【正文】 同步發(fā)電機運行方式絕大多數(shù)是并聯(lián)運行，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)電機的原理圖 513 所示，其中 Ea 為感應(yīng)電動勢，R a 為電樞繞組電阻，Ia 為電樞電流， I 為負載電流，I f 為勵磁電流，R f 為勵磁電阻，R L 為負載電阻。根據(jù)以上對同步發(fā)電機兩相負載短路有阻尼與無阻尼的對比，得到下表 52：表 52 兩相負載短路分析結(jié)果 幅 值 變 化 響 應(yīng) 快 慢 對比項選項 有阻尼 無阻尼 有阻尼 無阻尼定子電流（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。同時電樞繞組產(chǎn)生一組對稱三相周期性交變電流,并在氣隙中產(chǎn)生一個合成旋轉(zhuǎn)磁勢 Fa。發(fā)電機的基本參數(shù)如下： 111110。（3） 直流電動機如圖 。 （a）空載特性 （b）調(diào)整特性 （c）外特性圖 直流電動機仿真結(jié)果空載特性：不同勵磁方式的發(fā)電機，空載特性基本相同，以他勵直流發(fā)電機為例。（2） 異步電動機：直接啟動如圖 。四、運行特性仿真王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計22編寫仿真特性代碼，根據(jù)各電機的特性及其數(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，然后進行仿真，分析波形是否正確，若不正確檢查錯誤，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。點擊運行按鈕進入各個運行特性仿真界面。對于同步發(fā)電機特性的仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)有阻尼與無阻尼情況的選擇，并且對共有的波形進行對比。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17第四章 設(shè)計思路 設(shè)計思路與框圖本論文主要是對三相同步發(fā)電機運行狀態(tài)進行仿真，通過設(shè)計 GUI 來實現(xiàn)運行過程。 (39。39。dfdfftVi???華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 154） （31139。所有線圈的電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程聯(lián)立，即為電機的基本方程。 從觀察者的角度來說，我們的觀察點已經(jīng)從定子轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子上去，我們不再關(guān)心定子三個繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，而是關(guān)心這個等效之后的直軸和交軸所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場了。 坐標(biāo)系統(tǒng)的變換為簡化計算而作的純數(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 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)計特定的動態(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。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，自學(xué)入門。GUI 的設(shè)計原則：（1）簡單性設(shè)計接口時，應(yīng)力求簡潔、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：利用對稱分量法求各序電流和電壓 (29)22220 31()111333000kAABBBC jIIIII????? ??????????????????????????????????????圖 兩相間短路簡圖王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計10因此 （2203AkIjI?????????10）由于 ，所以 ，根據(jù) 可求出正、負序電壓為：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)電機相間短路時的等效電路，如圖 所示。 三、分析同步發(fā)電機不對稱運行的基本方法－對稱分量法分析同步發(fā)電機不對稱運行的基本方法是對稱分量法，即將發(fā)電機不對稱的三相電壓、電流分解為正序、負序和零序分量，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，就得到實際的不對稱相電流和相電壓。作相量圖時，與 的夾角為負載功率因子角 j，X s 為已知量，根據(jù)方程式求得 。電樞反應(yīng)磁場還與負載情況有關(guān)。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負載功率因子為常數(shù)時，發(fā)電機端電壓 U 與負載電流 I 之間的關(guān)系，調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負載功率因子為常數(shù)時,勵磁電流 If 與負載電流 I 之間的關(guān)系。反映空載電動勢 E0 與勵磁電流 If 關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機的空載特性。fd39。kq239。 同步電機的數(shù)學(xué)模型同步電機的數(shù)學(xué)模型表示同步電機的電壓、電流、磁鏈等電磁量與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等機械量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機和轉(zhuǎn)樞式同步電機。 本論文的主要內(nèi)容本論文主要是針對三相同步發(fā)電機運行特性仿真問題進行論述。比如，無錫電機廠、汾西機械廠、柳州電機廠引進了德國西門子公司 1FC1FC6 系列無刷發(fā)電機，蘭州電機有限責(zé)任公司（以下簡稱蘭電）引進了德國 AEG 公司 DKBH 系列船用、陸用無刷發(fā)電機，福州發(fā)電設(shè)備廠引進了美國麥格乃泰克公司無刷發(fā)電機制造技術(shù)等等。移動電站對國防設(shè)施、工程建設(shè)、海上石油平臺、陸上電驅(qū)動石油鉆機、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)子也是國外近年來發(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，勵磁繞組用繞線機直接繞在極身上，然后整體浸漬，成為一個堅固的轉(zhuǎn)子。的瞬間進行合閘并聯(lián)，兩者即可自動牽入同步運行。但是，兩臺發(fā)電機在投入并聯(lián)運行以前，一般說來它們的頻率與電壓的大小和相位是不會完全相同的。大容量水輪發(fā)電機中，此力可高達四、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)電機尺寸增大時（受材料限制，增大電機容量就得加大其尺寸） ，電機每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會增加，電機的溫升將會提高。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵磁繞組。 同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)和分類 同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)按其轉(zhuǎn)速分為高速和低（中）速兩種。同步發(fā)電機突然短路的暫態(tài)過程所產(chǎn)生的沖擊電流可能達到額定電流的十幾倍，對電機本身和相關(guān)的電氣設(shè)備都可能產(chǎn)生嚴重的影響，因此對同步發(fā)電機動態(tài)特性的研究歷來是電力系統(tǒng)中的重要課題之一。同步發(fā)電機是電力系統(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間變化。為適應(yīng)高速、高功率要求，高速同步發(fā)電機在結(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)。護環(huán)是由高強度合金制成的厚壁圓筒，用以保護勵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，并支撐護環(huán)。由于轉(zhuǎn)速較低，一般都采用對材料和制造工藝要求較低的凸極式轉(zhuǎn)子。 ② 臥式同步電機的轉(zhuǎn)子主要由主磁極、磁軛、勵磁繞組、集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸等組成。 同步發(fā)電機的運行方式 同步發(fā)電機絕大多數(shù)是并聯(lián)運行，并網(wǎng)發(fā)電的。而通過調(diào)節(jié)各發(fā)電機的勵磁電流，可以改變各發(fā)電機無功功率分配和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓。 國內(nèi)外中小型發(fā)電機發(fā)展?fàn)顩r 國外中小型發(fā)電機現(xiàn)狀國外中小型發(fā)電機 F 級絕緣已被廣泛采用， H 級絕緣經(jīng)常使用或與 F 級混用，溫升按 F 級考核。無刷同步發(fā)電機其穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率已普遍達到士 %~士%，瞬態(tài)電壓調(diào)整率一般在 12%~20%以內(nèi)，響應(yīng)時間一般在以內(nèi)，普遍采用一種特殊形狀的高壓內(nèi)用全阻尼繞組，并有無功補償裝置。在這段時間還開發(fā)了 ST系列有刷單相同步發(fā)電機，此系列電機出口量較大。 滿足各行業(yè)的需求，應(yīng)改變同步電機品種規(guī)格少、派生及專用產(chǎn)品少的現(xiàn)象，同步發(fā)電機的開發(fā)和發(fā)展應(yīng)考慮到新能源開發(fā)、船舶、運輸、石油化工等的發(fā)展需要以及技術(shù)發(fā)展的潮流。最后對該仿真設(shè)計具體框圖，構(gòu)建的過程進行介紹，最終得到框圖實形。由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割活動，電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。kqR139。kdR+39。（1）空載特性 　發(fā)電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。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)電機接上對稱負載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。 0asEU????對凸極電機來說： 。0dEUjXIj???0E?相量圖很直觀地顯示了同步電機各個相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對于分析和計算同步電機的許多問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)電機單相對中點短路的等效電路。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)建各種常見控件，如按鈕、列表框、編輯框等；下拉菜單對象能夠創(chuàng)建各種菜單和子菜單；內(nèi)容菜單對象能夠創(chuàng)建內(nèi)容式菜單，如彈出式菜單等。這是因為用戶在初次使用新接口時，總習(xí)慣于憑經(jīng)驗進行試探。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)級防止內(nèi)設(shè)計平臺，因此啟動Simulink 之前必須首先運行 MATLAB，然后才能啟動 Simulink 并建立系統(tǒng)模型。所以針對對稱與不對稱運行選擇不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。 關(guān)于 park 變換： 從數(shù)學(xué)意義上講，park 變換沒有什么，只是一個坐標(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。因而可以應(yīng)用迭加原理,即任何一個線圈中的電流單獨建立一個磁通勢，并產(chǎn)生一個磁通分量。其電路方程為： （3ddsqRtVi?????2） （3dqsqRti3） （339。39。39。 坐標(biāo)0dq?針對 d、q、O 系統(tǒng)及 a、 、O 系統(tǒng)在電機理論分析中的優(yōu)點及不足，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，在電機對稱運行時電感系數(shù)為常數(shù)，不對稱運行時則約束條件簡單，因此更能反映電機的實際運行情況，在電機的仿真計算中尤為有效。（4）選擇實驗特性后，通過按鈕可以打開實驗對應(yīng)的仿真模型并運行。具體代碼見附錄 C。對于 simulink 建模的直接進入 Modle 文件。控件退出關(guān)閉仿真界面?？丶顺龉δ荜P(guān)閉該仿真界面。 （a）無阻尼 （b）有阻尼華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23圖 繞組短路、定子突加對稱電壓仿真結(jié)果負載兩相短路如圖 。機械特性：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。并勵直流發(fā)電機的電樞電流比他勵直流發(fā)電機多一個很小的勵磁電流，則相對并勵比他勵偏上。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27第五章 實例仿真分析 同步發(fā)電機仿真實例 三相突然短路同步電機的突然三相短路，是電力系統(tǒng)的最嚴重的故障，它是人們最為關(guān)心、研究最多的過渡過程。11。因為電樞電流 Ia 快速衰減，使得振蕩過程持續(xù)時間短。 負載兩相短路同步發(fā)電機負載兩相短路是基于不對稱運行狀態(tài)，選擇 dqβ0坐標(biāo)系統(tǒng)仿真。兩相線對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)電機外特性的仿真波形不同，因為不同發(fā)電機勵磁方式不同。高速同步發(fā)電機在結(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，由于轉(zhuǎn)速較低，一般都采用對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)電機運行原理，同步發(fā)電機和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機一樣，由固定的定。第一章主要介紹同步發(fā)電機的基本知識，闡述了同步發(fā)電機在發(fā)電廠的必要性，因為同步發(fā)電機可以同時輸出有功