基于MATLAB的带整流负载同步发电机仿真研究.pdf

基于 MATLAB 同步发电机同步发电机模拟研究

摘要：由于整流负载同步发电机系统的建模和解决非常复杂，本文采用了

SimPowerSystems 模块库中的电气元件模块与整流负载同步发电机系统建立了

MATLAB 仿真模型，准确而有效地对该系统各种运行状态进行了动态仿真 分析 ，并与试

测试结果进行了相应的比较。在模拟中 研究 最大短路电流峰值峰值和同步发电机参数

之间的关系，这为带整流负载同步发电机系统的参数设计、故障保护等方面的研究工作提

供了 理论 基础。

关键词：整流 同步发电机 仿真 模型

电站、船舶、飞机等独立供电系统中广泛存在带整流负载的同步发电机系统。

于整流系统模型的 计算 许多学者都关注模拟。但由于同步电机和整流桥数学模型

模型建立和解决的复杂性给人们的分析和研究带来了一些困难

随着 MATLAB 软件的推出 发展 ，该软件计算能力强，电力系统模型完善

同步发电机整流负载的模拟 问题 变得简单准确。本文通过建立带整流负载的同步发送

电机系统的 MATLAB 模拟模型分析了系统的各种动态过程，比较了模拟和试验结果，

证明 MATLAB 模拟模型能满足实际电力系统研究的需要，效果理想。同时，模仿

实际结果对整流系统的参数设计、故障保护、设备运行可靠性具有重要意义

2.1 动态数学模型同步发电机

在分析同步发电机动态数学模型时，假设如下： ①发电机参数恒定； ①磁饱和、磁

滞、涡流 影响 忽略不计； ①定子三相对称； ①忽略磁场的高次谐波

同步电机由定子和转子组成 A 、B 、C 转子上有三个绕组和一个鼓励

磁绕组和两个阻尼绕组之间存在电磁耦合关系。同步发电机 d 轴和 q

轴等值电路图如图所示 1 所示

图 1 同步发电机 d 轴、q 轴等值电路

根据电路 KVL 发电机六个绕组可建立以下六个电路电压平衡方程

(1

(2

(3

(4

(5

(6

中标说明

d 、q ：直轴、交轴重量

R 、s ：转子，定子重量

l 、m ：漏感、自感

f 、k ：励磁绕组分量、阻尼绕组分量

根据六个绕组之间的磁链耦合关系和右手螺旋定则，发电机数学模型的六个

磁链方程如下

(7

(8

(9

(10

(11

(12

2.2 数学模型整流桥

整流桥由三相全波整流电路组成。二极管、晶闸管、GTO 、

MOSFET 、IGBT 由多种形式组成。每根管子的数学模型由导电阻、导电感和前电阻组成

向压降串联。管道的数学模型如下

Vak=(Ron Xon)i Vf(13

式中，Ron ：导通电阻；Xon ：导通电抗；Vf ：前向压

2.3 建立整流系统模型

根据上述同步发电机和整流桥的模拟模型，如图所示 2 的同步发电机整

流系统的模拟模型。滤波电容并联于直流侧，以消除整流桥产生的谐波干扰 C 和电阻

图 2 同步发电机整流系统模拟模拟

在模拟中，同步发电机的输入功率 Pm ，励磁电压Vf 根据负载需要设置初始状态和初始状态

由 Powergui 给出模块。Powergui 模块是 MATLAB6.5 电力系统仿真功能强大

模块可设置电机初始状态、稳态运行计算、电感、频率测量、傅立叶分析等模拟

。Powergui 模块可根据要求同步发电机输出交流线的电压值 Uab 和有功功率值 P 计算出同

步发电机的输入功率 Pm ，励磁电压Vf 参数，如初始状态

模拟与试验分析

系统模拟中的发电机、整流桥和负载参数由试验测量确定。同步发电机为

5kVA/380V ，1500r/min 恒定电压源励磁同步电机(无励磁调节装置) ，整流桥为380V/300A

三相二极管不可控整流桥，滤波电容为 100μF ，负载为4.2 电阻

同步发电机具体参数见表 1

表 1 同步发电机参

以下是对同步电机带整流负载的突加载、突卸载和突然短路动态过程的模拟分析

3.1 整流系统突加负载模仿 分析

由于试验中的整流负载额定功率较小，为了便于模拟结果与试验结果进行比较，模拟

将发电机交流输出线电压(有效值)设置为 42V

如图所示 3 所示(负载开关在 t=1s 时闭合) 。

(a)输出整流桥的电压 Uz 波