【文章內(nèi)容簡介】 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)磁場起助磁作王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)6用,會(huì)使發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高。 同步發(fā)電機(jī)的對稱運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)的對稱運(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????對凸極電機(jī)來說： 。asdq0dqjXIjjXIj??? ??；對隱極電機(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 )；華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)各個(gè)相量之間的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系，對于分析和計(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(fù)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(fù)載不對稱，使發(fā)電機(jī)在不對稱負(fù)載下運(yùn)行，因此有必要對發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行加以研究。二、同步發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行帶來的危害同步發(fā)電機(jī)在不對稱負(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)也對發(fā)電機(jī)本身以及電網(wǎng)帶來一些不良后果，因此對同步發(fā)電機(jī)不對稱負(fù)載的程度有一定限制。 三、分析同步發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行的基本方法－對稱分量法分析同步發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行的基本方法是對稱分量法，即將發(fā)電機(jī)不對稱的三相電壓、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(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)的不對稱分析實(shí)例王艷蘋：三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)8單相對中點(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)短路的等效電路華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)10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華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)運(yùn)行仿真及 GUI 設(shè)計(jì)12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。現(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(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(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。如接口對用戶操作的響應(yīng)要迅速、連續(xù)；對持續(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。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13GUI 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系統(tǒng)行為的影