【導(dǎo)讀】 由于帶整流負(fù)載異步發(fā)動機(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)載或者帶電動機(jī)等動態(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。特征值主要是用來分析異步發(fā)電機(jī)在小擾動下的電機(jī)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(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語言對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場路禍合法，其是一種直接把電磁場方程與電路方程聯(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(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ā．惒桨l(fā)電機(jī)帶整流負(fù)載后，整個(gè)電路就會變?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

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，從而使其得以更好應(yīng)用。