【文章內(nèi)容簡介】 性在同步發(fā)電機(jī)理論中有著重要作用：① 判斷電機(jī)設(shè)計(jì)是否合理。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。③通過測取空載特性來判斷三相繞組的對(duì)稱性以及勵(lì)磁系統(tǒng)的故障。 （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。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵(lì)磁電流和負(fù)載功率因子為常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓 U 與負(fù)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(fù)載功率因子為常數(shù)時(shí),勵(lì)磁電流 If 與負(fù)載電流 I 之間的關(guān)系。在外特性中，從空載到額定負(fù)載時(shí)電壓的變化程度稱為電壓變化率 U，常用百分?jǐn)?shù)表示為20～40％。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵(lì)磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，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。當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對(duì)稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場均可近似地認(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 E0 與電樞電流 I 之間的時(shí)間相位差。電樞反應(yīng)磁場還與負(fù)載情況有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載為電感性時(shí)，電樞反應(yīng)磁場起去磁作用，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電壓降低；當(dāng)負(fù)載呈電容性時(shí)，電樞反應(yīng)磁場起助磁作華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7用,會(huì)使發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高。 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)的電勢方程式和相量圖來分析。一、電勢方程式負(fù)載后，發(fā)電機(jī)電樞繞組中存在的電勢：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。發(fā)電機(jī)每相的電勢方程為： 。 0asEU????對(duì)凸極電機(jī)來說： 。asdq0dqjXIjjXIj??? ??；對(duì)隱極電機(jī)來說： 。sa0sajI?；二、電勢相量圖同步電機(jī)理論中，用電勢相量圖來進(jìn)行分析是十分重要和方便的方法。作相量圖時(shí)，與 的夾角為負(fù)載功率因子角 j，X s 為已知量，根據(jù)方程式求得 。 U?aI 0E?（1）隱極電機(jī)相量圖畫法（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。；?sajaI?④ 作出由 的首端指向 尾端的相量,該相量便是 。X? 0E?ABCaI? sajXI?U???? 圖 隱極電機(jī)向量圖(2)凸極電機(jī)相量圖畫法（如圖 ）① 在水平方位作出相量 錯(cuò)開 j 角作 ；U?aI?② 在 的尾端加上相量 ，超前于 90176。經(jīng)過 首端和 尾端的直線為 方?qaXIU?qajXI?0E?位(q 軸 )；王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)8③ 將 分解為 和 ；aI?dI?q⑤ 根據(jù)方程 作出 。0dEUjXIj???0E?相量圖很直觀地顯示了同步電機(jī)各個(gè)相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對(duì)于分析和計(jì)算同步電機(jī)的許多問題有較大的幫助作用。 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。二、同步發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行帶來的危害同步發(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。 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。實(shí)踐證明，就基波而言，不計(jì)飽和時(shí)，所得結(jié)果基本上是正確的。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。第一步：列出邊界條件： （210AkBCIU??????1）第二步：利用對(duì)稱分量法求出各序電流分量。 （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。 （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。 （20120220()AAAAEEIIjjxx???????????3）AU?B? CU?CI?AI?BI? 1kI?AB圖 單相中點(diǎn)短路簡圖1x～?AE?IU2x?A?I0AI?Ux 單相中點(diǎn)短路的等效電路王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)10 （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。 AU?BC?II?ACB 2k第一步：列出邊界條件： (28)20ABCkIIU???????? 第二步：利用對(duì)稱分量法求各序電流和電壓 (29)22220 31()111333000kAABBBC jIIIII????? ??????????????????????????????????????圖 兩相間短路簡圖華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11因此 （2203AkIjI?????????10）由于 ，所以 ，根據(jù) 可求出正、負(fù)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(jī)相間短路時(shí)的等效電路，如圖 所示。第四步：根據(jù)等效電路求短路電流。 （21212022()AAAkBBEIjjxxIII????????????????12）因?yàn)?，得到：0AI? （22 212121123()()()AAAAkEEEjjjxxxx???????????????13）第五步：求各相電壓將正、負(fù)序電流表達(dá)式代入相序方程式得： （2212AUxE?????????14）故未短路相（即 A 相）的電壓為： （221AAxU????15）1x～?AE?IU2x?A?I0AI?Ux圖 兩相間短路等效電路圖王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)12短路相的電壓則為： （222 21()2BCBAAAxUUUE???????????????????16）華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13第三章 三相同步發(fā)電機(jī)仿真應(yīng)用方法 Matlab 的應(yīng)用 Matlab 是一種用于工程計(jì)算的高性能程序設(shè)計(jì)語言，它集成了計(jì)算功能、符號(hào)運(yùn)算、數(shù)據(jù)可視化等功能，以及圖形用戶接口設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用程序接口技術(shù)。其代碼編寫工程與數(shù)學(xué)推導(dǎo)構(gòu)成的格式很接近，使得編程更加直觀和方便。 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。從傳統(tǒng)的命令輸入格式發(fā)展為圖形用戶的交互方式。在圖形用戶接口下，用戶無須記憶大量繁瑣的命令，而只須通過鼠標(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?，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)語言也都發(fā)展成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言，通過這些高級(jí)語言設(shè)計(jì)出的程序和軟件，直接給出圖形用戶接口的開發(fā)環(huán)境。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。所謂圖形用戶接口，簡單地說就是包含了各種圖形控制對(duì)象，如圖形窗口、菜單、對(duì)話框及文本等內(nèi)容的圖形接口。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。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)。在該軟件中，創(chuàng)建的圖形用戶接口對(duì)象通常包含以下 3 類：用戶接口控制、下拉菜單和內(nèi)容菜單。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。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。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） 。GUI 的設(shè)計(jì)原則：（1）簡單性設(shè)計(jì)接口時(shí)，應(yīng)力求簡潔、直接、清晰地體現(xiàn)出接口的功能和特征。那些可有可無的功能應(yīng)盡量刪去，以保持接口的整潔。設(shè)計(jì)的圖形接口直觀，為此應(yīng)多采用圖形，而盡量避免數(shù)值。設(shè)計(jì)接口應(yīng)經(jīng)量減少窗口數(shù)目，力避在不同窗口之間進(jìn)行來回切換。（2）一致性所謂一致性有兩層含義：一是，讀者自己開發(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。這是因?yàn)橛脩粼诔醮问褂眯陆涌跁r(shí)，總習(xí)慣于憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試探。比方說，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)。（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)。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。（4）其它考慮因素除了以上對(duì)接口的靜態(tài)要求外，還應(yīng)注意接口的動(dòng)態(tài)性能。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)間較長的運(yùn)算，要給出等待時(shí)間提示，并允許用戶中斷運(yùn)算。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。 Simulink 的建模Simulink 是一個(gè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。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)。在 Simulink 提供的圖形用戶接口上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。它外表以方塊圖形呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。從建模角度將，這既適用于自上而下（Topdown ）的設(shè)計(jì)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(jì)。從分析研究角度講，這種 Simulink 模型不僅能讓用戶知道具體環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，而且能讓用戶清晰地了解各器件、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。在 Simuink 環(huán)境下，用戶將擺脫理論演繹時(shí)必須做理想化假設(shè)的無奈，觀察到現(xiàn)實(shí)世界中摩擦、風(fēng)阻、齒隙、飽和、死區(qū)等非線性因素和各種隨即因素對(duì)系統(tǒng)行為的影響。在 S