成效高性能交流调速系统应用的比例逐年上升能源危机从而得以缓解。从此以后高性 能交流电机的研究从未再停止过。 而且众所周知电机的数学模型是多变量强耦合的非线性系统。对非线性系统中的混 沌和分支现象的研究是当前非线性科学研究的热点在理论上计算机仿真以及实验上都有 了些研究成果提出了些方法。但要从理论上研究个非线性动力系统般比较困难 我们往往希望在保持其动力学特性的基础上将其简化。要简化个动力系统有两条途径 是减少系统的维数二是消除非线性。 同步电机概述 同步电机历来是以转速与电源频率严格保持同步而著称的只要电源频率保持恒定同 步电动机的转速就绝对不变。小到电钟和记录仪表的定时旋转机构大到大型同步电动机直 流发电机组无不利器转速恒定的特点。除此以外同步电动机还有个突出的优点就是 可以控制励磁来调节它的功率因数可使功率因数高到甚至超前。在个工厂中只需要 少数几台大容量恒转速的设备例如水泵空气压缩机等采用同步电动机就足以改善全 厂的功率因数。由于同步电动机起动费事重载有振荡以至于失步的危险因此除了上述要 求以外般的工业设备很少应用。 自从电力电子变频技术蓬勃发展以后情况就完全改变了。采用电压频率协调控制后 同步电动机便和同步电动机样成为调速电机大家庭的员。原来阻碍同步电动机广泛应用 的问题已经得到解决。例如起动问题既然频率可以由低调到高转速也就逐渐升高不需 要任何其他起动措施甚至有些容量达数万千瓦的大型高速拖动电机还专门配上变频装置 作为软起动设备。再如失步问题其起因本来就是由于旋转磁场的同步转速固定不变电机 转子落后的角度太大时便造成失步现在有了转速和频率的闭环控制同步转速可以跟着改 变失步问题自然也就不存在了。 所以同步电机的应用已日趋广泛同步电机将在今后的电机系统研究中占有重要的地 位。 系统仿真技术概述 系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有种特定功 能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程 系统和非工程系统。 工程系统的含义是指由相互关联部件组成的个整体以实现特定的目的。例如电机驱 动自动控制系统是由执行部件功率转换部件检测部件所组成用它来完成电机的转速 位置和其他参数控制的个特定目标。 非工程系统的定义范围很广大至宇宙小至原子只要存在着相互关联相互制约的 关系形成个整体实现种目的的均可以认为是系统。 如果想定量地研究系统地行为可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来构造 出系统的模型。系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的迅速发展和广泛应 用数学模型的应用越来越普遍。 系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式用来表示系统运动过程中的各个量 的关系是分析设计系统的依据。从它所描述系统的运动性质和数学工具来分又可以分 为连续系统离散时间系统离散事件系统混杂系统等。还可细分为线性非线性定常 时变集中参数分布参数确定性随机等子类。 系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的门学科现在尤指利用 计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统模型算法计算机 程序设计与仿真结果显示分析与验证等环节。 仿真软件的发展状况与应用 早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段世纪年代模拟计算机仿真年代 初数字仿真年代早期仿真语言的出现等。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。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 等。 概述 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 还提供时域和频域分析工具能够直接绘制系统的图和图。 系统可分为五个部分 语言。这是种高级矩阵语言其有着控制流程状态功能数据结构输入 输出及面向对象编程的特性。它既有小型编程的功能快速建立小型可弃程序 又有大型编程的功能开发个完整的大型复杂应用程序。 的工作环境。这是套工具和设备方便用户和编程者使用。它包含有 在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发管理调试 。的系列工具。 图形操作。这是的图形系统。它包含有系列高级命令其内容包括二维及三维 数据可视化图形处理动画制作表现图形。同时它也提供低级命令便于用户完全 定制图形界面并在你的软件中建立完整的用户图形界面。 数据功能库。它拥有庞大的数学运算法则的集合包含有基本的加正弦余 弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值功能和快速傅立叶变换。 应用程序编程界面。这是个允许你在界面下编写和程序 的库。它方便从中调用例程即动态链接使成为个计算器 用于读写。 概述 是用于仿真建模及分析动态系统的组程序包它支持线形和非线性系统 能在连续时间离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率也就是用不同 的部分用不同的速率来采样和更新。 提供个图形化用户界面用于建模用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在 此界面下能像用铅笔在纸上样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的 方程式而言有了极大的进步。拥有全面的库如接收器信号源线形及非线形组 块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分因此可以由顶层往下的 步骤也可以选择从底层往上建模。可以在高层上统观系统然后双击模块来观看下层的模 型细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。 在定义了个模型后就可以进行仿真了用综合方法的选择或用的菜单或 命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作当然命令行对于运行仿真 的分支是很有用的。使用或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进步 可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变仿真结果可以放到工作空间 来做后处理和可视化。 模型分析工具包括线性化工具和微调工具它们可以从命令行直接访问同 时还有很多的中的工具。因为和是体的所以可以仿 真分析修改模型在两者中的任环境中进行。 小结 综上所述利用来仿真同步电机的运行情况可以帮助研究者更好更方便的 了解同步电机的特性以便进步改善其效率。 第章同步电机基本原理 理想同步电机 理想同步电机假设 众所周知由于转子结构的不同同步电机可分为隐极机和凸极机两类。以下的研究对 象像都是凸极机。 同步电机的主要特点是定子有三相交流绕组转子为直流励磁。 将电机结构简化后电机内部的磁场分布和相应的感应电势的变化规律仍相当复杂如 步采取定的假设仍难以对它们的运行方式作定量分析。这些假设是 电机铁芯不饱和。这假设不仅意味磁场和各绕组电流间有线形关系也使 在确定空气隙合成磁场时有可能运用叠加原理。 电机有完全对称的磁路和绕组。这假设包含以下几方面定子三相绕组完 全相同空间位置彼此相隔电弧度转子每极的励磁绕组完全相同阻 尼条的设置对称于正交轴。 定子三相绕组的自感磁场定子与转子绕组间的互感磁场沿空气隙按正弦 律分布。这假设表示略去所有的谐波磁势谐波磁通和相应的谐波电势 也略去谐波磁场产生的电磁转矩。 满足上列假设条件的同步电机称为理想同步电机。以下的分析都以理想同步电机为前 提。而时实践证明按理想同步电机条件的分析计算所得误差在允许范围内。 模型的建立 建模背景 因为对于具有阻尼条的凸极机由于空气隙旋转磁场总可以分解为两个轴线与转子正 交轴重合的脉动磁场因此模型得以建立。 取定子各相绕组轴线及其磁链的的正方向轴线的正方向励磁绕组以及正交轴阻 尼绕组磁链的正方向如图所示定子各相绕组电流产生的磁通方向与各该相绕 组轴线的正方向相反时这些电流为正值。换言之定子各相正值电流将产生各该相负值磁 链。转子各绕组电流产生的磁通方向与正轴或交轴正方向相同时这些电流为正值。即 正值转子电流将产生正值转子绕组磁链。  图定子转子各相的旋转坐标定位 按图的电磁量取向即可列出如下的同步电机电压方程和磁链方程 电压方程  其中为求导算子即为各绕组电压为各绕组电流为各绕组电阻为 各绕组合成磁链                                                                           定义为电流电压磁链的共同变量则有   将模型转换为模型可更方便地研究轴上的变量转变成轴上的转换如下 烟台 南山学院 毕业论文 题目具有倒计时功能的交通灯设计 姓名吴俊生 所在学院计算机与电气自动化工程学院 所学专业电子信息工程 班级级班 学号 指导教师吕玉兰 完成时间年月 同步电机模型的仿真 摘要 采用电力电子变频装置实现电压频率协调控制改变了同步电机历来的恒速运行不 能调速的面貌使它和异步电机样成为调速电机大家庭的员。本文针对同步电机中 具有代表性的凸极机在忽略了部分对误差影响较小而使算法复杂度大大增加的因素 如谐波磁势等对其内部电流电压磁通磁链及转矩的相互关系进行了系列 定