【正文】 BCmT mmI r _ a b cI s _ a b cT ew m9 . 5 541++++V23圖 異步電機(jī)直接啟動(dòng)模型華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 350 15000500壓壓壓壓壓V壓0 11000100壓壓壓壓壓A壓0 11000100200壓壓壓壓壓A壓0 1202202022壓壓壓n/m壓0 11000100200Time壓壓壓N 二、對(duì)三相同步發(fā)電機(jī)有阻尼與無阻尼波形進(jìn)行對(duì)比，情況如下：王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)30圖 定子電流對(duì)比圖 轉(zhuǎn)子電流對(duì)比華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31圖 電樞電流對(duì)比結(jié)果分析：根據(jù)以上波形對(duì)同步發(fā)電機(jī)三相短路有阻尼與無阻尼的對(duì)比，得到下表 51。24。采用樣條插值的方法，在圖上可直觀的得到電壓值。各特性代碼見附錄 D。如果在框二中選擇相應(yīng)的變化量，此時(shí)只顯示各變化量的有阻尼與無阻尼的對(duì)比情況；當(dāng)框一為有阻尼情況時(shí)，框二選擇變化量可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的仿真。對(duì)于直流發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)電機(jī)類型的選擇。39。39。其基于 dq0 坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型如圖 所示。 同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇 同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)在分析電機(jī)的各種運(yùn)行方式時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算方法與提高計(jì)算精度，需利用一些數(shù)學(xué)變換將實(shí)際繞組中的電磁量轉(zhuǎn)換為另一表達(dá)形式的電磁量，與這些表達(dá)形式相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)構(gòu)成同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)。如接口對(duì)用戶操作的響應(yīng)要迅速、連續(xù)；對(duì)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的運(yùn)算，要給出等待時(shí)間提示，并允許用戶中斷運(yùn)算。利用該圖形接口，用戶可以方便地和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流。四、采用對(duì)稱分量法分析不對(duì)稱問題的基本步驟(1）先列出不對(duì)稱情況的邊界條件；(2）用對(duì)稱分量法求出各序電流、各序電壓間的特定約束關(guān)系；(3）按照特定的約束關(guān)系，把各序等效電路連成一條統(tǒng)一的等效電路；(4）從統(tǒng)一的等效電路解出各序電流和電壓，最后再把正序、負(fù)序和零序分量迭加，求得各相的電流和電壓。 同步發(fā)電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的對(duì)稱運(yùn)行從同步電機(jī)的電勢(shì)方程式和相量圖來分析。If 增大時(shí)，磁路逐漸飽和，磁化曲線開始進(jìn)入飽和段。ki39。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。 90 年代，無錫電機(jī)廠與新時(shí)代公司、上海革新電機(jī)廠與馬拉松公司合資辦了企業(yè)，使我國(guó)中小型三相同步發(fā)電機(jī)水平又有了進(jìn)一步的提高，使國(guó)內(nèi)三相同步發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的主要企業(yè)產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。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)。同步并聯(lián)的方法可分為準(zhǔn)同步和自同步兩種。磁極固定在轉(zhuǎn)子磁軛上，磁軛由鑄鋼鑄成。大齒中心即為轉(zhuǎn)子磁極的中心。電的產(chǎn)生、傳輸、使用都離不開電機(jī),電機(jī)對(duì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高起到了巨大的推動(dòng)作用，扮演了重要的角色，并已經(jīng)成為社會(huì)生產(chǎn)生活中不可缺少的重要工具，成為生產(chǎn)生活中重要的動(dòng)力來源。 同步發(fā)電機(jī)概述作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。有時(shí)大齒也開一些較小的通風(fēng)槽，但不嵌放繞組；有時(shí)還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風(fēng)槽。凸極式轉(zhuǎn)子可分為臥式和立式兩類。同步發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以后，各機(jī)負(fù)載的分配決定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。我國(guó)衛(wèi)星通信地面站、通信樞紐等重要部門的備用電源，均采用 SR4 系列發(fā)電機(jī)。蘭州電機(jī)廠在引進(jìn)德國(guó) AEG 公司 DKBH 系列基礎(chǔ)上，90 年代中期，又開發(fā)了自己的新一代產(chǎn)品。 轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成必定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的散布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。i（ a ） q 軸 電 路++sRd??1L+39。為了合理地利用材料，空載額定電壓 UN 一般設(shè)計(jì)在空載特性的彎曲處。一、電勢(shì)方程式負(fù)載后，發(fā)電機(jī)電樞繞組中存在的電勢(shì)：① 由 產(chǎn)生的 ；fF?0E?② 由 產(chǎn)生的 ；aa③ 由 產(chǎn)生的 ；ss④ 電樞電阻很小，其壓降可以忽略。 同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱分析實(shí)例華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9單相對(duì)中點(diǎn)短路規(guī)定正方向如圖 所示。MATLAB 作為最強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，同樣提供了創(chuàng)建圖形用戶接口的功能，尤其是該軟件開發(fā)到 MATLAB（R13）版本，圖形用戶接口功能得到了相當(dāng)大程度的增強(qiáng)和改進(jìn)。王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)14GUI 的一般制作步驟：（1）分析接口所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計(jì)任務(wù)；（2）在稿紙上繪出接口草圖，并站在使用者的角度來審查草圖；（3）按構(gòu)思的草圖，上機(jī)制作（靜態(tài)）接口，并檢查之；（4）編寫接口動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。選用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)，仿真模型將具有不同的形式。建立同步電機(jī)基本方程時(shí)，主要假設(shè)條件是設(shè)同步電機(jī)為理想電機(jī)，即忽略飽和等非線性現(xiàn)象以及假定電樞繞組是正弦分布的。dkdkfktVRi???5） （311139。39。 構(gòu)建過程及具體步驟一、建立登陸界面在 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 。當(dāng)框一為無阻尼繞組情況時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)框二相應(yīng)的仿真。（1）同步發(fā)電機(jī)三相短路如圖 。調(diào)整特性：端電壓恒定時(shí)，負(fù)載電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系。.7.。表 51 三相短路分析結(jié)果 幅 值 變 化 響 應(yīng) 快 慢 對(duì)比項(xiàng)選項(xiàng) 有阻尼 無阻尼 有阻尼 無阻尼定子電流（I d） 變化大 變化小 慢 快轉(zhuǎn)子電流（I fd） 變化大 變化小 慢 快電樞電流（I a） 變化大 變化小 慢 快 由上表的無阻尼的幅值變化小于有阻尼，同時(shí)響應(yīng)也快于有阻尼。 直流電機(jī)仿真實(shí)例直流電機(jī)仿真選擇直流發(fā)電機(jī)外特性。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，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)。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。 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。11。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。 （a）無阻尼 （b）有阻尼王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)24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 。控件退出關(guān)閉仿真界面。具體代碼見附錄 C。 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。39。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。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)。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)。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(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。 （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。 0asEU????對(duì)凸極電機(jī)來說： 。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。kdR+39。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)。 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。無刷同步發(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，并有無功補(bǔ)償裝置。而通過調(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)無功功率分配和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓。 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。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)。交流電是有頻率周期的，交流電的大小方向隨時(shí)間變化。同步發(fā)電機(jī)突然短路的暫態(tài)過程所產(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)特性的研究歷來是電力系統(tǒng)中的重要課題之一。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。磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組。但是，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以前，一般說來它們的頻率與電壓的大小和相位是不會(huì)完全相同的。整體凸極迭片式轉(zhuǎn)子也是國(guó)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(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。比如，無錫電機(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)麥格乃泰克公司無刷發(fā)電機(jī)制造技術(shù)等等。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。kq239。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。電樞反應(yīng)磁場(chǎng)還與負(fù)載情況有關(guān)。 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，就得到實(shí)際的不對(duì)稱相電流和相電壓。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。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。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)。 從觀察者的角度來說，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。dfdfftVi???王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)164） （31139。 (39。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)特性的仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)有阻尼與無阻尼情況的選擇，并且對(duì)共有的波形進(jìn)行對(duì)比。彈出菜單 1 與 2 相互配合作用，即如圖中的框一與框二。四、運(yùn)行特性仿真華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23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。 （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。發(fā)電機(jī)的基本參數(shù)如下： 111110。 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。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。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。.2。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。（3） 直流電動(dòng)機(jī)如圖 。（2） 異步電動(dòng)機(jī)：直接啟動(dòng)如圖 。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，