【正文】 ................................................................ 36 致 謝 ............................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 20 世紀(jì) 20 年代飛機(jī)開始載運(yùn)乘客， 60 年代以來，世界上出現(xiàn)了一些大型運(yùn)輸機(jī)和超音速運(yùn)輸機(jī)，著名的有前蘇聯(lián)生產(chǎn)的安－ 2伊爾－ 76；美國生產(chǎn)的 C－ 14 C－ 5A、波音－747；法國的空中客車等。飛機(jī)上的其他能源統(tǒng)稱為二次能源。近年來，如波音公司 B787等新型飛機(jī)已經(jīng)使用了大量的電能作為二次能源，這也印證了機(jī)上電能具有廣闊的應(yīng)用前景。 低壓直流電源是飛機(jī)最早采用的電源，在二戰(zhàn)期間趨于成熟。常用蓄電池作為應(yīng)急電源。50 年代為第一階段，采用差動(dòng)液壓恒速傳動(dòng)裝置。 目前它是應(yīng)用最為廣泛的一種飛機(jī)電源系統(tǒng)。此后 40年來變速恒頻電源有了迅速的發(fā)展，成為了新型飛機(jī)電源發(fā)展的方向。因此 270V直流電源系統(tǒng)也將是今后飛機(jī)電源的發(fā)展方向之一。電源系統(tǒng)按其用途可以分為主電源、二次電源和應(yīng)急電源，有時(shí)還包括輔助電源。飛機(jī)發(fā)電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類。 在飛機(jī)供電系統(tǒng)中，通常每臺(tái)發(fā)電機(jī)都有電壓調(diào)節(jié)器（簡稱調(diào)壓器）配套工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié) 。 （ 4）當(dāng)并聯(lián)交流供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，快速地增強(qiáng)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，發(fā)揮 “強(qiáng)行勵(lì)磁 ”的作用，提高同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 Simulink 是 MATLAB 提供的一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析 的軟件包。電氣系統(tǒng)模塊庫以 Simlink 為運(yùn)行環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。 （ 3） 電力電子模塊庫：包括二極管、晶閘管、 GTO、 MOSFET、和理想開關(guān)等。 （ 6） 測(cè)量模塊庫：包括電流和電壓測(cè)量 。在運(yùn)行中，電壓的變化是隨機(jī)的，迅速的，不可能實(shí)現(xiàn)人工調(diào)節(jié)。 論文主要內(nèi)容 本文在查閱 、比較國內(nèi)大量 資料和理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上， 采用了近年來教學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，使用最為廣泛 的 Simulink，通過詳細(xì)分析系統(tǒng)元件（如發(fā)電機(jī)、調(diào)壓器）的工作原理， 對(duì)電磁式無刷交流發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的建模與仿真工作。 在推導(dǎo)出同步電機(jī)狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上，先后建立了同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、 Simulink 模型和 PSB 模型。并在第二章內(nèi)容的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行了整體建模。對(duì)本文所做的工作進(jìn)行了概括 。主發(fā)電機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，交流勵(lì)磁機(jī)是 旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)，副勵(lì)磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁極式的永磁同步發(fā)電機(jī)。 其原理如圖 所示。第二 級(jí)為主發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子上而電樞繞組在定子上。 勵(lì) 磁 機(jī)主 發(fā) 電 機(jī)轉(zhuǎn)子定子旋 轉(zhuǎn)整 流 器 圖 兩級(jí)式無刷勵(lì)磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 建立同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通常假定 電機(jī)為理想電機(jī)，即： （ 1）電機(jī)磁鐵部分的磁導(dǎo)率為常數(shù)，即忽略掉磁滯、磁飽和的影響，也不計(jì)渦流及集膚作用等的影響。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 8 （ 4）定子及轉(zhuǎn)子的槽及通風(fēng)溝等不影響電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子的電感，即認(rèn)為電機(jī)的定子及轉(zhuǎn)子具有光滑的表面。 可把式（ 21）與式（ 22）合并，寫成矩陣形式的 abc 坐標(biāo)下的電壓方程，即： 0 0 0 0 0 i0 0 0 0 0 i0 0 0 0 0 i=p0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0a a a ab b b bc c c cf f f fD D D DQ Q Q Qururu r iu r iu r i??????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 23） 二、繞組磁鏈方程 ： 寫成矩陣形式為： afQaf=a a a b a c a f a D a Q ab a b b b b c b f b D b Q bc c a c b c c c F c D c Q cf fa fb fc ff fD fD D D b D c D f D D D Q DQ Q a Q b Q c Q Q D Q Q QL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L i??????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 9 1 1 ( 3 3 ) 1 2 ( 3 3 )2 1 ( 3 3 ) 2 2 ( 3 3 )i= abcfD QLLL L i? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 24） 可簡寫成 66=L i? ?（ ） （ 25） 式（ 24）中 L11 為定子繞組的自感和互感； L22 為轉(zhuǎn)子繞組的自感和互感；而 L12 和 L21 為定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組相互間的互感。當(dāng)轉(zhuǎn)子 d 軸與 a 軸重合時(shí)，相應(yīng)的磁阻最小，（ ia）產(chǎn)生的 a 相磁鏈 Ψa 達(dá)最大值，亦即當(dāng) θa=00和 θa=1800時(shí)， Laa達(dá)最大值。 由于 a、 b 繞組在空間互差 1200，故（ ib） 0 時(shí)， Ψa0，即 Lab0 恒為負(fù)值。當(dāng) θa=00時(shí)， a 繞組與 f 繞組的互感為正的最大值；當(dāng) θa=1800時(shí)，該互感為負(fù)的最大值。 OY， 坐標(biāo)系 c o s c o s c o s s i n39。為了保證可逆變換，加入 0 坐標(biāo) ? ?0 1= + +3 a b cf f f f 由以上平面旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換公式可得： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 13 ? ? ? ? ? ?0c os c os c os2= c os + 2 c os + 2 c os + 231 2 1 2 1 2c os c os c os2 = si n si n si n =31 2 1 2 1 2d a b c aq a b c bca b c a aa b c b bccfffff C fff? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? c o s c o s c o s2= s in s in s in31 2 1 2 1 2a b ca b cC? ? ?? ? ??????? （ 215） 如圖 所示。 2，磁鏈方程 d d f0 0 0f0 0 00 0 0 00 0 0 0 0=0 0 00 0 00 0 0 0Ddq q Q qf f R fD D R D DQ Q Q QL M M iL M iLiM L M iM M L iM L i???????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 233） 3， 轉(zhuǎn)矩方程 * * q* q* *=e d dT i i?? （ 234） 數(shù)學(xué)模型 綜上所述 ，在忽略了電機(jī)的飽和、磁滯等因素之后，同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以用如下的兩組派克方程表示 ： 磁鏈方程： d d f0 0 0f0 0 00 0 0 00 0 0 0 0=0 0 00 0 00 0 0 0Ddq q Q qf f R fD D R D DQ Q Q QL M M iL M iLiM L M iM M L iM L i???????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 電壓方程： 0 0 0p r +d d q dq q d qf f f fD D D DQ Q Q Quiu p r iu p r iu p r iu p r iu p r i? ? ?? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 轉(zhuǎn)矩可表達(dá)為： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 18 ? ?d3= i 2e p d q qT p i?? 同步電機(jī)的 Simulink 模型 在 MATLAB/Simulink 中， 中推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型可以用如圖 所示的 Simulink 模型來表示。加上了 dq 變換和 dq 反變換后，模型的輸入量就變成了 Ua、 Ub、 Uc、 ω,而輸出變量則變?yōu)榱?ia、ib、 ic、 if。 U d q 01abc _ to _ dq 0T r a n s f o r m a t i o nabcs i n _ co sdq 0c o ss i nT h e t a2U a b c1 圖 dq變換部分 i a b c1dq 0 _ to _ abcT r a n s f o r m a t i o ndq 0s i n _ co sabcc o ss i nT h e t a2i d q 01 圖 dq反變換部分 同步電機(jī)的 PSB模型 PSB 中的電壓 /電流檢測(cè)模塊和 受控電壓源 /電流源是溝通 Simulink 模型和 PSB 模型的橋梁。 3 號(hào)輸入端是電機(jī)轉(zhuǎn)速的給定，由拖運(yùn)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)決定； 3 輸出端分別是電機(jī)三相電流、電壓 和轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)端，這幾個(gè)都是 Simulink 端，可以與 Simulink 模型相連接。其阻值為 10Ω，對(duì)模型的影響是可以忽略的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 21 T h e t a2w11s2 * pi1 / 30n1 圖 ωTheta模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 為三相電流源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 電磁式 無刷 交流發(fā) 電機(jī)的 PSB模型 三級(jí)無刷交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)均為電勵(lì)磁式同步電機(jī)， 應(yīng)用上面得到的同步電機(jī) PSB 模型，與 MATLAB 提供的三相整流橋相連，就形成了無刷勵(lì)磁同步電機(jī)的 PSB 模型。 本章小結(jié) 本章先 簡單介紹了三級(jí)無刷交流發(fā)電機(jī)和二級(jí)無刷交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理， 建立了同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，用派克變換推導(dǎo)出其狀態(tài)方程 ，接下來對(duì)其進(jìn)行了 Simulink 建模和 PSB建模。 系統(tǒng)由調(diào)壓器和發(fā)電機(jī)組成，發(fā) 電機(jī)是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)壓器是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器。電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)反映被調(diào)節(jié)量（調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓），并輸出至比較環(huán)節(jié)，與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓偏離給定值時(shí)，比較環(huán)節(jié)輸出偏差信號(hào)，此偏差信號(hào)經(jīng) PI 調(diào)