交流励磁电机的励磁装置
仪器信息网 · 2011-03-24 00:39 · 35204 次点击
流励磁电机(ACEM)的励磁装置可以由电机或用电力电子变流器构成,但由交流换向电机构成的励磁系统,因为具有许多众所周知的缺点,现在已经不采用了。
现代ACEM励磁系统由电力电子变频器构成,即所谓的励磁变频器。由于ACEM系统都应用于大容量场合,作为发电机时,一般为10MW以上,作为电动机也常达兆瓦级以上,而ACEM励磁变频器一般为电机容量的15~30%,因而其容量相应也很大。
另外,励磁变频器的谐波特性对ACEM系统控制性能,交流励磁发电机输出电能质量或交流励磁电动机注入电网谐波电流的多少等有直接影响。
随着电力电子技术的发展,交流调速中应用的变频器类型已有很多,按关断方式可以大致分类为自关断型、强迫关断(辅助换流)型和自然换相型等。
1、自关断器件即全控型器件,一般采用斩频控制方式,构成各种形式的斩控变频器。其中具有中间直流环节的中小容量PWM变频器在技术上已经非常成熟,应用非常广泛;大容量PWM变频器采用GTO器件,用于ACEM系统作为励磁变频器在日本获得了一些成功的应用,但因触发驱动系统较为复杂,可靠性也较差,应用不是很广。不经中间直流环节的斩控型直接变频电路又称为矩阵式变频电路,国内外不少学者对之作了充分的理论研究。研究表明矩阵式变频器在性能上有许多优点,但是电路复杂,控制算法更是非常繁琐复杂,这种变频器尚未进入实用阶段(注:现已有产品出现)。中间直流环节采用大电容作电压强制滤波的变频器为电压源型,采用大电抗作电流强制滤波的为电流源型。电流源型变频器输出电流为矩形脉冲波,由于矩形波电流谐波成分大,不适用于作交流励磁。现代PWM变频器中应用的脉宽调制技术(PWM技术)各式各样,种类丰富,其输出谐波特性也各不相同。由于半控型器件——晶闸管功率大,价格低廉,工作可靠,也是我国技术上最为成熟的电力电子器件,目前在大容量应用中,以晶闸管为功率开关器件的变流器仍往往是首选方案。
2、强制关断型变频器采用半控器件——普通晶闸管,采用这种变频器励磁的ACEM系统可实现亚同步至超同步区的平滑过渡,且可实现功率因数自由调节,但因其容量等级受换相电容的换相能力限制,开关频率也较低,而且其电路结构繁杂,可靠性差。对于大功率变频器来说,只有自然换相类变频器可用。
3、自然换相的大功率变频器又可分为两类:
(1)交-直-交间接变频器
由整流器(交-直变流器)、逆变器(直-交变流器)及中间直流环节(电抗器)三部分组成。整流器中的晶闸管用电源的交流电压关断,逆变器的晶闸管用负载电机的反电势关断。变频器的输出电压(电流)幅值由整流器控制,输出频率由逆变器控制,它的主要特点是输出电流一般为120度六阶梯波,电机损耗增加,转矩脉动严重;逆变器必须依靠电机的反电势来实现换流,一般用于无换向器电机系统。
(2)交—交直接变频器
交—交直接变频器,简称交交变频器,又称直接变频器或周波变频器(CycloConverter)。早在二十世纪三十年代,交交变频器就已经设计出来了,以汞弧整流器作为变流元件的装置曾在欧洲用于电力机车上。由于元件性能的限制,没能得到推广。晶闸管器件的出现和电力电子技术的进步促进了交交变频技术的深入研究和广泛应用。