阻抗匹配平衡变压器的仿真分析
基于MATLAB的变压器仿真 与分析
于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。
利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。
关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。
其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。
本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。
由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。
其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。
1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。
为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。
阻抗匹配平衡变压器电能质量评估计算的匝数比分析
Ｎａ ｃ ａ ｇ ｉｎ ｘ ３ ０ ７，Ｃｈ ｎ ） ｎ ｈ ｎ ，Ｊａ ｇ ｉ ０ ７ ３ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｉ ｉ ｇ ａ ｉ ｏ ｃ ｐ ｉ ｎ ｏ ｕ ｎ ｒ ｔｏ ｖ ｌ ｅ ｃ ｕ ｅ ｙ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｉｆ ｒ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｍ ａ ｃ ｉ ｇ ｂ ｌｎ ｅ ｍ ｎ ｔｍ ｓ ｎ ｅ ｔ ｆ ｔ ｒ ａ ｉ ａ ｕ ａ ｓ ｄ ｂ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌ ｆｅ ｅ ｃ ｅ ｗｅ ｎ ｉ ｅ ａ ｃ — ｔ ｈ ｎ ａ ａ ｃ ｃ ｏ ｄ ｔ ａ ｓｏ ｍ ｅ ｎ ｍ ｅ ，ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ｒｎ ｄ ，ｗｉ ｄ ｎ ｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｈ ｅ ｈ ｓ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｈ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｓｗｉｉ ｇ ｍｏ ｅ ｎ ｉ ｇ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ，ｉ ｅ ａ ｃ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｄ ｓ ｎ ｏ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｍａ ｃ ｉ ｇ ｂ ｌ ｎ ｅ ｔａ ｓ ｏ ｍｅ ．Ｉ ｉ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｔ ａ ｈ ｕ ｎ ｒ ｔ ｈ ｕ ｄ ｂ ｅ ｉ ｆ ｉ ｅ ａ ｃ — ｔｈ ｎ ａａ ｃ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｔ ｓ ｏ ｃ ｕ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｓ ｏ ｌ ｅ ｇ ｏ ｒ ｔ ｅ ｈ ｎ ４ ｎ ｈ ａ ｈ ｒ ｔ ａ ，ａ ｄ ｔ ｅ
中得 以大力推 广 。 目前 江 西 电 网 １０ｋ 牵 引变 压 １ Ｖ 器拟 将全 部采 用阻抗 匹 配平衡 变压 器 。但 是 ，由于 阻抗 匹配平衡 变压 器与 电力 系统传 统使 用 的三相 变
果 ，进而影响到电能质量评估的结论 。 目前使用 比较多的牵引变压器包括 ２０ｋ ２ Ｖ单
ｐ ｐ ｒ ａｓ ｎ ｌ ｚ ｓｉ ｐ ｃ ｆｗｒ ｎ ａ ｕ ｆｔ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｓ ｓｍｅ ｔ ｆｐ ｗｅ ｕ ｌ ｙ ｏ ｉ — ｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｓ ｂ ｔ ｔｏ ． ａ ｅ ｌｏ ａ ａｙ ｅ ｍ ａ ｔｏ ｏ ｇ ｖ ｌ ｅ ｏ ｕ ｎ ｒ ｔｏ ｏ ｓ ｅ ｓ ｎ ｏ ｒｑ ａ ｉ ｆｇ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｔ ａ ｔ ｕ ｓａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｄ ｏ
基于MATLAB的变压器仿真 与分析
于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。
利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。
关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。
其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。
本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。
由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。
其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。
1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。
为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。
阻抗匹配的研究
阻抗匹配的研究在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。
例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。
对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。
例如：差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配；1、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。
C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同；D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。
比方电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。
否则，接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图 3.2.5中C 点的电压波形一样。
阻抗匹配仿真
阻抗匹配仿真传输线仿真笔记 2By 前面已经利用 hyperlynx 工具进行源端阻抗匹配的仿真若华RS 表示芯片 CGS74CT2524M 引脚内部阻抗，当此阻抗为 0 时经过一段特征阻抗是 50 欧姆的传输线时发生较大的振铃现象。
输入源电压为 5V. 通过软件自带的终端优化工具进行匹配。
此图显示了驱动芯片阻抗 15.2 欧姆，特征阻抗为 50 欧姆（有效阻抗 43.3 欧姆）。
这也是为什么系统推荐源端串联28.1 欧姆电阻。
且靠近源端放置。
匹配之后的振铃明显减小。
这是前面已经仿真过的结果。
现在对传输线进行计算和说明。
在hyperlynx 软件里面自动对传输线的各种参数进行计算。
假设我们选择simple 类型的传输线，系统得出其等效电感和等效电容为25nH\10PF.特征阻抗为 50 欧姆，延时为 0.5ns,阻抗为 17 毫欧。
通过公式 Delay =L * C 可以计算互连线单位长度时延。
计算的结果也是 0.5ns，和软件计算结果相符。
通过公式 Z 0 =LL 1 ，其中LL , C L , υ 分别表示传输线单位长度电感值，单位长= C L C Lυ度电容值，和信号传输速度。
计算结果为 50 欧姆。
此与软件计算的特征阻抗为 50 欧姆想符合。
设置更小的格点时间。
可以发现信号从源端到负载端存在一定的时延。
大小约为 720ps。
下图 transmission line tpye 里未显示传输线的长度。
不知道此处传输线时间、长度等直接的关系如何。
下面我们修改传输线类型，对上述的说法进行验证和推敲。
平衡变压器带单相负载的Matlab仿真分析
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ｏｎ Ｍａｔｌａｂ ｏｆ Ｙ／＞／Ｄ
Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ ｗｉｔｈ Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ Ｌｏａｄ
ＴＩＡＮ Ｗｅｎ－ｊ ｕｎ， ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ—ｑｉａｎｇ，ＴＩＡＮ Ｍｉｎ－ｘｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｌ且ｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
（兰州交通大学自动化与电气学院，甘肃兰州７３００７０）
摘要：通过分析Ｙ／＞／Ｄ平衡变压器的电压电流关系，得到了负序电流和两相侧电流之间的关系；根据移相原
理，分析了Ｙ／＞／Ｄ平衡变压器带单相纯阻性负载时电感、电容和负载的匹配关系，以及负载变化对不平衡度的影
响．基于Ｍａｔｌａｂ建立了Ｙ／＞／Ｄ平衡变压器的仿真模型，并由此建立了Ｙ／＞／Ｄ平衡变压器带纯阻，｝生负载供电系
Ｙ／＞／Ｄ平衡变压器结合了李勃伦克变压器和 伍德桥变压器的优点，三相侧可接中性点，且两相侧 无电气连接，从而受到了重视和应用［２］．
Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ／ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ提供了常 用电机、变压器、电阻（电感、电容）支路等电力系统 仿真模型．尽管其没有诸如Ｙ／＞／Ｄ变压器等特殊 电力设备的模型，但因其对电力系统仿真十分有效 方便，可以通过对常用模型的改造，建立特殊模 型［３－ａ］．
０．２５
Ｏ．３
Ｉ，。
ｒｉｇ，８
图８ 变压器空载合闸时三相电流波形 Ｔｈｅ ｗａｖｄｏｒｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｏｓｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｏａｄ ｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
阻抗平衡变压器名词解释
阻抗平衡变压器名词解释
阻抗匹配平衡变压器是一种新型平衡变压器，通过调整绕组之间的阻抗匹配关系来保持各相应绕组之间的电气关系平衡，实现三相系统的平衡运行。
具体来说，它可以实现将对称三相电力系统变为二相幅值相等、彼此相位差为90°电角度的二相电力系统，或将幅值相等、彼此相位差为90°电角度的二相电力系统变换为对称三相电力系统。
阻抗匹配平衡变压器具有较好的抑制负序电流对电力系统影响、容量利用率较高等优点，已经成为我国电气化铁路牵引变压器的主要接线型式。
此外，这种变压器还可以用于三相变四相与三相变两相的不等相转换，通过调整绕组间的阻抗匹配关系，实现相应绕组电磁关系的平衡，以使三相电源系统保持平衡。
如需更多与阻抗匹配平衡变压器相关的信息，建议咨询电气专业人士或查阅相关文献资料。
阻抗匹配三相变四相变压器数学模型及应用研究
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，
（． 南 大学 电气 与信 息 工 程 学 院 ， 南 长沙 １湖 湖
４ ０ ８ ． 化 学 院 物 理 与 信 息 工 程 系 ， 南 怀 化 １０ ２ ２ 怀 ； 湖
４８０） １ ０ ８
摘 要 ： 据 阻 抗 匹 配 三 相 变 四相 平 衡 变 压 器 原 理 ， 用 多 绕 组 变 压 器 理 论 ， 立 了 阻 根 运 建
第３ ７卷 第 ６ 期
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报 （自 然 科 学 版 ）
Ｖ ｏ ． ７。 ｏ １ ３ Ｎ ．６
６月
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｈｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｎａ ｕ ａ ｃ ｅ ｃ ｓ ｏ ｙ
抗 匹配 三相 变四相平衡 变压器数 学模 型并分析 了该 变压 器在 不 同 负荷 条 件 下 的运行 特 性 ，
提 出 了该 变压 器 应 用 于 Ａ 牵 引供 电 系统 的 接 线 方 案 并 讨 论 了该 接 线 方 案 的 电 气 特 性 ． Ｔ 研 究表 明 ， 抗 匹 配 三 相 变 四 相 平 衡 变压 器 能 实现 三 相 与 四 相 交 流 电 的 平 衡 对 称 转 换 ， 抑 制 阻 在
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阻抗匹配平衡变压器的仿真分析
文章以阻抗匹配平衡变压器为研究对象，采用Matlab/Simulink软件作为仿真平台，搭建仿真模型，分析其电流不平衡度；分析负载在正常及短路状态下，三相侧的电流和二次侧电压和二次侧电流的变化情况。
标签：阻抗匹配平衡变压器；电流不平衡度；仿真分析
1 概述
我国电气化铁路由110kV及以上电压等级的系统供电，该高压系统属于大电流接地系统，随着高速、重载机车负荷的增加，要求牵引变压器向高电压、大容量发展[1]。
在此基础上，以阻抗匹配平衡变压器为研究对象，采用Matlab/Simulink软件作为仿真平台，分析其电流不平衡度，负载在正常及短路状态下，三相侧电流和二次侧电压和二次侧电流的变化情况。
2 阻抗匹配平衡变压器的仿真模型
阻抗匹配平衡变压器三相侧构成Y型联结，二次侧在三角形接线中间一相的两端，各增加一个外援支臂，其匝数为三角形绕组匝数的0.366倍，使两支臂引出端与三角形的另一结点构成两相输出电压，在相量上形成的相位差，这样就构成了三相变两相的接線方式[2]。
仿真模型如图1所示[3]。
3 阻抗匹配平衡变压器的仿真分析
3.1负载正常时的情况
当平衡变压器二次侧α相和β相分别接入对称负载时，三相侧的电流是对称的，即幅值相等且相位相差120°；二次侧α相和β相的电压和电流平衡，即幅值相等且相位相差90°[5]。
仿真结果如图3所示。
3.2负载短路时的情况
当平衡变压器二次侧α相接入的负载短路，β相接入的负载正常时，三相侧电流不对称，即幅值不相等相位相差不为120°；二次侧α相的电压为零电流很小，β相的电压电流正常。
仿真结果如图4所示。
4 结论
（1）在负载正常时，三相侧电流对称，即幅值相等相位相差120°，电流不平衡度为零，没有负序电流，二次侧电压电流平衡，即幅值相等相位相差90°；在负载发生短路时，三相侧电流含有大量的负序电流，是不对称的，电流不平衡度不为零，二次侧电压电流不平衡。
但不论哪种情况，都不存在零序电流。
（2）阻抗匹配变压器高压侧三相电流具有良好的对称性，减小了负序电流对电力系统的影响，提高了系统电能的质量。