利用MATLAB進行發(fā)電機滅磁仿真計算

劉基濤

摘要：本文利用MATLAB進行發(fā)電機滅磁容量和滅磁時間的仿真計算。介紹了滅磁計算使用的模型和相關計算公式。并將仿真數(shù)據(jù)和實際的滅磁數(shù)據(jù)進行了對比，結果表明仿真計算的波形和實際滅磁波形一致，誤差在可以接受的范圍。

Abstract： This paper uses MATLAB to simulate the deexcitation capacity and time of generator. The models and formulas used in de-excitation calculation are introduced. The simulation data and the actual de-excitation data are compared. The results show that the simulation waveform is consistent with the actual de-excitation waveform， and the error is acceptable.

關鍵詞：Matlab;勵磁系統(tǒng);滅磁計算

Key words： MATLAB;excitation system;de-excitation calculation

中圖分類號：TM31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0278-02

0 ?引言

目前，大部分發(fā)電機都采用自并激勵磁系統(tǒng)，勵磁電壓和電流都比較大。在勵磁系統(tǒng)設計中，滅磁電阻的設計選擇是非常重要的。本文利用MATLAB GUI開發(fā)了一個滅磁計算工具，以便在設計過程中參考。

1 ?MATLAB GUI簡介

MATLAB GUI工具是圖形化用戶界面，編程語言采用m語言編程。m語言有豐富的函數(shù)庫，簡單易學，非常適合工程計算使用。

2 ?仿真模型的建立

滅磁開關跳閘后，發(fā)電機轉子繞組中的電流經(jīng)過非線性電阻消耗掉能量。電路圖如圖1所示。

其中 r是轉子繞組的電阻值，R是非線性電阻，If是轉子電流。根據(jù)圖1電路可以列出下面方程：

（1）

式（1）中：

φ是轉子繞組的磁通。由于轉子鐵芯飽和原因，磁通和轉子電流的關系是非線性的。通過發(fā)電機的飽和特性曲線可以建立函數(shù)關系。本文采用MATLAB自帶的多項式擬合函數(shù)“polyfit” 建立轉子磁通和轉子電流的函數(shù)關系。

U是非線性電阻上的壓降。常用的非線性電阻有氧化鋅和碳化硅，本文采用碳化硅來計算。根據(jù)碳化硅電阻樣本，電阻上電壓和電流關系為：

（2）

3 ?初始滅磁電流計算

滅磁計算一般按空載誤強勵計算和發(fā)電機額定運行時三相短路兩種方式計算。

空載誤強勵：

按照勵磁失控，發(fā)電機空載電壓到1.3倍，保護0.3秒后動作跳閘來計算滅磁時初始轉子電流

（3）

式（3）中I0是機端電壓為1.3倍是勵磁電流的大小，Td0 （s）是發(fā)電機定子開路時轉子直軸瞬變時間常數(shù)的飽和值。Uf是跳閘時的勵磁電壓。

三相短路時勵磁電流按照額定勵磁電流計算。

4 ?計算程序和GUI的編寫

①參數(shù)輸入畫面，以上公式中計算的參數(shù)需要輸入發(fā)電機的一些參數(shù)，例如勵磁電壓、勵磁電流、時間常數(shù)等。通過參數(shù)的形式傳遞給計算傳遞給計算函數(shù)。

②通過向后差分法Z變換將式（1）微分方程離散化得到：

其中本文的采樣周期t為0.001秒。將初始值帶入后即可計算出滅磁曲線。

③轉子中的能量是在轉子電阻和滅磁電阻上消耗的，需要分別將這兩部分的能量分別計算出來。轉子電阻上的消耗的功率為r*i2，滅磁電阻上消耗的功率為U*i。將功率積分后即可得到電阻上消耗的能量。

④通過MATLAB的應用程序編譯器，將編寫好的程序編譯生成可執(zhí)行exe文件。在沒有安裝MATLAB的電腦上也能執(zhí)行仿真計算。圖2是仿真設置畫面和仿真曲線。

5 ?仿真與實際滅磁數(shù)據(jù)對比

表1是某發(fā)電機仿真滅磁數(shù)據(jù)和實際滅磁數(shù)據(jù)的對比。

仿真滅磁時：4.4S;實際滅磁時間4.3S。

從表中看出，仿真的滅磁電壓是實際滅磁電壓的94%左右。這是因為使用式（3）中的常數(shù)35和0.4是一個平均值，仿真中的發(fā)電機參數(shù)也都是理論值。這些會導致仿真和實際的誤差。

在工程設計時我們會考慮安全裕量，由于參數(shù)導致的誤差就顯得不那么明顯了。

6 ?總結

本文通過MATLAB GUI編寫了一個滅磁能量仿真計算的工具，介紹了仿真計算的方法。并將仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)經(jīng)行了對比。該工具可以在勵磁設計中使用，作為電阻容量選型的依據(jù)。

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