【正文】 排版后，在 M 文件中添加需要實(shí)現(xiàn)的功能，點(diǎn)擊運(yùn)行，具體界面如下圖 。建立運(yùn)行特性模型三相同步發(fā)電機(jī)：（1）三相同步發(fā)電機(jī)三相突然短路（2）同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子短路，定子繞組突加對(duì)稱電壓仿真（3）三相同步發(fā)電機(jī)空載單相突然短路（4）三相同步發(fā)電機(jī)突然兩相空載短路除對(duì)同步發(fā)電機(jī)做了仿真外，還對(duì)其他類型電機(jī)進(jìn)行了仿真，具體如下：三相異步電機(jī)：（1）三相異步電機(jī)的機(jī)械特性（2）三相異步電機(jī)直接啟動(dòng)仿真直流發(fā)電機(jī)（1）直流發(fā)電機(jī)空載特性（2）直流發(fā)電機(jī)外特性（3）直流發(fā)電機(jī)調(diào)整特性直流電動(dòng)機(jī)（1）直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性（2）直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性建立仿真界面：仿真界面目的是為了使用戶更方便，直觀的對(duì)所要仿真的運(yùn)行特性進(jìn)行操作。對(duì)同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)采用 dq 0 系統(tǒng)。39。dkqkqkqti6） （322239。39。這部分磁通在該線圈或任何其它線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓。具體數(shù)學(xué)表示如下： （300)111222cos(os()iniin3p??? ???? ???? ?1）從物理意義上講，park 變換就是將 ia，ib，ic 電流投影，等效到 d，q 軸上，將定子上的電流都等效到直軸和交軸上去。 dq0 坐標(biāo)dqo 坐標(biāo)系統(tǒng)的 d 軸(直軸)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向一致，q 軸(交軸)與 d 軸相差 電角度。啟動(dòng)Simulink 有兩種方式：（1）用命令行方式啟動(dòng)。在 Simulink 提供的圖形用戶接口上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡(jiǎn)單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。比方說(shuō)，圖形顯示區(qū)常安排在接口左半邊，而按鍵等控制區(qū)被排在右側(cè)。根據(jù)這些圖形對(duì)象，用戶可以設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大的圖形用戶接口。在圖形用戶接口下，用戶無(wú)須記憶大量繁瑣的命令，而只須通過(guò)鼠標(biāo)等便捷的方式與計(jì)算機(jī)交互信息、選擇想要運(yùn)行的程序、控制程序的運(yùn)行、實(shí)時(shí)顯示圖形信息。 （如圖 ）第四步：根據(jù)等效電路求出各序電流，然后求出短路電。 ABCqajXI?0E?U????qjXIaI?qI?dI? qd 圖 凸極電機(jī)向量圖 同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行 概述一、研究的必要性實(shí)際中，由于電網(wǎng)中負(fù)載的不斷變動(dòng)以及大型的單相負(fù)載，使三相電壓和電流任何時(shí)候不可能絕對(duì)地對(duì)稱，例如冶金工廠單相電爐或電氣鐵道要求供給容量較大的單相負(fù)載輸電線由于某些原因發(fā)生碰線而引起不對(duì)稱短路等，這些情況都造成負(fù)載不對(duì)稱，使發(fā)電機(jī)在不對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行，因此有必要對(duì)發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行加以研究。asdq0dqjXIjjXIj??? ??；對(duì)隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)： 。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。③通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。此時(shí)電機(jī)定子的三相繞組只有勵(lì)磁電流 If 感生出的空載電動(dòng)勢(shì) E0（三相對(duì)稱） ，其大小隨 If 的增大而增加。kd39。kqV239。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。針對(duì)所做的運(yùn)行特性仿真進(jìn)行實(shí)例分析，對(duì)比，得到相應(yīng)的結(jié)果。預(yù)計(jì)可以得到發(fā)展的中小型同步電機(jī)產(chǎn)品有：發(fā)展安裝結(jié)構(gòu)派生的單軸承發(fā)電機(jī)，防護(hù)結(jié)構(gòu)派生的 IP44 發(fā)電機(jī)，用途派生的多頻多壓發(fā)電機(jī)，發(fā)展專用、特殊用途的發(fā)電機(jī)系列（微型水力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、正弦波試驗(yàn)電源發(fā)電機(jī)） ，軸帶發(fā)電機(jī)和變速恒頻發(fā)電機(jī)，高效率永磁同步電動(dòng)機(jī)，高壓中小同步發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。1979 年開(kāi)始進(jìn)行 TFW 系列三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)和 TFDW 系列單相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，1982 年 10 月通過(guò)了樣機(jī)鑒定工作，并推廣生產(chǎn)，此兩系列主要性能指標(biāo)達(dá)到或接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平，此系列仍采用 B 級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)。 國(guó)內(nèi)中小型電機(jī)現(xiàn)狀中小型同步發(fā)電機(jī)是中小型電機(jī)的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于小型水電站、船舶電站、移動(dòng)電站、固定電站、應(yīng)急備用電站、正弦波試驗(yàn)電源、變頻電源、計(jì)算機(jī)電源及新能源――風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、余熱發(fā)電等。近年來(lái)，美國(guó)和法國(guó)公司大力發(fā)展單軸承同步發(fā)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于取消了電機(jī)與發(fā)電機(jī)間部件聯(lián)接件，從而縮小了機(jī)組的總體尺寸。 （1） 準(zhǔn)同步并聯(lián)　將已加勵(lì)磁的待投運(yùn)發(fā)電機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)其原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和改變?cè)摪l(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，使其和運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)的頻率差不超過(guò) ～％。各并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)必須頻率、電壓的大小和相位都保持一致。其定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似。①凸極式轉(zhuǎn)子的每個(gè)磁極常由 1～2 毫米厚的鋼板迭成，用鉚釘裝成整體，磁極上套有勵(lì)磁繞組。此外，為了把勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組，在電機(jī)軸上還裝有集電環(huán)和電刷。①隱極式轉(zhuǎn)子：外表呈圓柱形，在圓柱表面開(kāi)槽以安放直流勵(lì)磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機(jī)具有均勻的氣隙。如果發(fā)電機(jī)發(fā)電不是同步的，那么電流在同一時(shí)間內(nèi)有大有小，且方向有的也不同，會(huì)抵消電流，實(shí)際電流就會(huì)變小。他的控制性能的好壞將直接決定電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行狀況。因此，很多電力系統(tǒng)仿真技術(shù)都離不開(kāi)對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行建模與仿真分析和研究。 同步發(fā)電機(jī)在發(fā)電廠中的必要性可以同時(shí)輸出有功和無(wú)功功率，如果做成異步發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)后必然大量吸收無(wú)功功率，造成系統(tǒng)電壓降低，電網(wǎng)無(wú)功缺額過(guò)大，無(wú)法維持合格的電壓；電網(wǎng)中的負(fù)荷大部分都是感性負(fù)載，所以必須由發(fā)電機(jī)提供無(wú)功功率；一般的大型發(fā)電機(jī)都是設(shè)計(jì)為同步發(fā)電機(jī)，異步運(yùn)行時(shí)候無(wú)法達(dá)到額定負(fù)荷，最多達(dá)到 50%，且異步運(yùn)行時(shí)候發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升很高，為一種非正常運(yùn)行方式，不可以長(zhǎng)期運(yùn)行；只有小部分發(fā)電機(jī)可以使用異步發(fā)電機(jī)，在發(fā)出有功的同時(shí)吸收無(wú)功，因?yàn)橄到y(tǒng)中大部分都是同步發(fā)電機(jī)，所以無(wú)功儲(chǔ)備還是比較大的。由于高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的巨大的離心力，要求轉(zhuǎn)子有很高的機(jī)械強(qiáng)度。 ②冷卻系統(tǒng)：由于電機(jī)中能量損耗和電機(jī)的體積成正比，它的量級(jí)與電機(jī)線度量級(jí)的三次方成比例，而電機(jī)散熱面的量級(jí)只是電機(jī)線度量級(jí)的二次方。勵(lì)磁繞組通常用扁銅線繞制而成。立式結(jié)構(gòu)必須用推力軸承承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力和水向下的壓力。否則，并聯(lián)合閘的瞬間，各發(fā)電機(jī)之間會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流，引起擾動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)遭受破壞。在兩機(jī)電壓相位差不超過(guò) 10176。這種發(fā)展的條件在于美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)將飛輪和飛輪殼標(biāo)準(zhǔn)化，新機(jī)床的出現(xiàn)與所達(dá)到的高加工精度和采用的高質(zhì)量材料，使單軸承電機(jī)能聯(lián)接。它對(duì)邊（疆）老（區(qū)）貧（窮）地區(qū)實(shí)現(xiàn)電氣化，提高該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民的生活水平有著重要的作用，中小型發(fā)電機(jī)在船舶、現(xiàn)代電氣化火車內(nèi)燃機(jī)車等運(yùn)輸設(shè)備中也是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。進(jìn)入八十年代末、九十年代初，隨著我國(guó)改革開(kāi)放不斷發(fā)展，我國(guó)的電機(jī)行業(yè)的部分企業(yè)開(kāi)始引進(jìn)先進(jìn)工業(yè)國(guó)的中小型同步發(fā)電機(jī)，有的按生產(chǎn)許可證方式進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，有的引進(jìn)軟件技術(shù)（或生產(chǎn)技術(shù)） ，有的按合作生產(chǎn)方式引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，其先后有德國(guó)西 門(mén)子公司的 IFC5 和 IFC6 系列、德國(guó) AEG 公司的 DKBH 系列、英國(guó)彼特普公司E 系列、美國(guó)馬拉松公司的 MP 系列發(fā)電機(jī)、英國(guó)的斯坦福公司 BC、HC 系列等發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)的絕緣等級(jí)為 F 級(jí)或 H 級(jí)，采用隱極式或整體凸級(jí)結(jié)構(gòu)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較先進(jìn)，可靠性較高，其制造工藝水平較先進(jìn)，這些產(chǎn)品的引進(jìn)，對(duì)提高我國(guó)的中小型發(fā)華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3電機(jī)水平和制造工藝水平有較大的促進(jìn)作用。無(wú)級(jí)調(diào)速中小同步電動(dòng)機(jī)、中頻發(fā)電機(jī)、油田鉆井電站發(fā)電機(jī)及海上石油平臺(tái)專用發(fā)電機(jī)等。王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)4第二章 三相同步發(fā)電機(jī)的基本原理 三相同步電機(jī)的運(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，由固定的定子和可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。所謂的同步就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。kqV239。fdV39。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。 （2）負(fù)載運(yùn)行特性 　負(fù)載運(yùn)行特性主要指外特性和調(diào)整特性。同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)均可近似地認(rèn)為都按正弦規(guī)律分布，它們之間的空間相位差取決于空載電動(dòng)勢(shì) E0 與電樞電流 I 之間的時(shí)間相位差。sa0sajI?；二、電勢(shì)相量圖同步電機(jī)理論中，用電勢(shì)相量圖來(lái)進(jìn)行分析是十分重要和方便的方法。二、同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行帶來(lái)的危害同步發(fā)電機(jī)在不對(duì)稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，電樞電流和端電壓都將出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，使接到電網(wǎng)上的變壓器和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況變壞，效率降低，同時(shí)也對(duì)發(fā)電機(jī)本身以及電網(wǎng)帶來(lái)一些不良后果，因此對(duì)同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱負(fù)載的程度有一定限制。 （20120220()AAAAEEIIjjxx???????????3）AU?B? CU?CI?AI?BI? 1kI?AB圖 單相中點(diǎn)短路簡(jiǎn)圖1x～?AE?IU2x?A?I0AI?Ux 單相中點(diǎn)短路的等效電路華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （2112033()AkAEIjx??????4） (25)2022202202212()()()AAA AAA xUEjxEj xjx???? ?????????????? ??? (26) ???20202201ABAAEUUxx????????????? (27)20 220220ACAA????????兩相間短路 規(guī)定正方向如圖 所示?，F(xiàn)在，90%以上的應(yīng)用程序和軟件都是在圖形用戶接口下運(yùn)行的，而且各種高級(jí)語(yǔ)言也都發(fā)展成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，通過(guò)這些高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)出的程序和軟件，直接給出圖形用戶接口的開(kāi)發(fā)環(huán)境。GUI 創(chuàng)建方法：（1） 利用 GUIDE 創(chuàng)建 GUI（生成兩個(gè)檔：fig 文件和 M 文件） ；（2） 利用編程創(chuàng)建 GUI（只生成 M 文件） 。（3）習(xí)常性設(shè)計(jì)新接口時(shí)，應(yīng)盡量使用人們所熟悉的標(biāo)志和符號(hào)。它外表以方塊圖形呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。即在 MATLAB 的命令窗口直接鍵入如下命令：simulink（2）使用工具欄按鈕啟動(dòng)，即用鼠標(biāo)單擊 MATLAB 工具欄中的 Simulink 按鈕。09王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)14由于 dqo 坐標(biāo)系統(tǒng)具有使電機(jī)電路方程中的參數(shù)恒為常數(shù)，方程簡(jiǎn)化，適合多機(jī)系統(tǒng)模型等優(yōu)點(diǎn)，電力系統(tǒng)分析與計(jì)算中最廣泛采用 dqo 坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)來(lái)說(shuō)，這么一等效之后，iq ，id 正好就是一個(gè)常數(shù)了。根據(jù)迭加原理，可以將任一線圈中的所有電壓分量迭加起來(lái)得到該線圈的合成電壓。39。39。 39。?首先建立發(fā)電機(jī)的電壓方程，即 （3ULpiGRi???8）其中： 0dqfdBUuu????? fkqiiii00 0000()sin()cosinsicosd adadq aqa fd adDdaq Qqd aadLLLLLLL????? ?? ???? ??? ?? ?王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)1600000000()cos()sincossinq aqd adadddadadaqLLLGLLLL????? ?? ???? ????? ?fdkqrRr??????????然后根據(jù)具體的短路情況，可得到相應(yīng)的約束條件，根據(jù)約束條件轉(zhuǎn)換到 系統(tǒng)，0dq?得到相應(yīng)的參數(shù)，代入電壓方程進(jìn)行仿真運(yùn)算即可得到相應(yīng)的仿真波形。所以該設(shè)計(jì)在能夠顯示波形的前提下增加了一些其他功能。當(dāng)選擇相應(yīng)的電機(jī)類型，在框 2 中會(huì)出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行特性，任意選擇運(yùn)行特性后，在說(shuō)明框中會(huì)顯示相應(yīng)的說(shuō)明，并且只有同時(shí)選中電機(jī)類型和仿真類型，運(yùn)行按鈕才會(huì)被激活，實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的仿真。圖 同步發(fā)電機(jī)仿真界面對(duì)圖 頂部菜單只有 GUI 本身有的 figure 功能。對(duì)圖 除了 GUI 自有的 figure 功能外，在頂部菜單中加入了 option，其子菜單包括Box 和 Color。 圖 異步電機(jī)仿真界面圖 是 simulink 建立的仿真 Model，Subsystem 是構(gòu)建的模型，Scope 是示波器，顯示仿真波形。 （a）無(wú)阻尼 （b）有阻尼圖 負(fù)載單相短路仿真結(jié)果同步發(fā)電機(jī)：短路發(fā)生時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行都出現(xiàn)振蕩不穩(wěn)定過(guò)程，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，同樣會(huì)達(dá)到了一個(gè)新的穩(wěn)定過(guò)程；各種短路情況的有阻尼與無(wú)阻尼相比較，其無(wú)王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)24阻尼的振蕩幅度都小于有阻尼，并且無(wú)阻尼的響應(yīng)快于有阻尼。（2） 直流發(fā)電機(jī)如圖 。通常是隨負(fù)載電流的增大而向下垂。其數(shù)學(xué)模型如第三章所述。突然短路后,根據(jù)磁鏈不變?cè)瓌t,電樞繞組各相都產(chǎn)生一個(gè)非周期性的直流電流，導(dǎo)致電樞電流增大。 ②從瞬態(tài)電流 I到穩(wěn)態(tài)電流 I,這一階段的衰減量(I I)由勵(lì)磁繞組中對(duì)應(yīng)電流的衰減而引起。.3。 異步電機(jī)仿真實(shí)