Особенности моделирования трансформаторных схем
При моделировании трансформаторных схем возможны три варианта модели.
1 - упрощенная модель, с цепью источника, приведенной к вторичной
стороне трансформатора (рис. 3.16). При этом использовать блок трансформатора
вообще не требуется.

Рис. 3.16. Упрощенная однофазная модель, с цепью источника приведенной
к вторичной стороне трансформатора.
В однофазных схемах используется блок источника переменного напряжения
“AC Voltage Source” (рис. 3.16), в параметрах которого указывается номинальная
амплитуда и частота ЭДС вторичной стороны. Сопротивление и индуктивность
рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяются
согласно (1.2), (1.3) и учитываются в блоке последовательной RLC-цепи
“Series RLC Branch” (рис. 3.16).
Если моделируется однофазный выпрямитель со средней точкой, то каждая
вторичная обмотка заменяется моделью, приведенной на рисунке 3.16, а
“конец” одной обмотки соединяется с “началом” второй и с выводом нагрузки,
например посредством соединителя “Bus Bar (thin horiz)” из библиотеки
“SimPowerSystems\Connectors\”.
В трехфазных схемах достаточно использовать блок трехфазного источника
напряжения 3-Phase Source, в параметрах которого указывается номинальное
действующее значение линейного напряжения и частота ЭДС вторичной стороны.
Сопротивление и индуктивность рассеяния одной фазы трехфазного трансформатора,
приведенные к одной фазе вторичной обмотки, определяются согласно (1.2),
(1.3) и учитываются также в блоке трехфазного источника напряжения 3-Phase
Source.
Недостаток такой модели – невозможность непосредственного измерения
электромагнитных и энергетических параметров первичной стороны.
2 – модель с “идеальным” трансформатором (рис. 3.17). В этом случае
в блоке линейного трансформатора “Linear Transformer” задаются только
номинальная мощность и частота трансформатора, номинальные действующие
значения напряжений первичной и вторичной сторон. Приведенное сопротивление
первичной цепи R1 задается очень малым, например - 1e-5, но отличным
от нуля. Остальные приведенные параметры обмоток задаются равными нулю.
В параметрах цепи намагничивания - сопротивление Rm задается очень большим,
например - 1e5, Lm = inf (см. рис. 3.17).
В блоке первичного источника переменного напряжения “AC Voltage Source”
задаются его реальные номинальные параметры.

Рис. 3.17. Модель с “идеальным” трансформатором.
Реальные абсолютные значения резистивных сопротивлений и индуктивностей
рассеяния первичной и вторичной обмоток определяются согласно (1.4)
и учитываются в соответствующих блоках “Series RLC Branch”.
В модели однофазного выпрямителя со средней точкой параметры третьей
обмотки задаются также как второй.
В трехфазных схемах параметры “идеального” трехфазного трансформатора
задаются по аналогии. Реальные сопротивления и индуктивности рассеяния
одной фазы трехфазного трансформатора определяются согласно (1.4) и
учитываются на первичной стороне в блоке трехфазного источника напряжения
“3-Phase Source”, на вторичной стороне в блоке последовательной трехфазной
RLC-цепи “3-Phase Series RLC Branch”.
Если параметры схемы замещения определены по результатам полного расчета
или по данным реального трансформатора, то соответствующие абсолютные
значения параметров обмоток заносятся в соответствующие блоки “Series
RLC Branch” (“3-Phase Series RLC Branch”) или “3-Phase Source”.
3 – стандартная модель с “реальным” трансформатором.
Если параметры схемы замещения определены по результатам полного расчета
или по данным реального трансформатора, то соответствующие абсолютные
значения параметров обмоток необходимо привести к базовым величинам
[27, 28, 31]. Программа m-файла для расчета приведенных параметров схемы
замещения трансформатора (в MATLAB\SimPowerSystems), по данным опытов
холостого хода и короткого замыкания или по паспортным данным на трансформатор,
приведена на рис. 3.18. В программе (рис. 3.18) параметр kf определяется
числом фаз трансформатора и учитывает, что параметры приводятся к фазным
базовым величинам. Для однофазных схем kf = 1, для трехфазных kf = 3.

Рис. 3.18. Программа расчета приведенных параметров схемы замещения
трансформатора (в MATLAB\SimPowerSystems) по данным опытов холостого
хода и короткого замыкания.
Для примера рисунка 3.18 получим следующие результаты:
= 98,776 (Ом),
= 7,274 (Ом),
= 5378 (Ом),
496 (Ом),
= 54,44 ,
5, R1 = 2,424 (Ом), X1 = 2,581
(Ом), R2 = 0,1785 (Ом), X2 = 0,19 (Ом),
=0,0245,
= 0,0261.
Независимо, какой из трех вариантов моделей используется, при правильном
определении и задании параметров трансформатора результаты моделирования
должны быть практически идентичны.
3.2.6. Измерительные устройства Measurements
Пиктограммы блоков для выполнения измерительных и контрольных функций
расположены в разделе Measurements (рис. 3.19) библиотеки SimPowerSystems.

Рис. 3.19. Окно с пиктограммами измерительных блоков Measurements.
Измеритель напряжения Voltage Measurement
Пиктограмма измерителя напряжения:

Назначение – измеряет мгновенное значение напряжения между двумя узлами
цепи. Выходной сигнал блока (выход v) может использоваться любым Simulink-блоком.
Параметры блока:
Output signal – выходной сигнал. Выбор значения параметра возможен
только тогда, когда с помощью блока Powergui установлен режим расчета
на переменном токе (Phasor simulation). В этом случае значение параметра
выбирается из списка:
- Magnitude – амплитуда (скалярный сигнал);
- Complex – комплексный сигнал;
- Real-Image – вектор, состоящий из двух элементов – действительной
и мнимой составляющих сигнала;
- Magnitude Angle – вектор, состоящий из двух элементов – амплитуды
и аргумента сигнала.
Измеритель тока Current Measurement
Пиктограмма измерителя тока:

Назначение – измеряет мгновенное значение тока, протекающего через
соединительную линию (провод). Выходной сигнал блока (выход i) может
использоваться любым Simulink-блоком. Параметры блока аналогичны измерителю
напряжения “Voltage Measurement”.
Мультиметр Multimeter
Пиктограмма мультиметра:

Назначение – измеряет токи и напряжения блоков библиотеки SimPowerSystems,
для которых в их окне настройки устанавливается параметр Measurements
(измеряемые переменные).
Параметры блока:
Available Measurements – переменные (в левом окне), доступные для
измерения. Это токи и напряжения блоков схемы, в которых в окне настройки
параметров блока установлен параметр Measurements. Обновление списка
переменных можно выполнить с помощью клавиши Update, но предварительно
надо внести изменения в окна настройки параметров блока.
Selected Measurements – измеряемые переменные (в правом окне). Указываются
переменные, которые будут передаваться на выход блока “Multimeter”.
Для управления списком измеряемых переменных можно использовать следующие
клавиши, расположенные между окнами:
- >> – добавить выделенную переменную в правый список;
- Up – передвинуть вверх выделенную переменную в правом списке;
- Down – передвинуть вниз выделенную переменную в правом списке;
- Remove – удалить выделенную переменную из правого списка;
- “+/-” – изменить знак выделенной переменной.
Plot selected measurements – построить временные диаграммы выделенных
переменных (при установленной в круглом окошке точке).
Output type – тип выходного сигнала. Выбор значения параметра возможен
только тогда, когда с помощью блока Powergui установлен режим расчета
на переменном токе (Phasor simulation) (см. аналогично измерителю напряжения).
Блок “Multimeter” может использоваться для измерения напряжений и
токов вместо обычных измерителей - Voltage Measurement и Current Measurement.
Выходным сигналом блока является вектор всех сигналов выбранных в разделе
“Selected Measurements”. В перечень блоков, в окне настройки параметров
которых имеется графа Measurements, входят, в частности, Current Source,
Voltage Source, Controlled Current Source, Controlled Voltage Source,
Linear Transformer, Saturable Transformer, Three-Phase Transformer (Two
and Three Windings), Series RLC Branch, Parallel RLC Branch, Three-Phase
Branch и т.д.
Измеритель полного сопротивления Impedance Measurement
Пиктограмма измерителя полного сопротивления:

Назначение – выполняет измерение зависимости модуля и аргумента полного
комплексного сопротивления (импеданса) участка электрической цепи в
функции частоты.
Параметры блока:
Multiplication factor – масштабный коэффициент. Значение параметра,
отличающееся от 1, может использоваться для соответствующего увеличения
или уменьшения измеряемого значения. Например, при измерении полного
сопротивления между двумя фазами значение параметра можно установить
равным 0,5. В результате будет получено значение полного сопротивления
только одной фазы.
Для отображения зависимости импеданса от частоты необходимо установить
в модели блок “Powergui”, при этом запускать процесс моделирования (simulation)
не требуется. Открыв окно диалога блока “Powergui”, следует нажать кнопку
“Impedance vs Frequency Measurement” и в новом открывшемся окне нажать
кнопку “Display”. В итоге, в окне будут отображены зависимости модуля
и аргумента полного сопротивления от частоты.
При использовании измерителя полного сопротивления следует иметь в
виду, что этот блок выполнен на основе источника тока и не может быть
включен последовательно с индуктивными элементами. Для устранения этого
ограничения следует шунтировать блок резистором с достаточно большим
сопротивлением. Величину сопротивления следует выбирать такой, чтобы
свойства схемы значительно не изменялись.