中圖分類號TM341文獻標識碼A文章編號1008—7281【2005】04—0004—05
Design Characteristics 0f Synchronous Generator with Rectifying Load
Li Baolai and Lan Jianjun
Abstract Through comparison analysis of the operation conditions of the synchronoHs generator with rectifying load and with traditional ahemative current load，the design characteristics and methods of synchronous generator with rectifying load are summed up．
Key words Synchronous generator，rectifying-direct current supply．
1 引言
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及大功率電力傳動系統(tǒng)的廣泛應用，對大功率直流電源的需求也越來越多。作為獨立直流電源的傳統(tǒng)形式的換向器式直流發(fā)電機，由于受換向問題的限制以及其結(jié)構(gòu)復雜、維護工作量大等缺點，逐步被帶橋式整流輸出的交流同步發(fā)電機所替代。因此同步發(fā)電機帶整流負載的運行方式越來越普遍，已廣泛應用于艦船電力推進、鐵路牽引、石油鉆探、郵電通訊、電站勵磁等領域。
近年來出現(xiàn)的直流輸電系統(tǒng)使得大型電站主發(fā)電機也處于帶整流負載的運行方式。負載性質(zhì)的變化給同步發(fā)電機的設計提出了新的課題。傳統(tǒng)的交流同步發(fā)電機設計主要針對線性的對稱交流負載，而整流負載是非線性的，電機運行也處于不對稱運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的某些電機設計方法、計算公式已不再適用于這些特殊工況，否則將導致計算誤差增大，甚至會導致錯誤的計算結(jié)果。因此系統(tǒng)地分析研究同步發(fā)電機帶整流負載的運行工況，有針對性地對該工況下的同步發(fā)電機進行專門設計非常必要。
2設計方面的主要區(qū)別
2．1所追求的性能指標不同
傳統(tǒng)的交流同步發(fā)電機所追求的主要是交流輸出電能品質(zhì)，如輸出電壓電流的正弦性、穩(wěn)態(tài)動態(tài)性能等，電機的相數(shù)、頻率、轉(zhuǎn)速等也有嚴格的要求，多為三相工頻、轉(zhuǎn)速要求嚴格同步。而帶整流負載的同步發(fā)電機主要追求輸出直流電能品質(zhì)，如輸出電壓紋波、直流動靜態(tài)性能等，對電機的相數(shù)、頻率等一般不作具體要求，電機轉(zhuǎn)速也沒有傳統(tǒng)同步發(fā)電機要求那么嚴格，甚至某些場合如鐵路機車牽引、主機副軸驅(qū)動等場合下電機轉(zhuǎn)速需在較大范圍內(nèi)變化。
2．2設計輸入?yún)?shù)不同
由于二者所追求性能的不同，導致電機設計輸入?yún)?shù)不同，傳統(tǒng)交流同步機的設計輸入?yún)?shù)一般為容量、額定電壓、額定電流、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速、頻率、相數(shù)等基本參數(shù)，設計時可直接依據(jù)這些給定參數(shù)進行電磁設計計算及性能核算。帶整流負載發(fā)電機的設計輸入?yún)?shù)一般為直流側(cè)電壓、電流、轉(zhuǎn)速等，這些給定數(shù)據(jù)不能直接用于電機設計計算，需要將直流側(cè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為交流側(cè)數(shù)據(jù)后才能進行電機設計。
2．3電機類型不同
由于二者所追求性能的不同，對帶整流負載的同步發(fā)電機，只要能獲得優(yōu)異的平滑直流電，電機有較高的出力和運行效率，不一定選用傳統(tǒng)的三相正弦波同步電機，在以下的論述中可以看到，采用多相方波電機可獲得比三相正弦波電機更優(yōu)異的直流輸出性能和更高的材料利用率。
2．4設計內(nèi)容及方法不同
傳統(tǒng)交流同步機設計是根據(jù)給定設計輸入?yún)?shù)完成電機本體設計，其設計方法和計算程序已非常成熟。帶整流負載的同步發(fā)電機的設計是根據(jù)給定的直流側(cè)參數(shù)完成發(fā)電機和整流器的設計，屬于系統(tǒng)設計。由于系統(tǒng)的性能與電機、整流器均有很大關系，因此設計時必須將發(fā)電機與整流器作為—個整體來綜合考慮，從而使設計變得更為復雜。又由于整流負載的非線性、換流效應、不對稱性等特殊性，使得數(shù)學模型成為時變系數(shù)微分方程，要求在設計方法、性能核算等方面進行有針對性地研究，必要時采用計算機數(shù)值分析和仿真。
3 設計特點
3．1電機類型的選擇
如前所述，整流發(fā)電機只要能輸出穩(wěn)定平滑的直流電，電機出力和效率高，不一定非采用傳統(tǒng)的三相正弦波交流電機。首先采用正弦波電機對整流后的紋波并無好處，相反，為了減少整流電壓脈動，最好選用平頂波形的發(fā)電機。另外傳統(tǒng)的正弦波發(fā)電
