励磁电源概述

　　励磁电源，取自发电机机端并联变压器。接线方式比较简单，只要发电机在运行，就有励磁电源。该接线方式可靠性高，当外部短路切除后，强励能力便迅速发挥出来。缺点是励磁电源受机端电压影响，当线路首端发生三相短路故障时，由于机端电压下降，会使强励作用有所减弱，对暂态稳定不利，在负荷中心的发电机则可能对系统的电压稳定产生影响，如果较长时间短路未被切除，则不能保证励磁。

　　目前现代大型机组大都采用单元接线方式，发电机经封闭母线接到变压器后直接接至高压电网，发电机出口三相短路的可能性很小，其产生的不利影响可按升压变高压侧故障考虑。对于机端单相接地故障(占短路故障总数的80%左右)，机端电压可达0.7P.U以上，仍可有效进行强励。而且对于这种接线方式，机端故障后应切除发电机，自并励的缺点并不影响发电机。对于发电厂高压母线出口近端三相短路，虽然母线电压大幅度下降会影响强励倍数，但现代电网大都配有快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短路迅速切除(0.1—0.2s)，短路故障一旦切除，发电机电压迅速恢复，强励能力也就跟着恢复。

　　可以说采用现代技术的继电保护及快速断路器，不但弥补了自并励励磁系统在这方面的缺点，而且对保持暂态稳定来说，快速切除故障比提高励磁系统性能更为重要。如果不能迅速地将近端三相短路故障切除，即使采用其它励磁方式，也不能维持发电机的暂态稳定。

多级组合型励磁电源

　　为使电机获得由低同步～超同步的无级调速性能和有功与无功独立调节的运行特性，作为“双馈”调速转子励磁电源的基本条件是：功率可逆流转，且输出电压及其电流的幅值、频率、相位、相序均可调节。从理论上讲，励磁电源可分为二相，三相或多相，下面以选择三相为例加以说明：

　　1、 晶闸管相控整流与有源逆变器组合电源(AC-DC-AC)：相控变流电源

　　它由两组完全相同的全控桥式整流电路组成，具有中间带大电感滤波直流环节。电机侧变流器Ⅰ和电源侧变流器Ⅱ在传递转差功率PS 时既可工作于“整流” 状态(AC-DC)，又可工作于(有源)“逆变”状态(DC-AC)。变压器T是考虑在一定调速范围内转子感应电压与电网相互匹配而设置的。

　　优点：采用电网换流，主控电路简单，PS双向控制易实现。

　　缺点：励磁电流为方波，存在较大谐波转矩;在n→n1时电机侧变流器Ⅰ无换流电压，电机无法跨越同步转速点，系统运行不稳定，需另采取特殊换流措施。.

　　2、 可控整流器与电压型SPWM逆变器组合电源(AC-DC-AC)：SPWM变频电源

　　电源侧变流器Ⅰ是三相全控AC↔DC相控整流器，电机侧变流器Ⅱ是三相电压型SPWM逆变器，具有电容滤波中间直流环节。前者为电网换流，后者为自换流逆变器,采用SPWM调制控制。

　　优点：该组合电源能为转子提供正弦电压或电流，可消除低次谐波转矩，可在同步转速点平滑过渡。

　　缺点：低频区输出波形较差，动态性能较差，大容量装置成本高。

　　3、双高频PWM整流器组合电源(AC-DC-AC)：:双向高功率因素高频整流电源

　　在电源侧与电机侧各接一套三相高频PWM整流电路，通过中间电容滤波直流环节连接起来。当PS 输出转子，电源侧变流器Ⅱ用作高频PWM整流(AC-DC)，电机侧整流器Ⅰ将高频PWM整流器转化为”逆相”运行(DC-AC)，反之，亦然。

　　优点：能向电机转子提供三相正弦波励磁电压和电流，能使电源侧电压和电流为正弦波，且功率因素为1。

　　缺点：可关断器件读，低频特性差，成本高，控制较复杂。

单级励磁电源分类及优缺点

　　该类电源仅有**电能转换器组成。

　　1、晶闸管相控型交~交直接变频器(AC-DC)：直接变频电源.

　　它是三相交~交变频器*简单的一种，由六组三相半波可控整流电路组成。主电路要用18个元件。在大容量系统中，要采用六组三相全控桥式整流电路，要用36个元件。在采用”余弦交迭法”对控制角(α) 进行”调制”控制时，可为转子提供正弦励磁电压或电流。

　　优点：电源无中间直流环节，变换效率高，励磁电压或电流接近正弦波，可减少低次谐波转矩，控流无”死区”存在，低频特性好。，

　　缺点：主电路元件多，控制复杂，输出f0仅为(1/2- 1/3)电源频率。

　　2、矩阵式AC/AC变频电源

　　采用9个二端双向全控逆导开关,(按3×3矩阵排列,可组成三相→三相矩阵式变换器。这是一种”广义电能转换器”，采用高频SPWM控制技术，通过不同控制算法可以变更矩阵结构形式,组成直-直斩波(DC-DC) ……用于双馈电机”起动”; 组成直-交逆变(DC-AC)……用于双馈电机“投励”或低同步运行，组成交-直整流(AC-DC)……用于双馈电机同步运行或超同步运行。采用矩阵式变换器可使双馈电机多变量的协调控制和多运转状态的相互转化大大简化。

　　优点：可使电机侧电压及电流为正弦波，电源侧电流与电源电压同相且为正弦波，调频范围不受限制，可直接通过升频控制使电机反转，灵活的电路结构变化，使变换器具有多种功能。

　　缺点：可关断器件多(18个)，需按严格逻辑程序进行控制，技术不成熟，成本高。

多功能励磁电源

　　双馈电机为适应多变量解耦控制和多运转状态相互转换，其励磁电源要具有斩波、整流、逆变、变频等多种功能，为简化电源结构，减少开关元件，可选择1~2个*基本、*重要的变换器为基础，通过增减n个单向导电元件(二极管)和机械开关的换接以构成多功能变流器。例如可以选择三相不可控整流桥和一套高频PWM整流器作基础，通过D1，D2和K1~K4转换，可获得相控高频PWM整流、斩波及逆变器四种功能，上述四功能变换器分别可适应双馈调速“起动”、“低同步”、“同步”、“超同步”的需要。