【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)投入空載的長(zhǎng)輸電線時(shí)，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)接電容負(fù)載，這種操作稱為對(duì)輸電線充 電。發(fā)電機(jī)的充電電流是當(dāng)勵(lì)磁電流為零，端電壓為額定值時(shí)的定子電流。 從 外 特 性 也 可 以 求 出 發(fā) 電 機(jī) 的 調(diào) 整 率 ， 電 壓 調(diào) 整 率 用 U? 表示，U? = NN UUE )( 0 ? %100? ，它是表示同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一，電壓調(diào)整率大的電機(jī)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，會(huì)引起電網(wǎng)電壓值的波動(dòng)?，F(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)大多數(shù)裝有快速自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，使負(fù)載變化時(shí)，電網(wǎng)電壓維持不變，對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率要求已 經(jīng)放寬，但 只是為了防止因故障跳閘切斷負(fù)載時(shí)電壓上升太多而擊穿絕緣，要求小于 50%，近代凸極同步發(fā)電機(jī)實(shí)際值約為 1830%以內(nèi)。 同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步速不變，負(fù)載的功率因數(shù)不變，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，維持端電壓不變，勵(lì)磁電流的變化曲線，表示在圖 25 上，從圖可以看到，帶純電阻負(fù)載或電感性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流增加勵(lì)磁電流必須增加，才能維持端電壓不變 ， 此時(shí)稱發(fā)電機(jī)在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行。 帶電容性負(fù)載時(shí)，隨負(fù)載電流 增加勵(lì)磁電流可能減少 此時(shí)稱發(fā)電機(jī)在欠勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行。 從 調(diào)整特性可以知道，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在一定的功率因數(shù)下，維持端電壓不變，負(fù)載電流可以到多大而不使勵(lì)磁電流超過(guò)制造廠的規(guī)定，對(duì)運(yùn)行人員是很有用的。 同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)三相突然短路的分析 (1)突然短路瞬間定子的感應(yīng)電勢(shì) 設(shè)短路瞬間轉(zhuǎn)子位置如圖 26(a), 將該瞬間取為時(shí)間零點(diǎn)，容易推導(dǎo)出定子三相繞組感應(yīng)電勢(shì)為： 000002 sin ( )2 sin ( 1 2 0 )2 sin ( 2 4 0 )ABCe E te E te E t??????? ???? ? ? ??? ? ? ??? (22) (2)電樞電流的周期分量形成的磁場(chǎng) 突然出現(xiàn)的對(duì)稱三相電流 CBA iii ~~~ , 必產(chǎn)生突然出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為同步速，轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子相同 ,所以，相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置不變， 忽略電阻的影響，則電流落后于電勢(shì) 90 度。同時(shí)，在時(shí)空相－矢量圖中三相合成磁勢(shì)與 A 相電流相量在同一方向上，如圖 26(b)。顯然電樞磁勢(shì)軸線與勵(lì)磁磁勢(shì)矢量在同一軸線（ d 軸）上，但方向相反。 Ii f0)c o s ( ?? ?1co s ?? os ??圖 25 同步發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性 目錄 8 電樞電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線如圖 27(a)所示，可以看出：它試圖穿過(guò)閉合的阻尼繞組與勵(lì)磁繞組，使其中的磁力線增加。自然，在勵(lì)磁繞組與阻尼繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)與感應(yīng)電流阻礙其增加，兩者作用的結(jié)果，使得勵(lì)磁繞組 與阻尼繞組閉合回路中的磁通在短路瞬間不發(fā)生突變，因此，電樞磁場(chǎng)的磁力線只能走漏磁路。使磁阻很大，磁導(dǎo)很小，電抗很小。 (3)電樞突然短路電流初始值 從定子繞組的出線端向電機(jī)內(nèi)部看的等效電抗，就相當(dāng)于三繞組變壓器第二、第三個(gè)繞組短路忽略電阻后所表現(xiàn)出的等效電抗，稱為直軸超瞬態(tài)電抗。如圖 27(b)所示。圖中，adX , fX 與 KX 依次為同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗、勵(lì)磁繞組及直軸阻尼繞組漏電抗。 據(jù)圖27(b)所示等效電路容易得到直軸超瞬態(tài)電抗的表達(dá)式 由于勵(lì)磁繞組及直軸阻尼繞組漏電抗的值都很小，所以直軸超瞬態(tài)電抗的標(biāo)么值一般只有 ～ 。 顯然，如果沒(méi)有阻尼繞組或阻尼繞組不起作用，則等效電抗為 fadSdXXXX 11 1???? (24) + A0?1fFA X1fFadFAI 0AE＋ A + jAXsX adX fX KdX39。39。dX (a) (b) 圖 26 同步發(fā)電機(jī)空載突然短路后的時(shí)空相－矢量圖 (a) (b) 圖 27 電樞 電流周期分量形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁路及對(duì)應(yīng)的電抗 KfadSdXXXXX 111 1 ????? (23) 目錄 9 稱直軸瞬態(tài)電抗，標(biāo)么值 左右。 得到直軸超瞬態(tài)電抗 后，與穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的情況相似，可以根據(jù) 式（ 22） ，得到定子瞬態(tài)電流的表達(dá)式。在穩(wěn)態(tài)短路時(shí)有 dI E jX?? .與穩(wěn)態(tài)短路相比，直軸電抗從 dX 變?yōu)?dX?? ，所以定子瞬態(tài)電流為 )c o s (2)90s in (2000~ ???? ???????? tX EtX EiddA （ 25） 其初始值為 ~ 0 02| c osAtdEi X ?? ?? ? （ 26） 由此可以得到定子瞬態(tài)電流周期分量的初始值 0 ~ 0 02| | c o sA t A tdEiiX ?? ? ?? ? ? ? （ 27） 目錄 10 第三章 三相同步發(fā)電機(jī)的 MATLAB 仿真 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán) 境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。 MATLAB 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) （ 1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 MATLAB 由一系列 工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著 MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLAB 的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及 時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。 （ 2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言 Matlab 一個(gè)高級(jí)的矩陣 /陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運(yùn)行。新版本的 MATLAB 語(yǔ)言是基于最為流行的 C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與 C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是 MATLAB 能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。 （ 3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如 C 和 C++ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會(huì)大大減少。 MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù) 雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題 、 稀疏矩陣 運(yùn)算 、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)。 （ 4）出色的圖形處理功能圖形處理功能 MATLAB 具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖 形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)目錄 11 式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的 MATLAB 對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）， MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等， MATLAB 也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。 另外 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。 （ 5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對(duì)許多專門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。目前， MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 小波分析 、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 LMI 控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、 DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具 . （ 6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的MATLAB 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB 運(yùn)行的 C 和 C++代碼。允許用戶編寫(xiě)可以和MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語(yǔ)言程序。另外， MATLAB 網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在 Web應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。 MATLAB 的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是 MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處 理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 （ 7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面） 在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向 Excel和 HDF5 進(jìn)行連接。 GUI 概述及設(shè)計(jì)要求 GUI 概述 GUI 是 Graphical User Interface 的簡(jiǎn)寫(xiě) ，即圖形用戶界面， 準(zhǔn)確來(lái)說(shuō) GUI 就是屏幕產(chǎn)品的視覺(jué)體驗(yàn)和互動(dòng)操作部分。 GUI 是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字等說(shuō)明對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化。 GUI 是一種結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)、行為學(xué)，及各商業(yè)領(lǐng)域需求分析的人機(jī)系統(tǒng)工程，強(qiáng)調(diào)人 —機(jī) —環(huán)境三者作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。這種面向客戶的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)其目的是優(yōu)化產(chǎn)品的性能，使操作更人性化，減輕使用者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，使其更適合 用戶的操作需求，直接提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 GUI 即人機(jī)交互圖形化用戶界面設(shè)計(jì)?？v觀國(guó)際相關(guān)產(chǎn)業(yè)在圖形化用戶界面設(shè)計(jì)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，許多國(guó)際知名公司早已意識(shí)到 GUI 在產(chǎn)品方面產(chǎn)生的強(qiáng)大增值功能，以及帶動(dòng)的巨大市場(chǎng)價(jià)值，因此在公司內(nèi)部設(shè)立了相關(guān)部門(mén)專門(mén)從事 GUI 的研究與設(shè)計(jì)，同業(yè)間也成立了若干機(jī)構(gòu)，以互相交流 GUI 設(shè)計(jì)理論與經(jīng)驗(yàn)為目的。隨 著中國(guó) IT 產(chǎn)業(yè) ，移動(dòng)通訊產(chǎn)業(yè)，家電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，在產(chǎn)品的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)水平發(fā)展上日顯滯后，這對(duì)于提高產(chǎn)業(yè)綜合素質(zhì)，提升與國(guó)際同等業(yè)者的競(jìng)爭(zhēng)能力等等方面無(wú)疑起了 制約的作用。 目錄 12 GUI 設(shè)計(jì)要求 創(chuàng)建 MATLAB GUI 必須具有以下 3 個(gè)基本元素： （ 1） 組件 在 MATLAB GUI 中的每一個(gè)項(xiàng)目都是一個(gè)圖形化組 件 。組 件 分為 3 類：圖形化控件（按鈕、編輯框、列表、滾動(dòng)條等）、靜態(tài)元素（窗口和文本字符串）、菜單和坐標(biāo)系。圖形化控件和靜態(tài)元素由函數(shù) uicontrol創(chuàng)建，