【正文】 表 53 直流電機(jī)外特性結(jié)果分析 特性電機(jī)類(lèi)型電壓平衡方程 當(dāng) I=0 時(shí) 當(dāng) I 變化時(shí)他勵(lì)直流發(fā)電機(jī) U=EaIaRa U=Ea≠0 (I=Ia，I f≠0) Ea=常數(shù)，呈線性串勵(lì)直流發(fā)電機(jī) U=EaIa(Ra +RL) U=Ea=0 （I=I a=If） Ea≠常數(shù)，呈曲線并勵(lì)直流發(fā)電機(jī) U=EaIaRa U=Ea≠0 (I≠I(mǎi)a，I f≠0) Ea≠常數(shù)，呈曲線 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37第六章 總結(jié) 具體工作本論文是針對(duì)三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)由 GUI 來(lái)實(shí)現(xiàn)。fdkdkqfdmmkdkqffdkdkqmqdqmrRRwLeeLeLeu?????????????????對(duì)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載兩相短路有阻尼與無(wú)阻尼對(duì)比如下：圖 定子電流王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)32圖 定子交軸電流圖 轉(zhuǎn)子電流華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33結(jié)果分析：當(dāng)負(fù)載不對(duì)稱(chēng)時(shí)，發(fā)電機(jī)的三相端電壓及電流都將不對(duì)稱(chēng)。（2）突然短路到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)短路的過(guò)程所持續(xù)的時(shí)間很短。他勵(lì)與并勵(lì)的勵(lì)磁電流與負(fù)載電流無(wú)關(guān)，則電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流成正比，而串勵(lì)的勵(lì)磁電流隨著負(fù)載電流的變化而變化，因此其電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載電流的平方成正比。轉(zhuǎn)速?gòu)牧阊杆偕仙?，?dāng) t=，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)?？丶抡鎸?shí)現(xiàn)彈出框選擇的相應(yīng)的仿真。其代碼見(jiàn)附錄 E。（3）選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，有對(duì)應(yīng)窗口顯示該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)明和幫助。39。這使得電機(jī)內(nèi)部物理過(guò)程的描述變得簡(jiǎn)單。在電力系統(tǒng)分析和計(jì)算中，park 轉(zhuǎn)換具有重要的理論和實(shí)際意義。由于 Simulink 環(huán)境使用擺脫了深?yuàn)W數(shù)學(xué)推演的壓力和煩瑣的編程的困擾，因此用戶(hù)在此環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生濃厚的探索興趣，引發(fā)活躍的思維，感悟出新的真諦。（2）一致性所謂一致性有兩層含義：一是，讀者自己開(kāi)發(fā)的接口風(fēng)格盡量一致；二是，新設(shè)計(jì)的接口要與其它已有的接口風(fēng)格不要截然相左。 GUI 設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人與計(jì)算機(jī)之間的交互信息發(fā)生了深刻的變化。經(jīng)過(guò) 首端和 尾端的直線為 方?qaXIU?qajXI?0E?位(q 軸 )；華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7③ 將 分解為 和 ；aI?dI?q⑤ 根據(jù)方程 作出 。雖然調(diào)整特性的變化趨勢(shì)與外特性正好相反，對(duì)于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。這些特性是用戶(hù)選用發(fā)電機(jī)的重要依據(jù)。lkq139。該仿真主要用到了 GUI 設(shè)計(jì)與 Simulink 建模，以及針對(duì)不同的運(yùn)行狀態(tài)選擇不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。第二代產(chǎn)品是在進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上于 1965 年開(kāi)始的 T2 系列小型三相同步發(fā)電機(jī)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，該水平達(dá)到六十年代國(guó)際先進(jìn)水平，為 B 級(jí)絕緣的有刷三相同步發(fā)電機(jī)。但是此法在并聯(lián)合閘瞬間的電流沖擊比較大，會(huì)使電網(wǎng)電壓短時(shí)下降，電機(jī)繞組端部承受較大的電磁力。負(fù)重機(jī)架是尺寸較小的下機(jī)架，可節(jié)約大量鋼材，并能降低從機(jī)座基礎(chǔ)算起的發(fā)電機(jī)和廠房高度。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 1500～100 轉(zhuǎn)/ 分及以下。核電站多用 4 極電機(jī)，轉(zhuǎn)速為 1500 轉(zhuǎn)/ 分（當(dāng)電網(wǎng)頻率為 60赫時(shí)，為 1800 轉(zhuǎn)/分） 。2022 年以后，我國(guó)已形成全國(guó)互聯(lián)大電網(wǎng)，系統(tǒng)互聯(lián)和新技術(shù)的采用，使得電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性要求越來(lái)越高。前者多用于火電廠和核電站；后者多與低速水輪機(jī)或柴油機(jī)聯(lián)動(dòng)。為此，已研制出多種冷卻系統(tǒng)。按照推力軸承的安放位置，立式水輪發(fā)電機(jī)分為懸吊式和傘式兩種。準(zhǔn)同步并聯(lián)的操作可以手動(dòng)，也可以借自動(dòng)裝置完成。應(yīng)急備用電站在突發(fā)事件中的防災(zāi)、救護(hù)保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)的安全有著不可替代的作用。首先介紹同步發(fā)電機(jī)的基本原理，得到其數(shù)學(xué)模型，同時(shí)了解一下其主要的工作特性。它是進(jìn)行同步電機(jī)及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。lfL39。在外特性中，從空載到額定負(fù)載時(shí)電壓的變化程度稱(chēng)為電壓變化率 U，常用百分?jǐn)?shù)表示為20～40％。 U?aI 0E?（1）隱極電機(jī)相量圖畫(huà)法（如圖 ）① 在水平方向做出相量 ；U?② 根據(jù) j 角作出相量 ；aI③ 在 的尾端 ,加上相量 ，它超前 90176。第四步：根據(jù)等效電路求短路電流。那些可有可無(wú)的功能應(yīng)盡量刪去，以保持接口的整潔。從分析研究角度講，這種 Simulink 模型不僅能讓用戶(hù)知道具體環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，而且能讓用戶(hù)清晰地了解各器件、各子系統(tǒng)、各系統(tǒng)間的信息交換，掌握各部分之間的交互影響。不同的情況有不同的表達(dá)形式。（2）假定電樞繞組是正弦分布的。dkqkqkqtVRi???7）式中： 1122(39。設(shè)計(jì)的主要思路如圖 ：同步發(fā)電機(jī) 異步發(fā)電機(jī) 直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)三相短路兩相短路單相短路 定子繞組突加對(duì)稱(chēng)空載特性調(diào)整特性外特性轉(zhuǎn)矩特性機(jī)械特性仿真機(jī)械特性直接啟動(dòng)主界面登陸界面仿真界 面繞組情況選擇對(duì)比情況選擇轉(zhuǎn)子電阻選擇電機(jī)類(lèi)型選擇電機(jī)類(lèi)型選擇轉(zhuǎn)速選擇具體說(shuō)明如下：用戶(hù)接口設(shè)計(jì)：首先創(chuàng)設(shè)一個(gè)用戶(hù)登陸接口，要有用戶(hù)名輸入及密碼輸入，輸入正確方可進(jìn)入。退出按鈕功能是退出主界面，當(dāng)點(diǎn)擊退出時(shí)，會(huì)有提醒是否退出，如是，退出，如否，返回主界面。彈出菜單的作用是選擇不同種類(lèi)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)分別顯示。 圖 異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真結(jié)果機(jī)械特性如圖 。 （a）機(jī)械特性 （b）轉(zhuǎn)矩特性他勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)他勵(lì)串勵(lì) 并勵(lì)他勵(lì)n=1000r/minn=750r/min王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)26圖 直流電動(dòng)機(jī)仿真結(jié)果機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)加上一定的電壓和一定的勵(lì)磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。由于電樞繞組的磁勢(shì)的介入，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)此將立即作出反應(yīng)。34。并勵(lì)比他勵(lì)下降的幅度更大，是因?yàn)椴?lì)電機(jī)中不僅有電樞反應(yīng)和電樞電壓壓降起作用，而且端電壓的降低，還會(huì)引起勵(lì)磁電流的減少。國(guó)外中小型發(fā)電機(jī)發(fā)展，典型的有美國(guó)的 CATERPILLAR 公司和 MAGNETEK 公司生產(chǎn)的 SR4 等系列發(fā)電機(jī)。 異步電機(jī)仿真實(shí)例異步電機(jī)仿真選擇異步電機(jī)直接啟動(dòng)。 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。其數(shù)學(xué)模型如第三章所述。（2） 直流發(fā)電機(jī)如圖 。 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。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。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。 39。39。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。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。（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)。現(xiàn)在，90%以上的應(yīng)用程序和軟件都是在圖形用戶(hù)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(hù)接口的開(kāi)發(fā)環(huán)境。二、同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行帶來(lái)的危害同步發(fā)電機(jī)在不對(duì)稱(chēng)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(chēng)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(chēng)負(fù)載的程度有一定限制。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。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以?xún)烧卟怀烧取qV239。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(lèi)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。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。這種發(fā)展的條件在于美國(guó)汽車(chē)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。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。勵(lì)磁繞組通常用扁銅線繞制而成。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。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。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。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。其定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似。 （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) ～％。 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。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(zhuān)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)。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。kd39。③通過(guò)測(cè)取空載特性來(lái)判斷三相繞組的對(duì)稱(chēng)性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。asdq0dqjXIjjXIj??? ??；對(duì)隱極電機(jī)來(lái)說(shuō)： 。 （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。根據(jù)這些圖形對(duì)象，用戶(hù)可以設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大的圖形用戶(hù)接口。在 Simulink 提供的圖形用戶(hù)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。 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。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。dkqkqkqti6） （322239。對(duì)同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行狀態(tài)采用 dq 0 系統(tǒng)。二、建立主界面在 GUI 中選擇所要添加的控件，設(shè)置屬性，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 。第二類(lèi)：異步電機(jī)仿真界面如圖 。 （a）無(wú)阻尼 （b）有阻尼圖 負(fù)載兩相短路仿真結(jié)果負(fù)載單相短路如圖 。外特性：當(dāng)勵(lì)磁電流為額定電流時(shí)，端電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系。dkmkqmqfd????一、仿真波形如下：圖 三相突然短路有阻尼仿真結(jié)果王艷蘋(píng)：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)28圖 三相突然短路無(wú)阻尼仿真結(jié)果結(jié)果分析：（1）突然短路時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流可高達(dá)額定電流的 1020 倍。其約束條件為： （5,bccui??1）轉(zhuǎn)換到 dqβ0系統(tǒng)，有 （5011022osinic(os)(csin)dqadqui????????????2）華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31根據(jù)上述約束條件對(duì)系數(shù)矩陣進(jìn)行變換得到電壓方程： （50TdfdUu?????3）其基本參數(shù)為：1 111 。直流發(fā)電機(jī)的外特性是指電機(jī)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)端電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系，即U=f(I)。國(guó)內(nèi)中小型發(fā)電機(jī)發(fā)展，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