【文章內(nèi)容簡介】 到，方程中的各項(xiàng)電感系數(shù)都變?yōu)槌?shù)了。因?yàn)槎ㄗ尤嗬@組已被假象的等效繞組dd和qq所代替，這兩個繞組的軸線總是分別與d軸和q軸一致的，而d軸向和q軸向的磁導(dǎo)系數(shù)是與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)的，因此磁鏈與電流的關(guān)系（電感系數(shù)）自然亦與轉(zhuǎn)子角無關(guān)。式（314）中的和分別是定子的等效繞組dd和qq的電感系數(shù)，稱為直軸同步電感和交軸同步電感。當(dāng)轉(zhuǎn)子各繞組開路（即，），定子通以三相對稱電流，且電流的通用相量同d軸重疊時，氣隙中僅存在直軸磁場。這時定子的任一相繞組的磁鏈和電流的比值為就是直軸同步電感系數(shù)。由于磁鏈包含了另外兩組電流所產(chǎn)生的互感磁鏈，因?yàn)槭且环N一相等值電感。同對應(yīng)的電抗就是直軸同步電抗。如果定子電流的通用相量同q軸重疊，則有=0，氣隙僅存在交軸磁場，定子任一相繞組的磁鏈和電流的比值便是交軸同步電感系數(shù)，即同電感系數(shù)對應(yīng)的電抗就是交軸同步電抗。當(dāng)轉(zhuǎn)子各繞組開路，定子通以三相零軸電流時，定子任一相繞組（計(jì)及另兩相的互感）的電感系數(shù)就是零軸電感系數(shù)。還必須指出，式（314）右端的系數(shù)矩陣變得不對稱了，即定子等效繞組和轉(zhuǎn)子繞組間的互感系數(shù)不能互易了。從數(shù)學(xué)上講，這是由于所采用的變換矩陣不是正交矩陣的緣故。在物理意義上，定子對轉(zhuǎn)子的互感中出現(xiàn)系數(shù)，是因?yàn)槎ㄗ尤嗪铣纱艅觿莸姆禐橐幌啻艅觿莸谋?。由于系?shù)矩陣的不對稱，將使得分析計(jì)算帶來麻煩，為使式（314）的系數(shù)矩陣為對稱，常采用的方法是標(biāo)幺值。我們可以通過適當(dāng)?shù)倪x取基準(zhǔn)值方法來達(dá)到目的。考慮到，則式（314）用標(biāo)幺值表示，即可寫為 (315)從abc坐標(biāo)系統(tǒng)到dq0坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，在數(shù)學(xué)上代表了一種線性變換，而它的物理意義則在于把觀察者的觀察點(diǎn)從靜止的定子上轉(zhuǎn)移到了轉(zhuǎn)子上。由于這一轉(zhuǎn)變，定子的靜止三相繞組被兩個同轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的等效繞組所代替，并且三相的對稱交流變成了直流。這樣就使得發(fā)電機(jī)各繞組之間的電磁關(guān)系有如靜止的變壓器的電磁關(guān)系。派克變換并沒有改變發(fā)電機(jī)內(nèi)容的電磁關(guān)系，只是改變了對物理量的表達(dá)式。習(xí)慣上常將dq0系統(tǒng)中的電勢方程和磁鏈方程合稱為同步電機(jī)的基本方程，亦稱派克方程。這組方程比較精確地描述了同步電機(jī)的電磁過程，它是同步電機(jī)暫態(tài)分析的基礎(chǔ)。無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)，即不計(jì)轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組DD和。當(dāng)發(fā)電機(jī)空載時，由于，由磁鏈方程式（315），可得 (316)其中，代表勵磁電流對定子繞組產(chǎn)生的互感磁鏈（即工作磁鏈或互感磁鏈）。定義在定子繞組上感應(yīng)的電動勢，通常稱為空載電動勢（它是由d軸上的磁鏈產(chǎn)生，在q軸上的電動勢）。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)負(fù)載時，考慮到此時、、均為恒定不變的值（正弦量經(jīng)派克變換后為常量）。若再近似地認(rèn)為r=0,則由派克方程有 (317) (318)由于、為常量，式（317）、式（318）可以改寫成大寫表示 (319) (320)考慮到、則式（319）、（320）用矢量表示 (321)式（321）中的兩式相加可得即 (322)同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的相量圖和等值電路分別示于圖34和圖35圖 34同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行相量圖 (a)縱軸向 （b）橫軸向圖 35 凸極機(jī)的等值電路對于凸極機(jī)來說，由于，所以穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，它必須用直軸（d軸）和交軸（q軸）方向的兩個等值電路來表示。而對于隱極式發(fā)電機(jī)，由于，則式（323）可以寫為 (323)對應(yīng)的等值電路為圖36的形式。圖36 隱極機(jī)等值電路對于有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)，在轉(zhuǎn)子的直軸（d軸）方向上有勵磁繞組（ff）阻尼繞組（DD）,在交軸方向上有阻尼繞組（）。由于在結(jié)構(gòu)上有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)僅比無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)增加了二個阻尼繞組。因此，有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)突然發(fā)生三相短路后的暫態(tài)過程與無阻尼繞組的同步發(fā)電的情況基本相似，定子電流的同步發(fā)電機(jī)突然發(fā)生三相短路后暫態(tài)過程與無阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)的情況基本相似，定子電流中包含有基頻分量的增量和直流電流以及倍頻電流分量，轉(zhuǎn)子電流中包含有直流增量和基頻電流分量。有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然發(fā)生三相短路后引起的暫態(tài)過程，通常分為兩個階段。故障后最初階段稱為次暫態(tài)過程，稍后的階段仍稱作暫態(tài)過程。在這二個過程中，磁鏈、電流、電壓的變化規(guī)律分別取決于同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)參數(shù)和暫態(tài)參數(shù)。要找出合適次暫態(tài)過程計(jì)算的次暫態(tài)參數(shù)，就如同研究無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過程一樣，需要找到在短路瞬間不會發(fā)生突變的次暫態(tài)電動勢和與之相對應(yīng)的次暫態(tài)電抗。如前所述，若定子三相繞組（ax、by、cz）用d軸和q軸上的二個等效繞組（dd和qq）來等效，則在有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)d軸和q軸上分別有ff、dd、DD繞組qq、 繞組。如圖37所示。圖37 有阻尼繞組的發(fā)電機(jī)等效d軸和q軸上的繞組如圖37所示，在d軸方向上存在著三個繞組（ff、dd、DD），它們相對靜止，其相互間的電磁關(guān)系與三繞組變壓器相似，類同于三繞組變壓器等值電路的形式，可作出有阻尼繞組的同步發(fā)電機(jī)在d軸方向上磁鏈平衡的等值電路，如圖38所示。根據(jù)戴維南定理，可求出從dd端看的等效電動勢和等效電抗。如果定義這個等效電動勢為、等效電抗為，即 (324) (325)圖38 有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)d軸磁鏈平衡等值電路稱為次暫態(tài)電動勢的q軸分量，它同勵磁繞組的總磁鏈呈現(xiàn)線性關(guān)系。在運(yùn)行狀態(tài)突變瞬間，和都不能突變，所以也不能突變。稱為次暫態(tài)電抗。這樣就可以得到用、表示的有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)的d軸等值電路，如圖39所示。圖39 有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)d軸等值電路第4章 同步發(fā)電機(jī)M文件編寫及其運(yùn)行結(jié)果三相同步發(fā)電機(jī)仿真程序的編寫基于同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，因此，首先要建立發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行分為對稱運(yùn)行和不對稱運(yùn)行。對稱運(yùn)行采用dq0系統(tǒng)仿真，不對稱運(yùn)行采用系統(tǒng)仿真。本文只分析對稱運(yùn)行狀態(tài)，故根據(jù)第三章分析，可以建立在dq0坐標(biāo)系統(tǒng)下的發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，其模型如下：式中 d、qdq0坐標(biāo)系軸坐標(biāo)； R、s定轉(zhuǎn)子軸坐標(biāo)； L、m自感和互感； f、k勵磁繞組和阻尼繞組。上述數(shù)學(xué)模型是在假設(shè)發(fā)電機(jī)含有阻尼繞組的基礎(chǔ)上寫出來的；當(dāng)發(fā)電機(jī)沒有阻尼繞組時，在上述數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上去掉相應(yīng)的電壓方程和磁鏈方程即可。即 M文件的編寫發(fā)電機(jī)基本參數(shù)如下：r=。Rfd=。Rkd=。Rkq=。Ufd=24。w=377。Ll=。Lmd=。Lmq=。Llfd=。Llkd=。Llkq=。M文件的編寫分兩部分，一部分是各種狀態(tài)下微分方程的M函數(shù)程序，另一部分是編寫求解各種狀態(tài)微分方程的函數(shù)程序。各種狀態(tài)程序的區(qū)別如下：有阻尼繞組和無阻尼繞組的區(qū)別：有阻尼繞組各參數(shù)矩陣比無阻尼繞組多兩列阻尼繞組在d、q坐標(biāo)下分量。有阻尼繞組是五維矩陣，無阻尼繞組是三維矩陣。三相同步發(fā)電機(jī)空載特性、三相突然短路及轉(zhuǎn)子繞組，定子繞組突加對稱電壓的區(qū)別：電壓分量、y0及仿真時間初始化不同。由此我們可以體會到，微分方程求解類計(jì)算機(jī)仿真問題，初始化設(shè)定正確與否對求解結(jié)果影響很大。各種狀態(tài)的程序見附錄A。三相同步發(fā)電機(jī)各種狀態(tài)M文件編譯正確，其運(yùn)行結(jié)果如下：（1）三相同步發(fā)電機(jī)空載特性： 由圖可知：Ifd代表是勵磁電流，無阻尼繞組勵磁電流比阻尼繞組更快達(dá)到穩(wěn)定值，更快的穩(wěn)定運(yùn)行。（2）三相同步發(fā)電機(jī)三相突然短路： 由圖可知：無阻尼繞組各項(xiàng)電流比有阻尼繞組收斂要快，更快達(dá)到穩(wěn)定。其中有阻尼繞組勵磁電流要比無阻尼繞組的幅值大。（3）三相同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，定子繞組突加對稱電壓： 由圖可知：無阻尼繞組各項(xiàng)電流比有阻尼繞組收斂要快，更快達(dá)到穩(wěn)定。第5章 GUI界面的制作圖形用戶界面（Graphical User Interfaces,GUI）是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對象（Objects）構(gòu)成的一個用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些對象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動作或變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等。界面制作包括界面設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)。具體制作步驟如下。（1）分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計(jì)任務(wù)；（2）在稿紙上繪出界面草圖，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)）界面并檢查；（4）編寫界面動態(tài)工程的程序，對功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。（1）設(shè)計(jì)界面。使用Guide命令打開快速開始界面，選擇Blank GUI,彈出空白的可視化界面環(huán)境窗口，調(diào)整圖形大小，將界面窗口右邊的圖形對象面板中的控件拖到空白窗口中。放置以下控件：一個坐標(biāo)軸、三個靜態(tài)文本框、兩個動態(tài)文本框、兩個按鈕；然后打開對象對齊工具對齊各控件，界面布局如圖51所示。圖51 界面布局（2）設(shè)置各控件的屬性。根據(jù)各控件的作用分別設(shè)置完個控件的屬性。單擊工具欄的激活圖形圖標(biāo)，或選擇菜單ToolsRun 命令，需先保存，在此保存為a1文件，可以看到運(yùn)行的用戶界面。如圖52所示。圖52用戶界面（3）回調(diào)函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)為某對象的行為，是執(zhí)行某項(xiàng)操作所產(chǎn)生的動作。在設(shè)置完個控件的屬性后，需寫回調(diào)函數(shù)，使各按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。選擇菜單ViewObject CallbacksCallback，可以看到4個空白的funtion。然后在空白處寫入相應(yīng)的程序段。（4）背景實(shí)現(xiàn)。由于MATLAB中，插入圖片不能像VB、VC那樣直接插入，必須通過編程實(shí)現(xiàn)，不能通過屬性設(shè)置實(shí)現(xiàn)。具體方法如下：① 將設(shè)計(jì)好的背景圖片保存在程序所在目錄；② 由于圖像只能是坐標(biāo)軸對象的子對象，所以必須創(chuàng)建一個坐標(biāo)軸對象；將坐標(biāo)軸對象的Units屬性設(shè)為normalized,position屬性設(shè)為[0 0 1 1]，以使圖片布滿整個圖形窗口；③ 利用imread函數(shù)讀出圖片的數(shù)據(jù)，imread函數(shù)的調(diào)用格式為Pdata=imread(39。PictureFileName39。, 39。PictureFormat39。)。其中PictureFileName為圖片名字，PictureFormat為圖片格式，Pdata以矩陣形式保存圖片數(shù)據(jù)；④ 用image函數(shù)創(chuàng)建圖對象；⑤ 將坐標(biāo)軸對象的Visble屬性設(shè)為off,隱藏坐標(biāo)軸對象。這樣登錄界