【《驻车取力发电机励磁系统数学模型分析》1200字】

驻车取力发电机励磁系统数学模型分析1.1驻车取力发电机数学模型同步发电机作为复杂的非线性系统，建立理想化后的数学模型进行如下假设[52]：（1）忽略铁芯磁饱和特性等影响，使铁芯与磁极之间各系数不变；（2）A、B、C三相绕组完全相同并相差120°，磁动势呈正弦分布；（3）发电机转子关于直轴和交轴完全对称。由物理旋转运动规律，同步发电机转子角速度与转矩规律为：（2-8）式中：—转子角加速度；—转子角；—不平衡转矩。其中：（2-9）式中：—电磁转矩；—机械转矩；—阻尼转矩。考虑到转矩基值和时间基值式（2-9）可写成：（2-10）转矩M与功率P和转速之间存在如下关系：。当同步发电机转矩平衡时此时有，此时式（2-10）又可表示为：（2-11）式中：—惯性时间常数；—机械功率；—电磁功率；—阻尼功率。同步发电机功角和绝对电角度有如下关系：（2-12）其中。根据上式可得：（2-13）同步发电机有功功率方程为：（2-14）式中：,,—a,b,c三相电压；,,—a,b,c三相电流。经过park变换，式（2-14）变换为：（2-15）同步发电机绕组常使用Y形接法，则。式（2-15）为：（2-16）式中：—直轴定子电压；—交轴定子电压；—直轴定子电流；—交轴定子电流。经过坐标变换后可解得：（2-17）式中：—发电机端电压；—空载电动势；、—直轴与交轴电抗。d轴磁链：（2-18）式中：—直轴暂态电抗；—交轴暂态电势。同步发电机在同步转速下，式（2-18）变换为：（2-19）由于。代入式（2-19）可得：（2-20）联立式（2-17）和（2-20）得：（2-21）联立式（2-16）和（2-17）得同步发电机输出功率为：（2-22）一般有，将式（2-20）、（2-21）代入式（2-22），则同步发电机输出功率方程可简化为：（2-23）无功功率表达式为：（2-24）由上述分析可得：（2-25）励磁绕组电压方程为：（2-26）式中：—励磁电压；—励磁电流；—励磁电阻；—励磁磁链之和。将式（2-26）变换为：（2-27）式中：—d轴暂态时间常数。若以标幺值表示式（2-27）又可表示为：（2-28）经过上述推导可得同步发电机基本方程；（2-29）式中：—发电机同步角速度；D—阻尼系数。以及辅助方程：（2-30）1.2励磁控制系统数学模型车载取力发电系统经常有突加和突减大功率负载的情况，在这种情况下，同步发电机端电压会产生振荡，若不尽快恢复稳定，容易引起用电设备工作的异常，造成用电设备的损坏。故需要采用励磁系统在负载变化时调节励磁电流进而调节发电机输出电压。本文建立饱和特性的励磁机数学模型，如图1.2所示[53]。图1.2考虑饱和特性励磁系统Figure1.2Excitationsystemconsideringsaturationcharacteristics图1.2中，ut—发电机端电压；um—测量环节电压，同时作为励磁调节器辅助调节信号；uref—参考电压；uR—励磁机励磁电压；uf—发电机励磁电压；TR—测量环节时间常数；TA—时间常数；TE—时间常数；KA—放大器系数；KE—励磁机自励系数；SE—饱和系数。电压测量环节通常简化为一阶惯性环节，其微分方程表达式如下：（2-31）考虑放大环节的限幅约束，此环节需进行分类讨论：定义时变变量（1）当且时，，。（2）当且时，，。（3）当时，。其中，uRmax—励磁电压上限；uRmin—励磁电压下限。考虑励磁机饱和特性及工作方式，励磁