帶整流負載異步發電機技術研究

【摘要】由于帶整流負載異步發動機具有可靠性高，成本低，功率密度高等優點，在電力系統直流供電模塊中有重要應用。本文介紹了異步發電機帶線性負載穩態和暫態的研究方法，同時也討論了異步發電機帶整流負載外特性研究方法。最后，對于異步發電機帶整流負載諧波進行相關分析。

【關鍵詞】異步發電機；整流負載；諧波

【中圖分類號】F407.61【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)05-0230-01

1異步發電機帶線性負載穩態研究方法

步發電機的穩態研究主要是利用異步發電的一相等值電路，然后針對等值電路利用回路阻抗法或者節點導納法列寫電路方程，通過求解方程獲得異步發電機的各種待求參數。

圖1中各量均折算到定子側，并將實際參數折算到額定頻率下的標么值。其中f₁為實際頻率與額定頻率(50Hz)之比，n為實際轉速與額定轉速之比，發電機通常帶電阻、電感靜態負載或者帶電動機等動態負載，圖1為直接帶電阻負載電路，由電路可以得出兩種主要的分析方法：①回路阻抗法 ；②點導納法。異步發電機穩態運行時，公式①、②中回路電流I₁和機端電壓U₁不能為零，那么只有使得回路阻抗或者節點導納為零。無論是回路導納方程零還是節點導納方程為零，經過化簡后都是一個含有實部和虛部的復數方程，這里取實部和虛部分別為零，得到一個以激磁電抗X_m，定子電流頻率f₁為變量的高階非線性方程組。于方程次數高達七階，采用一般的微分降階方法無法求取合理的方程解，常用的求解方法有“Newton-Raphson”法和優化計算方法。“Newton-Raphson”法雖然具有較高的精度與較快收斂速度，但求解過程受初值選擇限制，可以選擇優化算法作為分析方法，優化算法具有收斂速度快，計算精度高等優點，非常適合求解高次方程。

2異步發電機帶線性負載暫態研究方法

異步發電機暫態研究主要為了確定異步發電機建壓過程中電容值大小選取或電機參數及負載變化時電路中的電壓和電流變化情況，為了解異步發電機暫態過程中各物理量變化情況并為電機的設計提供理論基礎，相關的研究方法經常采用特征值分析法。特征值主要是用來分析異步發電機在小擾動下的電機建壓的臨界問題，也可以用來確定最小建壓激磁電容值，在電機模型的線性化過程之后，基于模型的穩定性的參考坐標系，系統方程式可以用矩陣的形式表現如下：③px＝Ax＋Bu。當特征根中的任何一個的實部大于零時，異步發電機將會自激建壓，在異步發電機空載建壓的狀態矩陣A中，在保證電機參數不變的情況下，只有一個變量，即自激電容C，它可以人為的確定，它影響了系統特征根的分布，在異步發電機存在剩磁的條件下，只有激磁電容滿足一定的數值時，才能使系統的特征根中有一個實部為正的，異步發電機能夠自激建壓。這里選取的坐標系是定子靜止坐標系，由文獻[14]可知在此坐標系下，異步發電機定子上的電量是隨時間變化的正弦量，因此在異步發電機建壓穩定后，應該能夠維持正弦變化的電壓，也就是系統處于等幅震蕩狀態，這時系統應存在實部為零的特征根，而不能存在實部大于零的特征根，否則系統將難以穩定。另外，還可以利用PARK變換轉換為d-q軸等效電路進行相關求解。

3異步發電機帶整流負載外特性研究方法

異步發電機帶非線性負載外特性分析主要用來研究異步發電機帶整流負載后整流橋直流側交流側電壓電流的變化情況，交流側的研究也包含了電機木身內部參數的變化對直一交側的影響，通常為了穩定直流側的電壓，需要改變交流側的激磁電容或者電機轉速，由于帶整流橋后整個電路的運行要受非線性整流橋導通關斷的約束，無法直接得到整個電路系統的穩態等值電路，目前國內外的研究主要包含異步帶可控整流系統和不可控整流系統的分析研究，其研究方法主要有以下幾種：①電路分析法，電路分析法是分析異步發電機及整流系統的主要方法。②回路電流法，基于電路拓撲理論的回路電流法是一種分析異步發電機帶較為復雜負載電路的有效方法，具體的思路是首先選擇所有的獨立回路并給出回路的正方向，根據回路與支路是否關聯以及相互間的正方向是否一致寫出基本回路矩陣，然后將每個回路中所包含的支路電感、電容、電阻元件分別根據自身電壓通過其電流大小利用向后Euler法數值公式處理為微分方程式，進而得到用于暫態分析的電阻、電感、電容元件的瞬時等值電路，從而得到了元件上電壓和電流的任意時刻關系方程，使得元件具有時變性，最后利用基爾霍夫電壓定律列寫每個回路方程，利用MATLAB語言對回路矩陣方程電流求解，得到支路瞬時電流和支路瞬時電壓。③場路禍合法，其是一種直接把電磁場方程與電路方程聯立求解的分析方法，電路分析法中磁鏈一般寫成電感與電流相乘的形式，用電路中的電感參數反映電機的電磁關系場路藕合分析法中的磁鏈直接用磁通密度或者向量磁位等場量表示，而這些場量常常通過離散電磁場方程并用有限元法獲取。④利用工具軟件仿真法，工具軟件仿真法是一種方便簡捷的分析方法，主要分為兩類一類是利用電路系統的數學模型建模仿真，這類仿真一般借助Matlab中的Simulink。

4異步發電機帶整流負載諧波分析

正弦電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。但當正弦波施加在非線性電路上時，電流就會變為非正弦波，非正弦波電路在電路阻抗中產生壓降，使電壓波形也變為非正弦波。異步發電機帶整流負載后，整個電路就會變為非線性電路，異步發電機輸出的電壓電流將發生畸變，整流橋直流的電壓波形也將變為周期脈波，其大小取一個周期內的平均值。

5結語

本文介紹了異步發電機帶線性負載穩態和暫態的研究方法，同時也討論了異步發電機帶整流負載外特性研究方法。最后，對于異步發電機帶整流負載諧波進行相關分析。通過本文分析，希望能夠對于帶整流負載的異步發電機有著更為深刻的認識，從而使其得以更好應用。

參考文獻

[1]李向榮，林莉，成濤.異步發電機與同步發電機的靜態穩定性比較[J].電工技術，1999，03

[2]范新林，楊戈秀，石梅.異步發電機的應用[J].農村電氣化，2008，09