由于传统同步发电机只有一相励磁绕组，发电机励磁电势与定子电压之间的相位角（即功角） ，等于转子q轴与定子电压之间的相位角（即转子位置角） ，欠励时，转子位置角随功角一起增大，当转子位置角大到一定程度时即引起失步，导致系统不稳定；尽管采用电力系统稳定器（ PSS）可以提高系统的动态稳定性，但无法彻底解决传统同步发电机的静态稳定问题，特别是在深吸无功运行状态下的稳定性问题。

　　多相励磁发电机由于转子有二相或三相励磁绕组，具有明显优于传统同步发电机的控制机理和特性，可以稳定运行于深吸无功状态；本文通过对三相交流励磁发电机的转矩特性研究，着重分析他控式发电系统中，转子励磁方式对多相励磁发电机的静态稳定性的影响。

　　2多相励磁发电机的稳定性分析2. 1多相励磁发电机的转矩特性由多相励磁发电机的能量分析可知，三相交流励磁变速发电机转矩特性为：T = P em r = P em1（ 1 - s）（ / P ） （ 1 - s）= T 1 + T 2 + T 3式中： T 1 = 3P （ L m）2 A 2 sr 2 U 2 1 T 2 = - 3P（ L m）2 A 2 r 1 U 2 T 3 = - 3P L m A 2 U 1 U 2 sin（ +′）其中： A = A e j = （ r 1 r 2 - s 2 L 2 0） + j （ s L 2 r 1 + L 1 r 2）为DQ轴坐标系中定子电压与转子电压的初始相角之和，

　　′为与定子电压、转子电压及电机参数有关的移相角可见：交流励磁变速电机的稳定性很大程度上受同步转矩T 3的影响，在发电工况下，为提高发电效率，希望同步转矩T 3为制动转矩，而要同步转矩T 3表现为电动转矩还是制动转矩，与T 1、T 2及原动机输入转矩T有关，而T 1、T 2与电机的参数，特别是转子的电阻大小有关。

　　2. 2励磁系统采用电压反馈时的稳定性在他控式控制系统中，若电机受到扰动而转速发生变化，使转差率s由原来s 0变到s 0 + s，则转子电压为：U 2a = 2 U 2 cos（ s 0 t + 2）（ 1）当励磁系统采用电压反馈，转子为电压源励磁方式时，在D， Q同步坐标系中，转子电压方程式变为：U 2D = 3 U 2 cos（ - s t + 0 + 2）U 2Q = 3 U 2 sin（ - s t + 0 + 2）（ 2）通过坐标变化，并根据电机在扰动状态下的转矩，在运行点进行线性化处理，可以求得他励式控制系统中电机受扰动时的运动方程式为：d 2 dt 2 - P J T s d dt + P J T = 0（ 3）式中：T =′（ ， s 0）→0 =′（ ， s 0）′d′d→0 =′（0， s 0）0 = 3P L m U 1 U 2 B A 2 cos（0 +′） （ 4）其中：A = r r r′2 + s 0 2 L 2 0 + j（ L 1 r′2 - s 0 L 2 r 1）B= r r r′2 - s 0 2 L 2 0 + j （ L 1 r′2 + s 0 L 2 r 1）而T s =′（0， s）s s→0 = T s1 + T s 2 + T s3（ 5）其中T s1 = - 3P r 1（ L m）2 U 2 A 4 < R e（ A ）R e（ B） - I m（ A ）I m（ B） > T s2 = - 3P r 2（ L m）2 U 2 1 A 4 < R e（ A ）R e（ A ） + I m（ A ） I m（ B） > T s3 = - 3P 2r 1 r 2（ L m）3 U 1 U 2 A 4×< （ 1 - s 0） R e（ A ） sin 0 + （ 1 - s 0） I m（ A ） cos 0 >其特征根= 1 2 P J T s±T 2 s - 4 2 J P T（ 6）因此，在他控式控制系统中，电机的静态稳定条件为：T > 0（ 7）T s < 0（ 8）式（ 7）的约束，称为同步稳定条件。它类似于直流励磁的同步电机，由式（ 4）可得：在他控式交流励磁电机中转子励磁电压和定子电压的空间矢量之间的相角差度必须处在- 2 -′< 0 < 2 -′。同时，在这个条件下，发电机的电磁转矩关系式中，同步转矩分量都表现为制动转矩。

　　式（ 8）的约束，称为异步稳定条件。从（ 5）式可见， T s包括三项，其中第一项T s1代表转子励磁电压所决定的转子磁场以（ 1- s）速度切割定子绕组而产生的异步转矩M （ s）曲线，在s= 1附近处的变化斜率，其值一般不大。而T s2代表定子电压所决定的磁场以s 0的速度切割转子，在转子中感应起的电流

　　所产生的异步转矩，即这台电机作异步电动机运行时的M（ s）曲线在s 0附近处的变化斜率，它的数量比较大，是决定异步稳定性的重要因素。第三项T s3为交流励磁变速电机由于转子引入附加电势，影响转子转差功率及其所对应的异步转矩的变化率，根据U 2相位的不同，其值因转子输入还是输出电功率而异。

　　从电机理论可知，异步转矩的特性与转子电阻大小直接相关，转子电阻大，则电机M （ s）曲线比较平坦，但出现最大转矩的临界转差率s max比较大，也就是说，主要由T s2所限定的异步稳定的范围可以扩大，电机可以在较宽的范围内变速运行。反之如转子电阻比较小， M （ s）曲线形状变化比较陡削， s max小；在小型异步电机中，由于转子电阻相对较大，异步稳定性并不会成为限制交流励磁电机变速运行范围的主要因素，但在大型电机中转子电阻比较小，异步稳定性可能成为限制变速运行范围的主要因素，需要通过适当改变转子电压相位，依靠T s3的影响来保证电机具有必要的异步稳定运行范围。

　　2. 3励磁系统采用电流反馈时的稳定性当转子为电流源励磁时，即：i d2 i q2 = - 3 I 2 sin cos（ 9）又： T = P 2 L m（ i q1 i d2 - i d1 i q2）（ 10）可得：T = 3P 2 L m r 2 1 + （ L 1）2 < U 1 I 2（ L 1 sin + r 1 cos ） - I 2 r 1 L m > = - 3P 2 L m r 2 1 + （ L 1）2 I 2 r 1 L m + 3P 2 L m r 2 1 + （ L 1）2 U 1 I 2（ L 1 sin + r 1 cos ）= T i + T s（ 11）式中： T i――为异步转矩T s――为同步转矩可见：当转子为电流源励磁时，电磁转矩同样包括异步转矩和同步转矩，只是其异步转矩分量很小，且与转差率s无关；转矩分量与转差率s的关系曲线如所示：

　　因此，在大部分运行范围内，同步转矩T s都表现为制动转矩，这样，发电机就可以不受异步稳定的限制，在大范围内稳定运行。

　　当转子为电流源励磁时，其运行稳定性的改善，可以从另一个角度来理解，即：由于转子励磁为电流源，而电流源表现为高阻抗，这样相当于增大了转子阻抗，抑制了转子电流的异步分量，从而改善了异步稳定性的限制。

　　在实际三相励磁发电系统中，转子采用交-交变频装置，通过电流反馈构成的矢量控制，实现励磁调节；当电流调节器设计得比较合适，使转子电流能够快速调节时，励磁系统可以看成电流源励磁，这样，发电机的运行将不受异步稳定性的限制。

　　3结论多相励磁发电机具有比传统同步发电机更好的运行稳定性，对于他控式发电系统，受同步稳定性与异步稳定性的限制，而异步稳定性又与转子电阻有很大关系，转子电阻越大，受异步稳定性的限制越小；通过转矩特性研究，结果表明：转子励磁系统采用电流反馈可以使励磁系统具有电流源的特性，从而改善其异步稳定性的限制。