本科毕业设计_电力机车（多绕组）变压器等效电路分析及短路阻抗计算.docVIP

trix; leakage inductance matrix; short-circuit impedance 目 录 1 绪论 1 1.1 课题背景及目的 1 1.2 国内外研究状况 2 1.3 课题研究方法 3 1.4 论文构成及研究内容 3 2 机车变压器结构 5 2.1 芯式变压器结构 5 2.2 壳式变压器结构 6 2.3 壳式变压器绕组形式及结构 7 3 机车变压器磁场描述及分析方法 9 3.1 机车变压器磁场的数学描述 9 3.2 机车变压器的分析方法 3.2.1 有限元分析 9 3.2.2 分析软件介绍 10 4 基于电感矩阵的变压器参数计算 12 4.1 电感矩阵 12 4.2 基于电感矩阵的短路电抗计算 14 4.2.1高压绕组/牵引绕组1（）短路电抗 14 4.2.2 高压绕组/牵引绕组2（）的短路电抗 18 4.2.3 高压绕组/辅助绕组（）短路电抗 18 4.2.4 高压绕组/牵引绕组1-2串联（）的短路电抗 21 4.2.5牵引绕组2/牵引绕组1（）的短路电抗 25 4.2.6 牵引绕组1/辅助绕组（）的短路电抗 26 4.2.7 牵引绕组2/辅助绕组（）的短路电抗 28 4.2.8 牵引绕组1-2串联/辅助绕组（）的短路电抗 30 4.3 基于ANASYS软件的短路电抗验证计算 32 5 基于多绕组漏电感系数矩阵的绕组短路电抗计算 35 5.1 漏电感系数矩阵 35 5.2 电磁关系 35 5.3 等效变换 35 5.4 阻抗（导纳）矩阵 37 5.5 短路阻抗 39 5.6 按1匝给出电感矩阵时的短路电抗计算 39 5.7 基于Matlab软件的短路电抗验证计算 40 6 结论 44 参考文献 46 致谢 48 1 绪论 1.1 课题背景及目的 在经济飞速发展的廿一世纪，世界铁路正处于一个良好的发展时期，主要体现在世界各国在铁路基础设施建设上的投资日益增大，各发达国家尤其是发展中国家日趋重视铁路建设在本国区域经济中发挥的拉动力作用[1]。国外高速铁路日趋干线化、网络化、国际化，我国高速铁路建设正进入迅猛的大发展时期，与原有铁路建设相比，目前铁路建设要求承担速度高，密度大，负荷重的重任，且对综合自动化的要求更高。电气化铁路对供电能力提出了新的要求，要求对牵引供电方式加以优化以取得最佳技术经济效果[2]。作为机车供电系统的枢纽，机车牵引变压器负责将25Kv电压转换为1658V高压供给牵引，400V低压供给照明等机车生活用电。机车牵引变压器的发展影响着电气化铁路的发展，机车主变压器设计制造的进步，都将给予后者强劲的活力[1]。 电力机车的核心在于牵引变压器，机车牵引电机和车载辅助电气设备的运行依赖于其从电网传递的能量，机车的安全、稳定、高效运行要求其具有良好的特性。我国建设铁路的时间较早，但对机车变压器的研究起步较晚，采用的研究手段也较为落后。早期研究主要依赖于借鉴国外先进技术，设计工作也主要依赖于以往的经验，随着高速铁路时代的来临和计算机的普及，在有利的软件环境和硬件环境下，变压器的设计越来越智能化、规划范。目前对机车牵引变压器的要求主要包括体积小、重量轻、容量大，设计工作面临新的困难。 电力机车变压器通常为单相多绕组结构，为减小低压绕组间的相互影响、提高可靠性，高、低压绕组之间常采用分裂式结构，即一般高压侧有几个绕组并联，每个高压绕组有一个与之耦合的低压绕组单独工作。因此，如何获得其参数、推导其等效电路、分析其运行特性等十分必要。同时，由于这些多绕组变压器的特殊结构，采用适当的等效电路来分析其稳态和不同负载和短路条件下的动态性能是必要的。 作为多电气端口电路，多绕组变压器的励磁阻抗、短路阻抗和各绕组之间的耦合度均是较为值得关注的参数，特别是当一次侧或二次侧绕组由多个支路并联时，由于并联支路电流分配未知，采用电压、电流参数计算短路阻抗较为困难。本课题基于电力机车多绕组变压器的电感矩阵，对高压绕组与牵引绕组、高压绕组与辅助绕组、牵引绕组1与牵引绕组2、牵引绕组与辅助绕组之间的短路电抗进行计算，获得电力机车变压器的等效电路，并通过等效电路对其进行短路特性进行分析。 1.2 国内外研究状况 关于电力机车牵引变压器的专门论述较少，但电力机车变压器的工作原理与普通多绕组电力变压器并无太大差别，因此许多关于多绕组电力变压器的论述对本课题是适用的。 针对三相分裂双绕组变压器的漏抗，一些文献利用求解电流分布系数计算其漏电抗，从对多绕组牵引变压器的漏电抗的分析的角度看来，这种电流分布计算是有益的[3,4]。变压器可三绕组同时运行（此时的阻抗为两绕组运行阻抗，与双绕组变压器阻抗类同），亦可任意两绕组运行（此时的阻抗为联合运行阻抗，与双绕组变