电力系统的数字仿真是在不需要真实系统参与的情况下，利用仿真模型来做模拟运行，具有改变参数方便，重复性好等优点，在电力系统的分析和设计中得到了广泛的应用。无刷励磁方式的特点是取消了有刷励磁系统中的滑动接触部分，没有发热、电火花、磨损、噪音等问题，维护简单，可靠性高，可长期连续运行，特别适用于无人看管的自动化站或有易燃气体、粉尘的恶劣环境，在大中型同步电机中得到了广泛的应用。因此对其进行仿真研究有重要的意义。建立同步发电机仿真模型的方法很多，基于电路模型的方法只是其中的一种。
一般来讲电机具有电路模型应具备两个条件：①定、转子各个回路的电流要有统一的频率。②各个回路间的互阻抗要可逆。就静止的电机一般都能满足这两个要求，但对于工作状态的电机来讲转子旋转，定子和转子间常具有不同的频率，定、转子的电抗也常常是转角θ的正弦函数，进行坐标变换后，即把定子静止的坐标系变换到转子旋转的坐标系，使定子和转子具有同一的频率，并时变的电感系数变成了常数。
在新坐标系内采用标幺值或基值，采用适当的方法计算互感，使互感成为可逆。并不是所有的电机都能满足以上的条件具有等效电路模型，同步电机、感应电机都能够满足上述要求，从而具有等效电路模型。
1同步发电机d，q，0坐标系下的数学模型1.1同步发电机d，q，0坐标系下的基本电磁关系式（1）（12）中：dψ、di、qψ、qi分别为纵轴、横轴磁链和电流；d1ψ、di1、q1ψ、qi1分别为纵、横轴阻尼绕组磁链和电流；fdψ、fdi为励磁绕组磁链和电流。
1.2同步发电机的等效电路模型当转子上有励磁绕组、一个纵轴阻尼绕组、一个横轴阻尼时，定子纵轴磁链方程及励磁绕组和纵轴阻尼绕组的电压方程 （15）由式（13）（15）可得等效电路图。
2同步发电机的Simulink模型无刷励磁系统各模块如所示，其中整流桥模型都是由PSB集中的二极管模块连接而成，在不能完全兼容的工具箱间进行连接时，都需进行信号转换，由电压、电流测量模块来完成。
电感、电阻、受控源模块间的连接按照d轴等效电路（）的方式进行，数值运算模块的主要数值取自电感、电阻元件的输出量ifd、id，根据式（1）进行运算，其中（01=di），向q轴部分输出dωψ的运算结果。通过数值运算结果输出实现了d轴等效电路与q轴等效电路磁链间的相互作用。
所示为q轴仿真模块图。与d轴仿真模块图类似，q轴仿真模块图中也主要使用了电感、受控源及数值运算模块，电感、受控源的连接方式与其等效电路（）的连接方式相同，数值运算模块通过数值运算（式（2））后向d轴仿真模块输出ωψq的运算结果，模拟d轴仿真模块中发生的q轴产生的互感磁链的作用。
反馈模块主要由坐标变换模块、受控源模块、电阻模块及电压测量模块组成。反馈信号取自d轴模块中的电流di和q轴模块中的电流iq。坐标变换模块将id、iq变换成三相电流ai、bi、ci，三相电流分别流经反馈电阻r1、r2、r3，与反馈电阻并联的3个电压测量模块分别测得反馈电阻的端电压后向第二个坐标变换模块进行信号输出，输出信号经坐标变换后转换为d，q，0坐标系下的反馈电压信号，反馈信号与发电机的输入端口相连，将负载端电压变化了的电压信号送入发电机的输入端口，使电机具有内部调节能力。
负载短路模块主要由理想开关模块和阶跃模块组成，在每相负载相连的阶跃模块中设置阶跃时间即短路时间，稳态短路过程中短路时刻自时刻0起，三相突然短路过程当中短路时刻大于0，短路时刻相同。由于理想开关内阻设置很小，当理想开关闭合时即相当于相负载短接。
3仿真结果及其分析突然三相短路是同步电机运行过程中可能出现的严重故障，是典型的电机动态过程，也是分析其它动态过程的基础。1是突然短路时主发电机励磁电流和相电流波形图。
仿真结果表明：突然短路时励磁电流的冲击值很大，励磁电流的过电压极容易损坏励磁绕组，对电机造成损坏。突然短路时电流的冲击值之所以大是因短路时磁路磁阻发生了变化，即磁路所经过的磁阻减小，致使产生了巨大的冲击电流。
4结论同步发电机整流系统是独立供电系统的核心部件，采用基于电路模型的仿真方法对其进行研究具有物理意义清晰、明确的特点，可以通过这种仿真方法来研究同步发电机整流系统的突然短路、突加负载、低频振荡以及整流器故障等许多问题，为无刷励磁交、直流电力系统的分析提供理论依据。
