【導(dǎo)讀】 由于帶整流負(fù)載異步發(fā)動(dòng)機(jī)具有可靠性高，成本低，功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)直流供電模塊中有重要應(yīng)用。本文介紹了異步發(fā)電機(jī)帶線性負(fù)載穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的研究方法，同時(shí)也討論了異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載外特性研究方法。最后，對(duì)于異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載諧波進(jìn)行相關(guān)分析。一、異步發(fā)電機(jī)帶線性負(fù)載穩(wěn)態(tài)研究方法

步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)研究主要是利用異步發(fā)電的一相等值電路，然后針對(duì)等值電路利用回路阻抗法或者節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法列寫電路方程，通過求解方程獲得異步發(fā)電機(jī)的各種待求參數(shù)。

各量均折算到定子側(cè)，并將實(shí)際參數(shù)折算到額定頻率下的標(biāo)么值。其中f1為實(shí)際頻率與額定頻率(50Hz)之比，n為實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比，發(fā)電機(jī)通常帶電阻、電感靜態(tài)負(fù)載或者帶電動(dòng)機(jī)等動(dòng)態(tài)負(fù)載，圖1為直接帶電阻負(fù)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(diǎn)導(dǎo)納法。異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，公式①、②中回路電流I1和機(jī)端電壓U1不能為零，那么只有使得回路阻抗或者節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納為零。無(wú)論是回路導(dǎo)納方程零還是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程為零，經(jīng)過化簡(jiǎn)后都是一個(gè)含有實(shí)部和虛部的復(fù)數(shù)方程，這里取實(shí)部和虛部分別為零，得到一個(gè)以激磁電抗Xm，定子電流頻率f1為變量的高階非線性方程組。于方程次數(shù)高達(dá)七階，采用一般的微分降階方法無(wú)法求取合理的方程解，常用的求解方法有“Newton-Raphson”法和優(yōu)化計(jì)算方法?！癗ewton-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(yōu)化算法作為分析方法，優(yōu)化算法具有收斂速度快，計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合求解高次方程。

二、異步發(fā)電機(jī)帶線性負(fù)載暫態(tài)研究方法

異步發(fā)電機(jī)暫態(tài)研究主要為了確定異步發(fā)電機(jī)建壓過程中電容值大小選取或電機(jī)參數(shù)及負(fù)載變化時(shí)電路中的電壓和電流變化情況，為了解異步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中各物理量變化情況并為電機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，相關(guān)的研究方法經(jīng)常采用特征值分析法。特征值主要是用來(lái)分析異步發(fā)電機(jī)在小擾動(dòng)下的電機(jī)建壓的臨界問題，也可以用來(lái)確定最小建壓激磁電容值，在電機(jī)模型的線性化過程之后，基于模型的穩(wěn)定性的參考坐標(biāo)系，系統(tǒng)方程式可以用矩陣的形式表現(xiàn)如下：③px=Ax+Bu。當(dāng)特征根中的任何一個(gè)的實(shí)部大于零時(shí)，異步發(fā)電機(jī)將會(huì)自激建壓，在異步發(fā)電機(jī)空載建壓的狀態(tài)矩陣A中，在保證電機(jī)參數(shù)不變的情況下，只有一個(gè)變量，即自激電容C，它可以人為的確定，它影響了系統(tǒng)特征根的分布，在異步發(fā)電機(jī)存在剩磁的條件下，只有激磁電容滿足一定的數(shù)值時(shí)，才能使系統(tǒng)的特征根中有一個(gè)實(shí)部為正的，異步發(fā)電機(jī)能夠自激建壓。這里選取的坐標(biāo)系是定子靜止坐標(biāo)系，由文獻(xiàn)[14]可知在此坐標(biāo)系下，異步發(fā)電機(jī)定子上的電量是隨時(shí)間變化的正弦量，因此在異步發(fā)電機(jī)建壓穩(wěn)定后，應(yīng)該能夠維持正弦變化的電壓，也就是系統(tǒng)處于等幅震蕩狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)存在實(shí)部為零的特征根，而不能存在實(shí)部大于零的特征根，否則系統(tǒng)將難以穩(wěn)定。另外，還可以利用PARK變換轉(zhuǎn)換為d-q軸等效電路進(jìn)行相關(guān)求解。

三、異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載外特性研究方法

異步發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載外特性分析主要用來(lái)研究異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載后整流橋直流側(cè)交流側(cè)電壓電流的變化情況，交流側(cè)的研究也包含了電機(jī)木身內(nèi)部參數(shù)的變化對(duì)直一交側(cè)的影響，通常為了穩(wěn)定直流側(cè)的電壓，需要改變交流側(cè)的激磁電容或者電機(jī)轉(zhuǎn)速，由于帶整流橋后整個(gè)電路的運(yùn)行要受非線性整流橋?qū)P(guān)斷的約束，無(wú)法直接得到整個(gè)電路系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等值電路，目前國(guó)內(nèi)外的研究主要包含異步帶可控整流系統(tǒng)和不可控整流系統(tǒng)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(fā)電機(jī)及整流系統(tǒng)的主要方法。②回路電流法，基于電路拓?fù)淅碚摰幕芈冯娏鞣ㄊ且环N分析異步發(fā)電機(jī)帶較為復(fù)雜負(fù)載電路的有效方法，具體的思路是首先選擇所有的獨(dú)立回路并給出回路的正方向，根據(jù)回路與支路是否關(guān)聯(lián)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(gè)回路中所包含的支路電感、電容、電阻元件分別根據(jù)自身電壓通過其電流大小利用向后Euler法數(shù)值公式處理為微分方程式，進(jìn)而得到用于暫態(tài)分析的電阻、電感、電容元件的瞬時(shí)等值電路，從而得到了元件上電壓和電流的任意時(shí)刻關(guān)系方程，使得元件具有時(shí)變性，最后利用基爾霍夫電壓定律列寫每個(gè)回路方程，利用MATLAB語(yǔ)言對(duì)回路矩陣方程電流求解，得到支路瞬時(shí)電流和支路瞬時(shí)電壓。③場(chǎng)路禍合法，其是一種直接把電磁場(chǎng)方程與電路方程聯(lián)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(shù)反映電機(jī)的電磁關(guān)系場(chǎng)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(chǎng)量表示，而這些場(chǎng)量常常通過離散電磁場(chǎng)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(jiǎn)捷的分析方法，主要分為兩類一類是利用電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建模仿真，這類仿真一般借助Matlab中的Simulink。

四、異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載諧波分析

正弦電壓施加在線性無(wú)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(guān)系，仍為同頻率的正弦波。但當(dāng)正弦波施加在非線性電路上時(shí)，電流就會(huì)變?yōu)榉钦也?，非正弦波電路在電路阻抗中產(chǎn)生壓降，使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載后，整個(gè)電路就會(huì)變?yōu)榉蔷€性電路，異步發(fā)電機(jī)輸出的電壓電流將發(fā)生畸變，整流橋直流的電壓波形也將變?yōu)橹芷诿}波，其大小取一個(gè)周期內(nèi)的平均值。

五、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了異步發(fā)電機(jī)帶線性負(fù)載穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的研究方法，同時(shí)也討論了異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載外特性研究方法。最后，對(duì)于異步發(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載諧波進(jìn)行相關(guān)分析。通過本文分析，希望能夠?qū)τ趲д髫?fù)載的異步發(fā)電機(jī)有著更為深刻的認(rèn)識(shí)，從而使其得以更好應(yīng)用。