Основная часть электроэнергии, необходимая для жизнедеятельности человечества, вырабатывается синхронными генераторами. Генераторы этого типа используются на тепловых и атомных электростанциях, в гидроэлектростанциях, в ветроэлектрических установках.
В энергетике мощность синхронных машин достигает 1500 МВт (турбогенераторы в двухполюсном исполнении) и 2000 МВт (турбогенераторы в четырехполюсном исполнении). В автономных электроэнергетических установках (ЭЭС) используются синхронные генераторы меньшей мощности. Типичная структура оборудования мощной электростанции представлена на рис. 1 [1].
На рисунке изображен первичный источник энергии – турбина, синхронный генератор, шкаф системы возбуждения (СВ), шкаф системы управления, повышающий трансформатор, высоковольтная линия электропередачи и другие устройства. Как видно из рисунка, СВ является одним из основных устройств электростанции.
Возбуждение электрической машины можно определить как создание в ней основного магнитного потока. Для возбуждения СГ широко применяют изделия силовой электроники. В России основным производителем тиристоров является ОАО «Электровыпрямитель». Из зарубежных производителей тиристоров можно выделить фирму ABB, которая выпускает тиристоры на напряжения до 8500 В и токи более 4000 А [2]. Мощные тиристоры используются в СВ многих предприятий, в том числе в СВ производства ПАО «Силовые машины». Возбудители этой фирмы успешно эксплуатируются на 140 крупнейших электростанциях мира.
Транзисторные СВ для СГ пока не имеют широкого распространения. Одна из причин заключается в том, что модули IGBT выпускаются на меньшие напряжения и токи (параметры наиболее мощных модулей – 6500 В, 600 А). Однако есть примеры развития этого направления техники. Имеются указания на транзисторные системы независимого возбуждения СГ в каталоге изделий фирмы Siemens, в книге Boldea. Транзисторные СВ применяются для управления асинхронизированными машинами в ВЭУ, в гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Исследуются перспективы применения транзисторных СВ для СГ традиционного исполнения.