中图分类号TM341文献标识码A文章编号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
随着电力电子技术的飞速发展以及大功率电力传动系统的广泛应用，对大功率直流电源的需求也越来越多。作为独立直流电源的传统形式的换向器式直流发电机，由于受换向问题的限制以及其结构复杂、维护工作量大等缺点，逐步被带桥式整流输出的交流同步发电机所替代。因此同步发电机带整流负载的运行方式越来越普遍，已广泛应用于舰船电力推进、铁路牵引、石油钻探、邮电通讯、电站励磁等领域。
近年来出现的直流输电系统使得大型电站主发电机也处于带整流负载的运行方式。负载性质的变化给同步发电机的设计提出了新的课题。传统的交流同步发电机设计主要针对线性的对称交流负载，而整流负载是非线性的，电机运行也处于不对称运行状态。传统的某些电机设计方法、计算公式已不再适用于这些特殊工况，否则将导致计算误差增大，甚至会导致错误的计算结果。因此系统地分析研究同步发电机带整流负载的运行工况，有针对性地对该工况下的同步发电机进行专门设计非常必要。
2设计方面的主要区别
2．1所追求的性能指标不同
传统的交流同步发电机所追求的主要是交流输出电能品质，如输出电压电流的正弦性、稳态动态性能等，电机的相数、频率、转速等也有严格的要求，多为三相工频、转速要求严格同步。而带整流负载的同步发电机主要追求输出直流电能品质，如输出电压纹波、直流动静态性能等，对电机的相数、频率等一般不作具体要求，电机转速也没有传统同步发电机要求那么严格，甚至某些场合如铁路机车牵引、主机副轴驱动等场合下电机转速需在较大范围内变化。
2．2设计输入参数不同
由于二者所追求性能的不同，导致电机设计输入参数不同，传统交流同步机的设计输入参数一般为容量、额定电压、额定电流、功率因数、转速、频率、相数等基本参数，设计时可直接依据这些给定参数进行电磁设计计算及性能核算。带整流负载发电机的设计输入参数一般为直流侧电压、电流、转速等，这些给定数据不能直接用于电机设计计算，需要将直流侧的数据转化为交流侧数据后才能进行电机设计。
2．3电机类型不同
由于二者所追求性能的不同，对带整流负载的同步发电机，只要能获得优异的平滑直流电，电机有较高的出力和运行效率，不一定选用传统的三相正弦波同步电机，在以下的论述中可以看到，采用多相方波电机可获得比三相正弦波电机更优异的直流输出性能和更高的材料利用率。
2．4设计内容及方法不同
传统交流同步机设计是根据给定设计输入参数完成电机本体设计，其设计方法和计算程序已非常成熟。带整流负载的同步发电机的设计是根据给定的直流侧参数完成发电机和整流器的设计，属于系统设计。由于系统的性能与电机、整流器均有很大关系，因此设计时必须将发电机与整流器作为—个整体来综合考虑，从而使设计变得更为复杂。又由于整流负载的非线性、换流效应、不对称性等特殊性，使得数学模型成为时变系数微分方程，要求在设计方法、性能核算等方面进行有针对性地研究，必要时采用计算机数值分析和仿真。
3 设计特点
3．1电机类型的选择
如前所述，整流发电机只要能输出稳定平滑的直流电，电机出力和效率高，不一定非采用传统的三相正弦波交流电机。首先采用正弦波电机对整流后的纹波并无好处，相反，为了减少整流电压脉动，最好选用平顶波形的发电机。另外传统的正弦波发电
