降低应尽量小。在设计和选用磁心材料时，除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外，还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小，一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响，按开关电源工作环境温度为40℃考虑，磁心温度可达60～80℃，一般选择Bm=0.2～0.4T，即2000～4000GS。 （4）合理进行结构设计 从结构上看，有下列几个因素应当给予考虑： 漏磁要小，减小绕组的漏感； 便于绕制，引出线及变压器安装要方便，以利于生产和维护； 便于散热。 4磁心材料的选择 软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。 软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO 等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。 在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。 开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求：

基于Simpleware的3D打印建模与仿真分析解决方案

基于Simpleware的3D打印建模与仿真分析解决方案

一、概述 3D打印工艺是近几十年来全球先进技术，它与传统切削等材料的“去除法”不同，增材技术将采用细微原材料一层一层的堆叠而生成三维立体的实体，因此被通俗的称为“3D打印”，也可以把3D打印理解为无数个2D打印平面堆叠而成的。该工艺只需在电脑上设计出模型(或者扫描实体得到数据)，就可以用3D打印机打印出实物。该工艺无需传统的刀具，模具，车床以及复杂工艺，可快速地将设计生产为实物。 3D打印的基础在于构建产品三维模型，三维模型的质量对最终生产出来产品的质量具有决定性的影响。所以对于3D打印行业来说，三维建模技术尤为重要。 二、3D建模的问题和需求 传统3D建模方法是通过CAD软件在电脑上设计出模型。 CAD软件建模的局限性： 无法构建结构复杂的模型，例如人体结构模型。 无法对复杂结构进行有效的赋予材质，例如人体内部结构。 从图中可以看出，想要用CAD软件构建复杂的人体模型几乎是不可能的。 三、3D数字建模及数值仿真计算全球高端解决方案Simpleware 基于影像技术和计算机技术的飞速发展，通过物体扫描图像可以对复杂物体进行较为精确的三维重构并建模。复杂模型的构建使3D打印应用更为广泛。中仿Simpleware软件，它致力于为CAD、CAE以及3D打印领域提供世界领先的三维图像处理、分析以及建模和服务，已在世界范围内被业界广泛采用。中仿科技参加了主题为工业CT在3D 打印领域的新应用的 图2.2复杂的人体结构

2014年全国射线数字成像与CT新技术研讨会，详细介绍Simpleware软件基于图像的三维建模功能，并就Simpleware在3D打印领域的应用做详细介绍及案例操作，并得到了与会人员一致的认可。 Simpleware 软件具有扫描图像三维处理功能，其强大而精确的建模功能将物体扫描图像转换为逼真的三维模型，直接应用于3D打印。 （一）软件相关模块简介 Simpleware软件帮助您全面处理3D图像数据（MRI，CT，显微CT，FIB-SEM……），并导出适用于CAD、CAE、以及3D印刷的模型。使用图像处理模块（ScanIP）对数据进行可视化，分析，量化和处理，并输出模型或网格。 利用有限元模块（+FE Module）生成CAE网格；利用全新的物理模块：固体力学模块（+SOLID Module）、流体分析模块（+FLOW Module）以及多学科分析模块（+LAPLACE Module），通过均质化技术计算扫描样品的有效材料属性。 Simpleware软件基于核心的图像处理平台——ScanIP，结合可选模块，实现FE/CFD网格生成、CAD一体化以及有效材料属性的计算。 Simpleware三维图像建模软件的主要模块如下： ?ScanIP Software: 核心图像处理平台 ?+FE Module: 网格生成模块 ?+NURBS：曲面建模模块 ?+CAD Module: CAD 模块 ?Physics Modules：物理模块 +SOLID Module：结构力学模块 +FLOW Module：流体分析模块 +LAPLACE Module：多学科分析模块

simulink-matlab仿真教程

simulink matlab 仿真环境教程 Simulink 是面向框图的仿真软件。 演示一个Simulink 的简单程序 【例1.1】创建一个正弦信号的仿真模型。 步骤如下： (1) 在MATLAB 的命令窗口运行simulink 命令，或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink 模块库浏览器 (Simulink Library Browser) 窗口，如图1.1所示。 (2) 单击工具栏上的图标或选择菜单“File ”——“New ”——“Model ”，新建一个名为“untitled ”的空白 模型窗口。 (3) 在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source ”子模块库前的“+”(或双击Source)，或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink 下的Source 子模块库，便可看到各种输入源模块。 (4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模块“Sine Wave ”(正弦信号)，将其拖放到的空白模型窗口“untitled ”，则“Sine Wave ”模块就被添加到untitled 窗口；也可以用鼠标选中“Sine Wave ”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“add to 'untitled'”命令，就可以将“Sine Wave ”模块添加到untitled 窗口，如图1.2 所示。 图7.1 Simulink 界面

(5) 用同样的方法打开接收模块库“Sinks”，选择其中的“Scope ”模块(示波器)拖放到“untitled”窗口中。 (6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向“Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，一个简单模型已经建成。如图1.3所示。 (7) 开始仿真，单击“untitled”模型窗口中“开始仿真”图标，或者选择菜单“Simulink”——“Start”，则仿真开始。双击“Scope”模块出现示波器显示屏，可以看到黄色的正弦波形。如图1.4所示。 (8) 保存模型，单击工具栏的图标，将该模型保存为“Ex0701.mdl”文件。 1.2 Simulink的文件操作和模型窗口 1.2.1 Simulink的文件操作 1. 新建文件 新建仿真模型文件有几种操作： ?在MATLAB的命令窗口选择菜单“File”“New”“Model”。 图7.2 Simulink界面 图7.3 Simulink模型窗口 图7.4 示波器窗口

电力变压器课程设计

1 前言 随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加。为了解决热能资源(如煤田)和水能资源丰富的地区远离用电比较集中的城市和工矿区这个矛盾，需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。 电力系统是有各种电力系统元件组成的，它们包括发电、输变电、负荷等机械、电气主设备以及控制、保护等二次辅助设备。WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验系统是一个完整的电力系统典型模型，它为我们提供了一个自动化程度很高的多功能实验平台，是为了适应现代化电力系统对宽口径“复合型”高级技术人才的需要而研制的电力类专业新型教学试验系统。 本设计所要完成的工作是利用VC语言开发WDT电力系统综合自动化实验台监控软件，主要是完成准同期控制器监控软件的编写，它要求能显示发电机及无穷大系统的相关参数，如电压、频率和相位角，并能发送准同期合闸命令。

2 电力系统实验台 WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化实验教学系统主要由发电机组、试验操作台、无穷大系统等三大部分组成（如图2.1所示）。 图 2.1 WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验系统 2.1 发电机组 该系统的发电机组主要由原动机和发电机两部分构成，另外，它还包括了测速装置和功率角指示器（用于测量发电机电势与系统电压之间的相角 ，即发电机转子相对位置角），测得的发电机的相关数据传输回实验操作台，与无穷大系统的相关参数进行比较，从而确定系统是否满足了发电机并网条件。 2.1.1 原动机 在实际的发电厂中，原动机一般用的是水轮机、气轮机、柴油机或者其他形式的动力机械，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转换为带动发电机轴旋转的机械能，从而带动发电机转子的旋转。 在WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台的发电机组中，原动机是由直流发电机（P N=2.2kW，U N=220V）模拟实现其功能的。直流电动机（模拟原动机）与发电机的结

模糊控制系统建模与仿真分析

题目：模糊控制系统建模与仿真分析 一、实验目的 1、熟悉Matlab软件的基本操作方法 2、掌握用matlab/Fuzzy logic toolbox进行模糊控制系统建模仿真的基本方法。 3、熟悉模糊控制系统设计的基本方法 二、实验学时：4学时 三、实验原理 MATLAB R2008提供了建立模糊逻辑推理系统的仿真工具箱——Fuzzy Logic Toolbox，版本为Fuzzy Logic Toolbox2.2.7。建立模糊逻辑推理系统有两种基本方法，第一种方法是借助模糊推理系统编辑器（Fuzzy Logic Editor）的图形界面工具建立模糊逻辑推理系统，第二种方法是利用命令建立模糊逻辑推理系统。第一种方法使用简单、建模方便，适合于初学模糊逻辑控制系统建模与仿真的读者。第二种方法稍难一些，但对深入了解模糊逻辑推理系统的MATLAB仿真知识大有帮助。下面分别讲述两种方法，读者可自行选择阅读。 1模糊逻辑工具箱图形界面工具 模糊逻辑工具箱图形工具是为了方便用户建立模糊推理系统而推出的图形化设计工具，在这里可快速方便的建立模糊推理系统并观测模糊规则、推理输出等。模糊逻辑推理图形工具主要包括：基本模糊推理系统编辑器（fuzzy）、隶属函数编辑器（mfedit）、模糊规则编辑器（ruleedit）、模糊规则观测器（ruleview）、模糊推理输入输出曲面观测器（surfview）。下面分别介绍它们的基本使用方法。 1.1基本模糊推理系统编辑器 在Command Windows输入“fuzzy”命令，弹出如下图 1所示的“FIS Editor”（模糊推理系统编辑器）窗口。在这里可以对包括输入、输出模糊语言变量的名称、模糊推理系统的类型和名称、模糊逻辑推理的各种运算（与、或、蕴含、规则合成、解模糊化）等高层属性进行编辑。同时,还可以打开模糊推理系统的隶属函数编辑器（mfedit）、模糊规则编辑器（ruleedit）、模糊规则观测器（ruleview）、模糊推理输入输出曲面观测器（surfview）。

数值建模与仿真在日常生活中的应用

数值建模与仿真在日常生活和娱乐行业的应用首先，先概述一下数值建模与仿真技术的发展趋势。 经过半个多世纪的发展，数值建模与仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。仿真建模方法更加丰富，更加需要仿真模型具有互操作性和可重用性，仿真建模VV&A 与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱；数值建模与仿真体系结构逐渐形成标准，仿真系统层次化、网络化已成为现实，仿真网格将是下一个重要发展方向；仿真应用领域更加丰富，向复杂系统科学领域发展，并将更加贴近人们的生活。 如今，数值建模与仿真的应用领域已不仅仅局限于在国防工业、军事、航空航天工程、土木工程、船舶水利、机械制造等领域进行科学研究与分析，也逐渐开始在人们日常生活娱乐中发挥着日益重要的作用，此之谓技术的发展是为了更好的服务于人类。 本文将对数值建模与仿真技术在交通影响分析、城市生活垃圾处理、污水处理、娱乐行业等与人们日常生活息息相关的典型例子中的应用情况进行介绍。 典型案例一：数值建模与仿真技术在交通影响分析中的应用情况。 随着经济的发展、城市建设规模之扩大及速度之加快和城市人口数量的急剧增加啊，交通问题凸显，交通问题已经关乎到每个人的生命安全。专家以数值建模仿真技术为手段，对交通问题进行了有效仿真，并提出了有效处理方法，这对交通安全问题的解决是很有帮助的。 交通仿真技术特别是TransCAD的OD (Origin2Destination) 反推技术以及VISSIM 的动态仿真技术，是进行交通规划和交通影响分析的重要技术手段。近年来,随着人们生活水平的提高和消费观念的改变,城市大型公建项目越来越多。

由于建筑规模大和土地利用性质特殊，大型公建吸引和产生的交通量势必对周围乃至整个城市的路网造成冲击，导致路网局部的交通供求不平衡，引发交通拥堵、交通事故、环境恶化、能源消耗等问题。因此，在项目方案实施前对其进行交通影响分析非常必要。以下以购物广场为例,设计出项目交通影响分析的仿真流程，为交通影响评价提出了一种新的较为实用的方法。 交通仿真所依赖的技术主要主要有两种：基于TransCAD 软件的OD反推技术和基于VISSIM软件的动态交通仿真。前者是具备交通规划地理信息功能的软件，为交通需求预测准备了一整套完善且又能随时更新的工具，包括数字化地图、地理数据管理、地理坐标显示以及复杂的交通规划应用、操作研究以及统计模型。后者，VISSIM 是德国PTV公司的产品，它是一个离散的、随机的、以10 - 1 s 为时间步长的微观仿真模型。VISSIM 还提供了图形化的界面，用2D 和3D动画向用户直观显示车辆运动，运用动态交通仿真进行路径选择。 案例背景：市银座购物广场五里桥店位于人民路与西六路交叉口处，总建筑面积2. 8 万m2 ,营业面积1. 8万m2 。基地周围有齐赛科技城、齐鲁证券、富尔玛、长城医院等大型公建，向南可以辐射到共青团路，向北可以辐射到华光路,西至世纪路,东至柳泉路，这些道路都是城区的主干路，如下所示。

电力变压器设计分析

所需输入数据 一般数据 1．制造商 2．变压器类型（例如：移动式、变电站用、整流器用等）3．数据来源：测试数据或规格参数 3．a.频率 4．自耦变压器：是或不是 5．空载损耗 6．负载损耗kW值以及在标准接线端和中间抽头处的基准温度7．阻抗在额定功率MV A基本接点和抽头位置处的阻抗8．铁芯与线圈总重量 9．额定容量每个绕组的MV A值 10．冷却方式 11．针对每一种额定容量及冷却方式，给出： a)顶层变压器油的温升 b)各绕组引起的温升 c)绕组的平均温升 12．绕组数目以及在铁芯上的位置 13．每个绕组的BIL（绝缘基本冲击耐压水平） 14．每个绕组的额定电压 15．每个绕组的连接形式：星型或三角型 16．每个绕组单相的电阻 17．每个绕组并联的电路数 18．有无低温冷却方式：有或没有 如果有：用在哪个绕组上？ 最大抽头电压 最小抽头电压 该绕组的抽头数 接线位置数 连接方式 19．有无“无负载”抽头：有或没有 如果有：在哪个绕组上？ 最大抽头电压 最小抽头电压 该绕组的抽头数

所需输入数据（续） 铁芯数据 20．截面积：毛截面与净截面 21．铁芯：a) 共有多少条 b) 每条的宽度 c) 每条的叠数 d) 芯体的周长或直径 22.通量密度 23.窗口尺寸：高度及宽度 23.a.窗口中心线的位置 24．接缝方式：全斜角接缝或半斜角接缝 25．材料：钢材等级及钢片厚度 25.a.在基准通量密度下的瓦/公斤数： 空隙数据 26．间隙：铁芯与绕组导线之间的空隙 27．间隙：绕组与绕组之间（绕组的导线与导线之间）的空隙28．间隙：相与相之间（导线与导线之间）的空隙 29．每个绕组的留空系数[1] 30．每个绕组的填充和抽头空间[2]（沿高度的方向） 31．每个绕组的边缘距离 a)导线至线圈边缘 b)导线至铁芯箍圈 31a.每个绕组的高度： 径向： 轴向： 32．每个绕组的线槽： 径向：数量及尺寸[3] 轴向：数量及尺寸[4]

建模与仿真输出分析

实验6 仿真输出分析实验报告—高级 请将本报告另存一下，然后按老师要求回答“实验动手练习”部分的问题 实验目的 1.学习用Mean & Variance模块进行更加灵活的输出性能统计 2.学习根据性能估计的相对误差自动确定仿真运行次数 3.学习如何确定和设置非终止型仿真的预热期 案例概述 某制造企业的一条生产线仿真模型如下图所示，零件以均值为1分钟的指数分布时间间隔到达，顺次进入第一个队列、第一台机器、第二个队列、第二台机器，最后加工好的零件离开系统。 该生产线一天运作480分钟（即8小时）。初始时系统为空闲状态（队列为空、机器空闲）。车间经理想通过仿真了解如果两台机器的处理时间都是指数分布，均值为0.8分钟。那么一天下来，系统输出性能如何。他关心的性能指标包括：吞吐量（总产量）、平均在制品数目wip、产品平均周转时间。 下面，我们通过实验来统计这些输出性能指标，回答经理的问题。 实验动手练习 1.打开实验文件（点击“打开实验文件，动手练习”按钮），另存一下。按上述视频教程 的步骤从头建立该仿真模型，完成实验步骤的1-5步，第6步暂时不做，然后通过实验回答下述问题。 2.用Mean & Variance模块统计系统吞吐量的均值和置信区间。将结果填入下表中。

3.用Set、Information、两个Mean & Variance模块的组合统计实体平均周转时间的均值和 置信区间。将结果填入下表中。 4.使用Gate、两个Mean & V ariance模块的组合统计平均在制品的均值和置信区间。将结 果填入下表中。 5.性能估计的相对误差如何计算？试举例说明。 相对误差是置信区间半宽与样本均值的比例，可以用Mean&Variance模块直接计算，在Result选项卡可以查看 6.要使得吞吐量均值估计的相对误差小于10%，请用Mean & Variance模块进行设置，然 后看看ExtendSim会自动运行多少次？运行完成后请观察并写出吞吐量均值的实际相对误差是多少，是否小于10%？ 4次，相对误差是7.29%，小于10% 7.完成实验步骤的第6步（即设置预热期），请问，你设置的预热期是多长？仿真运行时 间你设为多长？仿真运行次数你设为多少？平均周转时间的均值和置信区间是多少？ 预热期12000分钟，仿真运行时间50000分钟，仿真运行次数5次，平均周转时间 7.73 分钟，置信区间7.73±0.001

电力变压器设计原则

电力变压器设计原则 1．铁心设计 1．1铁心空载损耗计算：P 0=k p ?p 0?G W 其中：k p ——铁心损耗工艺系数，见表2； p 0——电工钢带单位损耗（查材料曲线），W/kg ； G ——铁心重量，kg 。 1．2铁心空载电流计算 空载电流计算中一般忽略有功部分。 （1）三相容量≤6300 kV A 时： 1230()10t f N G G G k q S n q I S ++??+??= ? % 其中：G 1、G 2、G 3——分别为心柱重量、铁轭重量、角重，kg ； k ——铁心转角部分励磁电流增加系数，全斜接缝k=4； q f ——铁心单位磁化容量（查材料曲线），V A/ kg ； S ——心柱净截面积，cm 2； S N ——变压器额定容量，k V A ； n ——铁心接缝总数，三相三柱结构n=8； q j ——接缝磁化容量，V A/ cm 2，根据B m 按表1进行计算。

（2）三相容量＞6300 kV A ：010i t N k G q I S ??= ? % k i ——空载电流工艺系数，见表2； G ——铁心重量，kg ； q t ——铁心单位磁化容量（查材料曲线），V A/ kg ； S N ——变压器额定容量，k V A 。 表2 铁心性能计算系数（全斜接缝） 注（1）等轭表示铁心主轭与旁轭的截面相等。 1．3铁心圆与纸筒之间的间隙见表3 表3 铁心圆与纸筒间隙 1．4铁心直径与撑条数量关系见表4 表4 铁心直径与撑条数量关系 续表4 铁心直径与撑条数量关系

1．5铁心直径与夹件绝缘厚度关系见表5 2．绝缘结构 2．1 10kV级变压器 2．1．1纵绝缘结构 （1）高压绕组（LI75 AC35） 1）饼式结构 导线匝绝缘0.45，绕组不直接绕在纸筒上，所有线段均垫内径垫条1.0mm；各线饼轴向油道宽度见表15；分接段位于绕组中部。 中断点油道 4.0mm，分接段之间（包括分接段与正常段之间）油道2.0mm，正常段之间0.5mm纸圈。整个绕组增加9.0mm调整油道。 2）层式结构 层式绝缘：首层加强0.08×2，第2层与末层加强0.08×1。当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段均垫内径垫条1.0mm。 （2）低压绕组（AC5） 当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段垫内径垫条 1.0mm，所有线段之间垫0.5mm纸圈。。 当高压绕组为饼式结构时，对应高压分接段处应注意安匝平衡。 2．1．2主绝缘结构 （1）铁心圆与纸筒之间的间隙见表3；低压绕组内纸筒厚2.0mm。当

系统建模与仿真仿真作业结果

Simulink仿真 根据以上的分析论证，将已求得的个函数参数带入动态结构图中，初步得到图3动态结构图。 图3 根据理论得到的各参数设计后可得到理论设计条件下输出转速曲线图4。 图4 可以清楚地看出，输出转速有很大的超调最大可达84.1%，调整时长为2.65s 之久，这是我们所不能接受的。

速度调节器的设计参数与实际调试结果相差比较大，使系统对负载扰动引起的动态速降（升）缺乏有效的抑制能力，存在起动和制动过程中超调量大，突加（减）负载时，动态速降（升）大等缺点。 所以，我们对ACR和ASR的参数进行整定，特别是速度控制器的参数。我们就对其作出了适当的调整，将速度控制器的传递函数改成，将电流调节器的传递函数改为。当然，这是需要时间和经验的。 校正后的动态结构图如图5所示 图5 校正后的输出转速曲线如图6所示 图六

电流环跟随性能仿真实验 如上文所述：电流环的作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。这就需要我们对电流环的跟随性能加以分析。将电流环从系统中分离出来（将电枢电压对电流环影响看成是扰动）。电流环模型如图7所示： 图7 通过如下命令可以得到电流环的bode图和nyquist图以及电流环的单位阶跃响应。 [num,den]=linmod('current_loop') sys=tf(num,den) figure(1) margin(sys) [mag,phase,w]=bode(sys); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w) Figure(2) Nyquist(sys) Figure(3) Step(sys) 我们还可以得到以下的数据: gm = 4.2925 pm =47.7281 wcg =345.3056 cp =164.6317 剪切频率ωc=164.6317rad/s；相角相对裕度δ=47.7281°；-∏穿越频率ω g=345.3056rad/s 幅值相对裕度Lh=20lg（4.2925）=12.65dB

初中数学建模案例

中学数学建模论文指导 中学阶段常见的数学模型有：方程模型、不等式模型、函数模型、几何模型和统计模型等。我们也把运用数学模型解决实际问题的方法统称为应用建模。可以分五种模型来写。论文最好自己写，如果是参加竞赛的话从网上找的会被搜出来的。 一、建模论文的标准组成部分 建模论文作为一种研究性学习有意义的尝试，可以锻炼学生发现问题、解决问题的能力。一般来说，建模论文的标准组成部分由论文的标题、摘要、正文、结论、参考文献等部分组成。现就每个部分做个简要的说明。 1. 题目 题目是给评委的第一印象，所以论文的题目一定要避免指代不清，表达不明的现象。建议将论文所涉及的模型或所用的计算方式写入题目。如“用概率方法计算商场打折与返券的实惠效应”。 2. 摘要 摘要是论文中重要的组成部分。摘要应该使用简练的语言叙述论文的核心观点和主要思想。如果你有一些创新的地方，一定要在摘要中说明。进一步，必须把一些数值的结果放在摘要里面，例如：“我们的最终计算得出，对于消费者来说，打折比返券的实惠率提高了23%。”摘要应该最后书写。在论文的其他部分还没有完成之前,你不应该书写摘要。因为摘要是论文的主旨和核心内容的集中体现，只有将论文全部完成且把论文的体系罗列清楚后，才可写摘要。 摘要一般分三个部分。用三句话表述整篇论文的中心。 第一句，用什么模型，解决什么问题。 第二句，通过怎样的思路来解决问题。 第三句，最后结果怎么样。 当然，对于低年级的同学，也可以不写摘要。 3. 正文 正文是论文的核心，也是最重要的组成部分。在论文的写作中，正文应该是从“提出问题—分析问题—选择模型—建立模型—得出结论”的方式来逐渐进行的。其中，提出问题、分析问题应该是清晰简短。而选择模型和建立模型应该是目标明确、数据详实、公式合理、计算精确。在正文写作中，应尽量不要用单纯