【導(dǎo)讀】利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行仿真過(guò)程中包。論文分六大部分，第一部分是對(duì)電機(jī)的應(yīng)用發(fā)展做了相關(guān)的描述。了解，為進(jìn)行他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真做了基礎(chǔ)。Simulink的仿真中，主要是運(yùn)用到SimPowerSystems里的相關(guān)模塊。的指導(dǎo)下做他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　

【正文】 % 計(jì)算對(duì)應(yīng)于擬合曲線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) % % 計(jì)算端電壓和負(fù)載電流 U=If*Rf。 Ia=(EaU)/Ra。 I=IaIf。 ％ 計(jì)算并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性 plot(I,U，＇Ｋ＇ ) hold on axis([0,100,0,300]) xlabel(’I[A]’) ylabel(’U[A]’) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXIX % 仿真結(jié)果 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性仿真曲線如圖 511 所示。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXX 實(shí)例圖 511 直流發(fā)電機(jī)外特性 有圖 511 可以看出，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)端電壓隨負(fù)載電流的增大而降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是完全一致的，由外特性可見(jiàn)，隨著負(fù)載電流的增加，端部輸出電壓下降。原因：負(fù)載電流增加，電阻壓降 aaIR 增加；電樞反應(yīng)的去 磁作用增強(qiáng)造成每極磁通減小，引起感應(yīng)電勢(shì)下降。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整特性的仿真 建立數(shù)學(xué)模型 由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理設(shè)置一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓為 220V，額定轉(zhuǎn)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXI 為 1000r/min，勵(lì)磁電流為 ，勵(lì)磁繞組的電阻為 293/12。已知它在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的空載特行數(shù)據(jù)如表 53 所示。 表 53 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的空載特性 )(AIf 0 12 )(Vea 15 43 88 130 150 290 291 直流發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性是指在 Nnn? , NUU ?2 的條件下，負(fù)載電流和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系曲線，即 )(IfIf? （ 56） 從原理上講，不同勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)其調(diào)整特性與相應(yīng)的外特性正好相反?？梢愿鶕?jù)外特性的變化，進(jìn)一步得到調(diào)整特性的變化規(guī)律 ［ 16］ 。 MATLAB 程序設(shè)計(jì) MATLAB 程序 ： % 直流發(fā)電機(jī)調(diào)整特性分析 % 將該函數(shù)定義為 dcgeset(dcgeneratorset) % % 下面輸入電機(jī)基本數(shù)據(jù) UN=IfN=。Rf=293/12。Ra=。k=.1。 % 下面輸入 750r/min時(shí)的空載特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（ Ifdata是勵(lì)磁電流， Eadata是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)） Ifdata=[ 0, , , , , , 12]。 Eadata=[15, 43, 88, 130, 150, , 290, 291 ]。 % % 下面進(jìn)行空載特性曲線擬合 p=polyfit(Eadata,Ifdata,3)。 % Iab=0:.01:100。 Eab=UN+Iab*Ra。 Ifb=polyval(p,Eab)。 Ib=IabIfb。 plot(Ib,Ifb) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXII hold on % 仿真結(jié)果 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整特性的仿真曲線如圖 512所示。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXIII 圖 512 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性 由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性曲線可以看出，發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)載電流的增加而增加。由前面做的外特性實(shí)驗(yàn)可知，隨著負(fù)載電流的增加，發(fā)電機(jī)的端電壓降下降。為了維持端電壓不變，必須增加勵(lì)磁電流以抵消電樞反應(yīng)的去磁作用引起的壓降和電樞回路的電阻引起的壓降。所以通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁電流的大小便可以得到恒定的輸出電壓。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXIV 6 電站自并勵(lì)同步發(fā)電機(jī)的起勵(lì)仿真研究 摘要 本文對(duì)自并勵(lì)同步發(fā)電機(jī)的起勵(lì)進(jìn)行了仿真研究，起勵(lì)過(guò)程考慮了轉(zhuǎn)子阻尼組的影響與發(fā)電機(jī)空載特性的非線性，以 及對(duì)起勵(lì)的動(dòng)態(tài)過(guò)程有更深入的認(rèn)知。本文以 300W 汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁的 Matlab 仿真為例 ??6 。 研究意義 起勵(lì)是同步發(fā)電機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電廠對(duì)起勵(lì)快慢并沒(méi)有嚴(yán)格要求，但是對(duì)緊急備用的發(fā)電機(jī)組而言，為了快速消除電網(wǎng)的故障，希望備用機(jī)組快速投入工作，減少機(jī)組起勵(lì)時(shí)間是非常重要的。起勵(lì)時(shí)發(fā)電機(jī)一般處于空載狀態(tài)，其數(shù)學(xué)模型比較簡(jiǎn)單，可看作是時(shí)間常數(shù)為 39。doT 的一階慣性環(huán)節(jié)。但如果考慮了發(fā)電機(jī)空載特性的非線性飽和因素 ， 39。doT 即不再是常數(shù)，且轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組，在起勵(lì)過(guò)程中 d軸阻尼組會(huì)有感應(yīng)作用，對(duì)其勵(lì)過(guò)程也有影響。尤其對(duì)中小型同步發(fā)電機(jī)組，研究其勵(lì)速度的快慢更具有實(shí)際意義。 同步發(fā)電機(jī)起勵(lì)的數(shù)學(xué)方程 利用同步發(fā)電機(jī)在 d、 q軸的 park 微分方程，可列出發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)的勵(lì)磁方程和電壓方程： （ 1） 磁鏈方程： 定子： dadfadd iLiL 1??? （ 61） qqqadq iLiL 11 ??? （ 62） 轉(zhuǎn)子： daddadfff iLiLiL ??? 1? （ 63） 阻尼繞組： ddddfadd iLiLiL 1111 ???? （ 64） qaqqqq iLiL ?? 111? （ 65） （ 2） 電壓方程： 定子： dqdd rippU ??? ??? （ 66） qqqd rippU ??? ??? （ 67） 轉(zhuǎn)子： ffff ripU ?? ? （ 68） 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXV 阻尼繞組： ddd irp 1110 ?? ? （ 69） qqq irp 1110 ?? ? （ 610） 式 （ 61）、（ 62） 中 adL 、 aqL 分別是發(fā)電機(jī)主磁鏈對(duì)應(yīng)的 d、 q 軸互 感； 式 （ 64）、（ 65） 中 dL1 、 qL1 分別是 d、 q軸阻尼繞組電感； 式 （ 67）、（ 68）、（ 69） 中 r 、 fr 、 qr1 分別是定子繞組、轉(zhuǎn)子繞 組 d、 q 軸阻尼繞組因無(wú)外加電壓，則 01 ?qi 。發(fā)電機(jī)為同步旋轉(zhuǎn)，即 0??p 。 同步發(fā)電機(jī)空載特性的數(shù)學(xué)模型 發(fā)電機(jī)空載特性是非線性的，但在合理的技術(shù)性能要求下設(shè)計(jì)的同步發(fā)電機(jī)其特性與常規(guī)空載特性 )(0 iffU ? 基本相同。其數(shù)據(jù)如表 （ 61） 所示 ??13 。 0U 0 if 0 39。0U 0 勵(lì)磁電流的基值為發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下對(duì)應(yīng)極端額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流。為了在仿真中計(jì)算可采用式（ 611）、（ 612）表示。 LifU ?0 bf Ii ? （ 611） ifNMifU ??0 if bI (612) 起勵(lì)仿真結(jié)構(gòu)圖 本文采用 Matlab/Simulink 仿真工具，其內(nèi)有基于 park 方程的同步電機(jī)模型，建立發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)起勵(lì)仿真模型，如圖 61 所示。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXVI 圖 61 同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)起勵(lì)仿真模型 下面對(duì)增益模塊 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖 62 所示。 圖 62 增益模塊 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXVII 對(duì)開(kāi)關(guān)模塊 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖 63 所示。 圖 62 開(kāi)關(guān)模塊 對(duì)示波器模塊 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖 63 所示。 圖 63 示波器模塊 仿真結(jié)果 同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)起勵(lì) Simulink 仿真模型運(yùn)行結(jié)果，如圖 64 所示。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXVIII 圖 64 勵(lì)磁電流 fI 、電壓 fU 及阻尼繞組電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程 圖 64 自并勵(lì)機(jī)組起勵(lì)仿真運(yùn)行結(jié)果，其端電壓 acU 的每一小格代表 1kv，最終穩(wěn)定值約 20kv 勵(lì)磁電壓 fU 、電流 fI 可參照 acU 的讀取。 對(duì)于自并勵(lì)的火電機(jī)組，其轉(zhuǎn)子阻尼繞組的感應(yīng)作用對(duì)起勵(lì)的快慢影響不大，這與機(jī)組阻尼繞組的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)弱有關(guān)，對(duì)阻尼繞組為分布銅條的水電機(jī)組而言，其阻尼效應(yīng)比同容量的火電機(jī)組要弱，對(duì)起勵(lì)的影響會(huì)更小。電廠中 機(jī)組啟動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí) ,將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升至額定值附近 , 然后進(jìn)行起勵(lì)操作 。 將不大的起勵(lì)直流電流通入發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組 , 使發(fā)電機(jī)逐漸激勵(lì)建立起正常電壓使 電網(wǎng)正常工作。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XXXIX 結(jié) 論 本次 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 已全部 完成 設(shè)計(jì) 的任務(wù)，對(duì) 于 直流發(fā)電機(jī) 的相關(guān)知識(shí)有了很好的掌握與思考。 經(jīng)過(guò)三個(gè) 多 月的努力， 我 在 直流發(fā)電機(jī)的 工作特性方面 做了較深入的學(xué)習(xí)，并獨(dú)立 完成了相關(guān)特性 的 仿真圖 ?，F(xiàn)階段已完成的工作及取得的成果主要 有 ： 對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性進(jìn)行室驗(yàn)得出室驗(yàn)結(jié)果，用來(lái)驗(yàn)證和比較用 MATLAB仿真出的結(jié)果是否正確。 對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性進(jìn)行室驗(yàn)得出室驗(yàn)結(jié)果，用來(lái)驗(yàn)證和比較用MATLAB 仿真出的結(jié)果是否正確。 研究他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 的自激特性曲線，在 MATLAB 中編程，對(duì) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 的自激特性進(jìn)行仿真。并在 SIMULINK 中繪制 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 自激的仿真模型并進(jìn)行仿真。 研究 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 的外特性曲線，在 MATLAB 中編程并對(duì)其外特性進(jìn)行仿真。 研究三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性曲線，在 MATLAB 中編程，并對(duì)其調(diào)整特性進(jìn)行仿真。 電站自并勵(lì)同步發(fā)電機(jī)的起勵(lì)仿真研究。 本人查閱了大量國(guó)內(nèi)外關(guān)于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真的技術(shù)文獻(xiàn)，對(duì)當(dāng)前 MATLAB的仿真模擬在發(fā)電機(jī)（組）系統(tǒng)中運(yùn)用的研究和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述，本文在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的仿真上做了許多的工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各工作特性的分析與仿真。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，實(shí)時(shí)性好， 費(fèi)用低。當(dāng)然，大量的文獻(xiàn)還介紹了其他的仿真、分析的方法。 論文在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)各工作特性的進(jìn)行了 MATLAB仿真。接下來(lái)還有許多工作要做，而且還要用 MATLAB對(duì)更多的發(fā)電機(jī)工他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)特性仿真 XL 作特性進(jìn)行仿真，把它們的仿真結(jié)果與實(shí)際的運(yùn)行狀況作對(duì)比，研究出更貼合實(shí)際的仿真過(guò)程。整個(gè)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，而且其中的程序設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建摸等涉及知識(shí)面廣，由于本人水平有限，論文中存在缺陷和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。 致 謝