【文章內(nèi)容簡介】 同步發(fā)電機理論中有著重要作用：① 判斷電機設(shè)計是否合理。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稱性以及勵磁系統(tǒng)的故障。 （2）負載運行特性 　負載運行特性主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負載功率因子為常數(shù)時，發(fā)電機端電壓 U 與負載電流 I 之間的關(guān)系，調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負載功率因子為常數(shù)時,勵磁電流 If 與負載電流 I 之間的關(guān)系。在外特性中，從空載到額定負載時電壓的變化程度稱為電壓變化率 U，常用百分數(shù)表示為20～40％。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負載，它是上升的，而在容性負載下，一般是下降的。當發(fā)電機接上對稱負載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(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)電機的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規(guī)律分布，它們之間的空間相位差取決于空載電動勢 E0 與電樞電流 I 之間的時間相位差。電樞反應(yīng)磁場還與負載情況有關(guān)。當發(fā)電機的負載為電感性時，電樞反應(yīng)磁場起去磁作用，會導致發(fā)電機的電壓降低；當負載呈電容性時，電樞反應(yīng)磁場起助磁作王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計6用,會使發(fā)電機的輸出電壓升高。 同步發(fā)電機的對稱運行同步發(fā)電機的對稱運行從同步電機的電勢方程式和相量圖來分析。一、電勢方程式負載后，發(fā)電機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)電機每相的電勢方程為： 。 0asEU????對凸極電機來說： 。asdq0dqjXIjjXIj??? ??；對隱極電機來說： 。sa0sajI?；二、電勢相量圖同步電機理論中，用電勢相量圖來進行分析是十分重要和方便的方法。作相量圖時，與 的夾角為負載功率因子角 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 隱極電機向量圖(2)凸極電機相量圖畫法（如圖 ）① 在水平方位作出相量 錯開 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 )；華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7③ 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各個相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對于分析和計算同步電機的許多問題有較大的幫助作用。 ABCqajXI?0E?U????qjXIaI?qI?dI? qd 圖 凸極電機向量圖 同步發(fā)電機的不對稱運行 概述一、研究的必要性實際中，由于電網(wǎng)中負載的不斷變動以及大型的單相負載，使三相電壓和電流任何時候不可能絕對地對稱，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載輸電線由于某些原因發(fā)生碰線而引起不對稱短路等，這些情況都造成負載不對稱，使發(fā)電機在不對稱負載下運行，因此有必要對發(fā)電機的不對稱運行加以研究。二、同步發(fā)電機不對稱運行帶來的危害同步發(fā)電機在不對稱負載下運行時，電樞電流和端電壓都將出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象，使接到電網(wǎng)上的變壓器和電動機運行情況變壞，效率降低，同時也對發(fā)電機本身以及電網(wǎng)帶來一些不良后果，因此對同步發(fā)電機不對稱負載的程度有一定限制。 三、分析同步發(fā)電機不對稱運行的基本方法－對稱分量法分析同步發(fā)電機不對稱運行的基本方法是對稱分量法，即將發(fā)電機不對稱的三相電壓、電流分解為正序、負序和零序分量，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，就得到實際的不對稱相電流和相電壓。實踐證明，就基波而言，不計飽和時，所得結(jié)果基本上是正確的。四、采用對稱分量法分析不對稱問題的基本步驟(1）先列出不對稱情況的邊界條件；(2）用對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、負序和零序分量迭加，求得各相的電流和電壓。 同步發(fā)電機的不對稱分析實例王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計8單相對中點短路規(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)電機單相對中點短路的等效電路。 （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 單相中點短路簡圖1x～?AE?IU2x?A?I0AI?Ux 單相中點短路的等效電路華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 （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 兩相間短路簡圖王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計10因此 （2203AkIjI?????????10）由于 ，所以 ，根據(jù) 可求出正、負序電壓為：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)電機相間短路時的等效電路，如圖 所示。第四步：根據(jù)等效電路求短路電流。 （21212022()AAAkBBEIjjxxIII????????????????12）因為 ，得到：0AI? （22 212121123()()()AAAAkEEEjjjxxxx???????????????13）第五步：求各相電壓將正、負序電流表達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華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11短路相的電壓則為： （222 21()2BCBAAAxUUUE???????????????????16）王艷蘋：三相同步發(fā)電機運行仿真及 GUI 設(shè)計12第三章 三相同步發(fā)電機仿真應(yīng)用方法 Matlab 的應(yīng)用 Matlab 是一種用于工程計算的高性能程序設(shè)計語言，它集成了計算功能、符號運算、數(shù)據(jù)可視化等功能，以及圖形用戶接口設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用程序接口技術(shù)。其代碼編寫工程與數(shù)學推導構(gòu)成的格式很接近，使得編程更加直觀和方便。 GUI 設(shè)計隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人與計算機之間的交互信息發(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，而只須通過鼠標等便捷的方式與計算機交互信息、選擇想要運行的程序、控制程序的運行、實時顯示圖形信息?，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行的，而且各種高級語言也都發(fā)展成面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，通過這些高級語言設(shè)計出的程序和軟件，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象，如圖形窗口、菜單、對話框及文本等內(nèi)容的圖形接口。利用該圖形接口，用戶可以方便地和計算機進行信息交流。MATLAB 作為最強大的科學計算軟件，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大程度的增強和改進。在該軟件中，創(chuàng)建的圖形用戶接口對象通常包含以下 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；下拉菜單對象能夠創(chuàng)建各種菜單和子菜單；內(nèi)容菜單對象能夠創(chuàng)建內(nèi)容式菜單，如彈出式菜單等。根據(jù)這些圖形對象，用戶可以設(shè)計出功能強大的圖形用戶接口。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)計原則：（1）簡單性設(shè)計接口時，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)計接口應(yīng)經(jīng)量減少窗口數(shù)目，力避在不同窗口之間進行來回切換。（2）一致性所謂一致性有兩層含義：一是，讀者自己開發(fā)的接口風格盡量一致；二是，新設(shè)計的接口要與其它已有的接口風格不要截然相左。這是因為用戶在初次使用新接口時，總習慣于憑經(jīng)驗進行試探。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）習常性設(shè)計新接口時，應(yīng)盡量使用人們所熟悉的標志和符號。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)熟悉標志作出正確猜測，自學入門。（4）其它考慮因素除了以上對接口的靜態(tài)要求外，還應(yīng)注意接口的動態(tài)性能。如接口對用戶操作的響應(yīng)要迅速、連續(xù)；對持續(xù)時間較長的運算，要給出等待時間提示，并允許用戶中斷運算。華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13GUI 的一般制作步驟：（1）分析接口所要求實現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計任務(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，上機制作（靜態(tài)）接口，并檢查之；（4）編寫接口動態(tài)功能的程序，對功能進行逐項檢查。 Simulink 的建模Simulink 是一個進行動態(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，只要進行鼠標的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復雜的仿真模型。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。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)的動態(tài)細節(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必須做理想化假設(shè)的無奈，觀察到現(xiàn)實世界中摩擦、風阻、齒隙、飽和、死區(qū)等非線性因素和各種隨即因素對系統(tǒng)行為的影