【正文】 同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式絕大多數(shù)是并聯(lián)運(yùn)行，并網(wǎng)發(fā)電的，同步并聯(lián)的方法可分為準(zhǔn)同步和自同步兩種。下面介紹不同發(fā)電機(jī)的原理圖 513 所示，其中 Ea 為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，R a 為電樞繞組電阻，Ia 為電樞電流， I 為負(fù)載電流，I f 為勵(lì)磁電流，R f 為勵(lì)磁電阻，R L 為負(fù)載電阻。根據(jù)以上對(duì)同步發(fā)電機(jī)兩相負(fù)載短路有阻尼與無(wú)阻尼的對(duì)比，得到下表 52：表 52 兩相負(fù)載短路分析結(jié)果 幅 值 變 化 響 應(yīng) 快 慢 對(duì)比項(xiàng)選項(xiàng) 有阻尼 無(wú)阻尼 有阻尼 無(wú)阻尼定子電流（I d） 變化大 變化小 慢 快定子交軸電流（I q） 變化大 變化小 慢 快轉(zhuǎn)子電流（I fd） 變化大 變化小 慢 快 原因：如三相短路所訴。.2。 ③電樞電流的非周期性分量 IA 的衰減由定子繞組本身的電阻引起。同時(shí)電樞繞組產(chǎn)生一組對(duì)稱三相周期性交變電流,并在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) Fa。發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)如下： 111110。（3） 直流電動(dòng)機(jī)如圖 。 （a）空載特性 （b）調(diào)整特性 （c）外特性圖 直流電動(dòng)機(jī)仿真結(jié)果空載特性：不同勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)，空載特性基本相同，以他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)為例。（2） 異步電動(dòng)機(jī)：直接啟動(dòng)如圖 。四、運(yùn)行特性仿真王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)22編寫仿真特性代碼，根據(jù)各電機(jī)的特性及其數(shù)學(xué)或者物理模型，以及相關(guān)參考書，分析編寫運(yùn)行特性微分方程的 M—函數(shù)程序代碼，或者建立模型，然后進(jìn)行仿真，分析波形是否正確，若不正確檢查錯(cuò)誤，直到正確為止。Box 功能是控制坐標(biāo)軸屬性是否閉合；Color 功能是控制仿真界面的顏色，目的使整體美觀，層次分明，波形突出。彈出菜單 1 與 2 相互配合作用，即如圖中的框一與框二。點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕進(jìn)入各個(gè)運(yùn)行特性仿真界面。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)特性的仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)有阻尼與無(wú)阻尼情況的選擇，并且對(duì)共有的波形進(jìn)行對(duì)比。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17第四章 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)思路與框圖本論文主要是對(duì)三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真，通過(guò)設(shè)計(jì) GUI 來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程。 (39。39。dfdfftVi???華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 154） （31139。所有線圈的電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程聯(lián)立，即為電機(jī)的基本方程。 從觀察者的角度來(lái)說(shuō)，我們的觀察點(diǎn)已經(jīng)從定子轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子上去，我們不再關(guān)心定子三個(gè)繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是關(guān)心這個(gè)等效之后的直軸和交軸所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)了。 坐標(biāo)系統(tǒng)的變換為簡(jiǎn)化計(jì)算而作的純數(shù)學(xué)變換，如經(jīng)典派克變換即在一定的正方向規(guī)定下定子電流的 dqo 分量與abc 分量之間的關(guān)系為同步電機(jī) 電路方程分為基本方程和導(dǎo)出模型兩類，其復(fù)雜 程度由模型階次、求解問(wèn)題要求和假設(shè)條件所決定。為便于用戶能夠快速構(gòu)建自己所需的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，Simulink 提供了大量以圖形方式給出的內(nèi)置系統(tǒng)模塊，使用這些內(nèi)置模塊可以快速方便地設(shè)計(jì)特定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。從建模角度將，這既適用于自上而下（Topdown ）的設(shè)計(jì)流程（概念、功能、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、直至器件） ，又適于自下而上（Bottomup）逆程設(shè)計(jì)。用戶可能并不了解新接口的具體含義及操作方法，但他完全可以根據(jù)熟悉標(biāo)志作出正確猜測(cè)，自學(xué)入門。GUI 的設(shè)計(jì)原則：（1）簡(jiǎn)單性設(shè)計(jì)接口時(shí)，應(yīng)力求簡(jiǎn)潔、直接、清晰地體現(xiàn)出接口的功能和特征。圖形用戶接口（GUI）是由圖形對(duì)象構(gòu)建的用戶接口，在該接口上，用戶可以根據(jù)接口上的提示信息完成自己的工作。 AU?BC?II?ACB 2k第一步：列出邊界條件： (28)20ABCkIIU???????? 第二步：利用對(duì)稱分量法求各序電流和電壓 (29)22220 31()111333000kAABBBC jIIIII????? ??????????????????????????????????????圖 兩相間短路簡(jiǎn)圖王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)10因此 （2203AkIjI?????????10）由于 ，所以 ，根據(jù) 可求出正、負(fù)序電壓為：0AI??0AU??BCU?? （2221133AABBAC???????? ?????? ??????????11）第三步：作出各序等效電路，并根據(jù)上兩式作出同步發(fā)電機(jī)相間短路時(shí)的等效電路，如圖 所示。 三、分析同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行的基本方法－對(duì)稱分量法分析同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行的基本方法是對(duì)稱分量法，即將發(fā)電機(jī)不對(duì)稱的三相電壓、電流分解為正序、負(fù)序和零序分量，然后分別研究各相序電流所產(chǎn)生的效果，再將它們迭加起來(lái)，就得到實(shí)際的不對(duì)稱相電流和相電壓。作相量圖時(shí)，與 的夾角為負(fù)載功率因子角 j，X s 為已知量，根據(jù)方程式求得 。電樞反應(yīng)磁場(chǎng)還與負(fù)載情況有關(guān)。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因子為常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓 U 與負(fù)載電流 I 之間的關(guān)系，調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)載功率因子為常數(shù)時(shí),勵(lì)磁電流 If 與負(fù)載電流 I 之間的關(guān)系。反映空載電動(dòng)勢(shì) E0 與勵(lì)磁電流 If 關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。fd39。kq239。 同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示同步電機(jī)的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機(jī)械量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。 本論文的主要內(nèi)容本論文主要是針對(duì)三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性仿真問(wèn)題進(jìn)行論述。比如，無(wú)錫電機(jī)廠、汾西機(jī)械廠、柳州電機(jī)廠引進(jìn)了德國(guó)西門子公司 1FC1FC6 系列無(wú)刷發(fā)電機(jī)，蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱蘭電）引進(jìn)了德國(guó) AEG 公司 DKBH 系列船用、陸用無(wú)刷發(fā)電機(jī)，福州發(fā)電設(shè)備廠引進(jìn)了美國(guó)麥格乃泰克公司無(wú)刷發(fā)電機(jī)制造技術(shù)等等。移動(dòng)電站對(duì)國(guó)防設(shè)施、工程建設(shè)、海上石油平臺(tái)、陸上電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)、野外勘探等也是不可缺少的關(guān)鍵裝備之一。整體凸極迭片式轉(zhuǎn)子也是國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)子的磁極與磁扼為一體，勵(lì)磁繞組用繞線機(jī)直接繞在極身上，然后整體浸漬，成為一個(gè)堅(jiān)固的轉(zhuǎn)子。的瞬間進(jìn)行合閘并聯(lián)，兩者即可自動(dòng)牽入同步運(yùn)行。但是，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以前，一般說(shuō)來(lái)它們的頻率與電壓的大小和相位是不會(huì)完全相同的。大容量水輪發(fā)電機(jī)中，此力可高達(dá)四、五十兆牛（約相當(dāng)于四、五千噸物體的重力） ，所以這種推力軸承的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和安裝要求都很高。磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組。因此，當(dāng)電機(jī)尺寸增大時(shí)（受材料限制，增大電機(jī)容量就得加大其尺寸） ，電機(jī)每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會(huì)增加，電機(jī)的溫升將會(huì)提高。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強(qiáng)度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵(lì)磁繞組。 同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和分類 同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)按其轉(zhuǎn)速分為高速和低（中）速兩種。同步發(fā)電機(jī)突然短路的暫態(tài)過(guò)程所產(chǎn)生的沖擊電流可能達(dá)到額定電流的十幾倍，對(duì)電機(jī)本身和相關(guān)的電氣設(shè)備都可能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此對(duì)同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的研究歷來(lái)是電力系統(tǒng)中的重要課題之一。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的能量提供者，是電力系統(tǒng)中最重要和最復(fù)雜的元件，由多個(gè)具有電磁耦合關(guān)系的繞組構(gòu)成。交流電是有頻率周期的，交流電的大小方向隨時(shí)間變化。為適應(yīng)高速、高功率要求，高速同步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子，二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)。護(hù)環(huán)是由高強(qiáng)度合金制成的厚壁圓筒，用以保護(hù)勵(lì)磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出；中心環(huán)用以防止繞組端部的軸向移動(dòng)，并支撐護(hù)環(huán)。由于轉(zhuǎn)速較低，一般都采用對(duì)材料和制造工藝要求較低的凸極式轉(zhuǎn)子。 ② 臥式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由主磁極、磁軛、勵(lì)磁繞組、集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸等組成。 同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式 同步發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)是并聯(lián)運(yùn)行，并網(wǎng)發(fā)電的。而通過(guò)調(diào)節(jié)各發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，可以改變各發(fā)電機(jī)無(wú)功功率分配和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓。 國(guó)內(nèi)外中小型發(fā)電機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外中小型發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀國(guó)外中小型發(fā)電機(jī) F 級(jí)絕緣已被廣泛采用， H 級(jí)絕緣經(jīng)常使用或與 F 級(jí)混用，溫升按 F 級(jí)考核。無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)其穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率已普遍達(dá)到士 %~士%，瞬態(tài)電壓調(diào)整率一般在 12%~20%以內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間一般在以內(nèi)，普遍采用一種特殊形狀的高壓內(nèi)用全阻尼繞組，并有無(wú)功補(bǔ)償裝置。在這段時(shí)間還開發(fā)了 ST系列有刷單相同步發(fā)電機(jī)，此系列電機(jī)出口量較大。 滿足各行業(yè)的需求，應(yīng)改變同步電機(jī)品種規(guī)格少、派生及專用產(chǎn)品少的現(xiàn)象，同步發(fā)電機(jī)的開發(fā)和發(fā)展應(yīng)考慮到新能源開發(fā)、船舶、運(yùn)輸、石油化工等的發(fā)展需要以及技術(shù)發(fā)展的潮流。最后對(duì)該仿真設(shè)計(jì)具體框圖，構(gòu)建的過(guò)程進(jìn)行介紹，最終得到框圖實(shí)形。由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割活動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱交變電勢(shì)。kqR139。kdR+39。（1）空載特性 　發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行。②空載特性結(jié)合短路特性(在后面介紹 )可以求取同步電抗的不飽和值。當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，稱電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。 0asEU????對(duì)凸極電機(jī)來(lái)說(shuō)： 。0dEUjXIj???0E?相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個(gè)相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對(duì)于分析和計(jì)算同步電機(jī)的許多問(wèn)題有較大的幫助作用。 （22101133AAkBCkIII??????????????????????????2）第三步：根據(jù)上兩式作出同步發(fā)電機(jī)單相對(duì)中點(diǎn)短路的等效電路。從傳統(tǒng)的命令輸入格式發(fā)展為圖形用戶的交互方式。其中用戶接口控件能夠創(chuàng)建各種常見(jiàn)控件，如按鈕、列表框、編輯框等；下拉菜單對(duì)象能夠創(chuàng)建各種菜單和子菜單；內(nèi)容菜單對(duì)象能夠創(chuàng)建內(nèi)容式菜單，如彈出式菜單等。這是因?yàn)橛脩粼诔醮问褂眯陆涌跁r(shí)，總習(xí)慣于憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試探。它可以處理的系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。Simulink 是基于 MATLAB 環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級(jí)防止內(nèi)設(shè)計(jì)平臺(tái)，因此啟動(dòng)Simulink 之前必須首先運(yùn)行 MATLAB，然后才能啟動(dòng) Simulink 并建立系統(tǒng)模型。所以針對(duì)對(duì)稱與不對(duì)稱運(yùn)行選擇不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。 關(guān)于 park 變換： 從數(shù)學(xué)意義上講，park 變換沒(méi)有什么，只是一個(gè)坐標(biāo)變換而已，從 abc 坐標(biāo)變換到dq0 坐標(biāo)，ua ，ub，uc ，ia，ib，ic，磁鏈 a，磁鏈 b，磁鏈 c 這些量都變換到 dq0 坐標(biāo)中，如果有需要可以逆變換回來(lái)。因而可以應(yīng)用迭加原理,即任何一個(gè)線圈中的電流單獨(dú)建立一個(gè)磁通勢(shì)，并產(chǎn)生一個(gè)磁通分量。其電路方程為： （3ddsqRtVi?????2） （3dqsqRti3） （339。39。39。 坐標(biāo)0dq?針對(duì) d、q、O 系統(tǒng)及 a、 、O 系統(tǒng)在電機(jī)理論分析中的優(yōu)點(diǎn)及不足，綜合提出了一?種“旋轉(zhuǎn) 靜止” 坐標(biāo)系統(tǒng)，即 d、q、 _0 系統(tǒng)，本系統(tǒng)模型具備前兩種系統(tǒng)模型的優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)電感系數(shù)為常數(shù)，不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)則約束條件簡(jiǎn)單，因此更能反映電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，在電機(jī)的仿真計(jì)算中尤為有效。（4）選擇實(shí)驗(yàn)特性后，通過(guò)按鈕可以打開實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的仿真模型并運(yùn)行。具體代碼見(jiàn)附錄 C。對(duì)于 simulink 建模的直接進(jìn)入 Modle 文件?？丶顺鲫P(guān)閉仿真界面。控件退出功能關(guān)閉該仿真界面。 （a）無(wú)阻尼 （b）有阻尼華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23圖 繞組短路、定子突加對(duì)稱電壓仿真結(jié)果負(fù)載兩相短路如圖 。機(jī)械特性：轉(zhuǎn)速 n（或者轉(zhuǎn)差率 s）與電磁轉(zhuǎn)矩 T 的關(guān)系，呈非線性。并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流比他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)多一個(gè)很小的勵(lì)磁電流，則相對(duì)并勵(lì)比他勵(lì)偏上。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27第五章 實(shí)例仿真分析 同步發(fā)電機(jī)仿真實(shí)例 三相突然短路同步電機(jī)的突然三相短路，是電力系統(tǒng)的最嚴(yán)重的故障，它是人們最為關(guān)心、研究最多的過(guò)渡過(guò)程。11。因?yàn)殡姌须娏?Ia 快速衰減，使得振蕩過(guò)程持續(xù)時(shí)間短。 負(fù)載兩相短路同步發(fā)電機(jī)負(fù)載兩相短路是基于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，選擇 dqβ0坐標(biāo)系統(tǒng)仿真。兩相線對(duì)線短路電流大約為三相短路電流的 倍。仿真波形如下圖 512：結(jié)果分析：不同發(fā)電機(jī)外特性的仿真波形不同，因?yàn)椴煌l(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式不同。高速同步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子，二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)；低速同步發(fā)電機(jī)，由于轉(zhuǎn)速較低，一般都采用對(duì)材料和制造工藝要求較低的凸極式轉(zhuǎn)子。第二章主要介紹同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理，同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定。第一章主要介紹同步發(fā)電機(jī)的基本知識(shí)，闡述了同步發(fā)電機(jī)在發(fā)電廠的必要性，因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)可以同時(shí)輸出有功