李学章：基于MATLAB的同步发电机系统仿真
Abstract
Synchronous motor mainly used as a generator. The AC power used in the morden society is mostly generated by the synchronous generator. So, the sychronous generator has great significance to the production and life of human in the society. And,it is easier for people to grasp the various performance indicators under the malfunctions of synchronous generator by studying the malfuncions. Then, people can make the synchronous generator avoid malfunctions when it is running or do some right counter measures to the synchronous generator when it is in malfunctions. So, it is significant to using synchronous generator and its functional extension by studying the malfunctions.
MATLAB is a powerful scientific computing engineering software, and people can implements the emulate experiments and get the corresponding experimental curves of the malfunctions of synchronous generator by using MATLAB. Through using the function of M-file comfiling of MATLAB, people can get the experimental curves by running the M-files of malfunctions. And under the function of GUI, the integrated emulation transfer could be achieved by running the M-files integrated emulation.
Key words: Sychronous Generator; Malfunction; MATLAB; M-file; Graphical User Interface;
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华东交通大学理工学院毕业设计（论文）
目 录
中文摘要 .................................................................... 1 英文摘要 .................................................................... 2 目 录 .................................................................... 3 第1章 绪 论............................................................. 1 1.1论文研究的背景，意义及内容 ............................................ 1 1.1.1论文研究的背景..................................................... 1
1.1.2论文研究的意义..................................................... 1 1.1.3论文研究的内容..................................................... 1 1.2软件的介绍 ............................................................ 1 1.2.1软件的选择......................................................... 1 1.2.2 MATLAB的介绍...................................................... 2 第2章 同步发电机的基本原理和主要机构....................................... 3 2.1同步发电机的基本工作原理 ............................................ 3 2.2 同步发电机的主要结构 .................................................. 4 2.2.1定子............................................................... 4
2.2.2转子............................................................... 4 2.3 同步发电机的额定值 .................................................... 5 第3章 三相同步发电机理论分析............................................... 6 3.1 同步发电机的基本方程 .................................................. 6 3.1.1正方向的规定 ....................................................... 6 3.1.2电势方程和磁链方程................................................. 7
3.1.3坐标变换和dq0 ..................................................... 8 3.1.4电压方程和磁链方程的派克变换...................................... 11 3.2同步发电机的参数及等值电路 ......................................... 13 3.2.1无阻尼绕组同步发电机的参数及等值电路.............................. 13 3.2.2有阻尼绕组同步发电机的参数和等值电路.............................. 15 第4章 同步发电机M文件编写及其运行结果.................................... 17 4.1 同步发电机的数学模型 ................................................. 17 4.2 M文件的编写 ......................................................... 18 4.3 运行结果 ............................................................. 18 第5章 GUI界面的制作 ...................................................... 20 5.1 界面制作 ............................................................. 20
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李学章：基于MATLAB的同步发电机系统仿真
5.1.1登录界面制作...................................................... 20 5.1.2电机仿真系统主界面制作............................................ 21 5.2 界面运行 ............................................................. 23
总 结 ................................................................... 26 参考文献 ................................................................... 27 谢 辞 ................................................................... 28 附 录 ................................................................... 29 附录A:M文件源程序 ....................................................... 29 有阻尼篇： ............................................................... 29 三相同步发电机空载特性M文件： ......................................... 29
三相同步发电机三相突然短路特性M文件： ................................. 30 三相同步发电机三相突然短路及转子绕组M文件： ........................... 31 无阻尼篇： ............................................................... 32 三相同步发电机空载特性M文件： ......................................... 32 三相同步发电机三相突然短路特性M文件： ................................. 33 三相同步发电机三相突然短路及转子绕组M文件： ........................... 34
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华东交通大学理工学院毕业设计（论文）
第1章 绪 论
1.1论文研究的背景，意义及内容
1.1.1论文研究的背景
世界工业进步的一个重要因素是过去几十年中工厂自动化的不断完善。在上个世纪70年代初叶，席卷全球世界先进工业国家的石油危机，迫使他们投入大量人力和财力去研究高效高性能的电机，期望用它来节约能源。由于大型发电机造价昂贵，所以从安全性、经济性和可行性等因素上考虑，设计发电机一般是在实验室通过动模机组进行故障的动态模拟试验研究。MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。
1.1.2论文研究的意义
同步发电机是电力系统的能量提供者，它的控制性能的好坏将直接决定电力系统的安全与稳定运行状况。因此，很多电力系统仿真技术都离不开同步发电机进行建模与仿真的分析与研究。
1.1.3论文研究的内容
本论文研究一下四个方面的内容：
（1）开辟一个窗口，罗列同步发电机各种运行状态的类型供用户选择。 （2）选择类型后，又对应窗口显示该类型实验的项目。 （3）选择实验项目后，有对应窗口显示该实验的说明和帮助。
（4）选择实验特性后，通过按钮可以打开实验对应得仿真模型并运行。
1.2软件的介绍
1.2.1软件的选择
早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段：20世纪40年代模拟计算机仿真；50年代初数字仿真；60年代早期仿真语言的出现等。80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力。我国早在50年代就开始研究仿真技术了，当时主要用于国防领域，以模拟计算机的仿真为主。70年代初开始应用数字计算机进行仿真。随着数字计算机的普及，近20年以来，国际、国内出现了许多专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具，如CSMP，ACSL，SIMNOM，MATLAB/Simulink，Matrix/System Build，CSMP-C
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李学章：基于MATLAB的同步发电机系统仿真
等。根据论文的研究要求，本论文选择了MATLAB仿真。
1.2.2MATLAB的介绍
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具，是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括：数学计算，运算法则的推导，模型仿真和还原，数据分析，采集及可视化，科技和工程制图，开发软件，包括图形用户界面的建立。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
经过几十年的完善和扩充，它已发展成线形代数课程的标准工具。在美国，MATLAB是大学生和研究生必修的课程之一。美国许多大学的实验室都安装有MATLAB，供学习和研究之用。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试验平台，同时SIMULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和Nyquist图。Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。
现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。在20世纪90年代，图形用户界面（GUI）有了飞速的发展，目前GUI已经占据了主要位置，成为各类应用软件系统的主要形式。图形用户界面Graphics User Interface（GUI）用各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、文本框等构建的用户界面，是人机交流的工具和方法。利用用户界面，用户可以直接与计算机进行信息交流，不需了解应用程序究竟是怎样执行各种命令的，而只需了解可见界面组件的使用方法，通过与界面交流就可以使指定的行为得到正确执行。通常在设计发电机仿真时时尽量做到界面友好，最常使用的方法就是使用图形用户界面GUI。
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