【正文】 位差 1? 滿足 010 18090 ??? ，有功 率 為； 0co s 1111 ?? ?ImUP （ 25） 電極將輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。也就是說 ,感應(yīng) 電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行時(shí)，即從電網(wǎng)吸取勵磁電流，又向電網(wǎng)輸送一定的有功功率，此時(shí)的 感應(yīng) 電機(jī)就作 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 圖 23 為 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列 在日本及歐洲，中臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)應(yīng)用較廣，臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)已形成系列。發(fā)電機(jī)上部裝有推力軸承和導(dǎo)軸承，下不裝導(dǎo)軸承，也有采用下導(dǎo)軸承和水輪機(jī)軸承共用的結(jié)構(gòu)。 冷卻方式多為軸 — 徑向管道式通風(fēng)。 A. 臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)一般轉(zhuǎn)速較高，故結(jié)構(gòu)上以臥式居多。在單機(jī)容量和電壓相同的情況下， 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)要比同步發(fā)電機(jī)價(jià)廉，發(fā)電成本低，不存在并網(wǎng)誤操作問題，電機(jī)效率也大大提高。自勵三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)一般接有兩種作用的電容器，一種稱主電容器固定接在 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的定子繞組出線上；另一種稱輔助電容器分別接在配電線路上，即在負(fù)載端接輔助電容器。國外學(xué)者為解決這一問題 也 進(jìn)行了深入的研究，但都沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，因此在此就 只作簡單 介紹，主要研究討論三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)的原理、特性及應(yīng)用等相關(guān)問題。在急需用電而又沒有發(fā)電機(jī)時(shí)，可以利用農(nóng)村常用的鼠籠式 感應(yīng) 電動機(jī)加接適當(dāng)容量的電容，改裝成 感應(yīng)發(fā)電機(jī)，解決燃眉之急。目前，隨著可控硅控制的靜態(tài)無功伏安源的進(jìn)一步發(fā)展， 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的應(yīng)用又開始熱起來。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)需從電網(wǎng)吸收無功功率，如不采取辦法就會影響電網(wǎng)的供電效率，所以一般都要配備發(fā)出無功的設(shè)備。為改善 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的性能，有人采用了雙輸出 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)要用于變速發(fā)電，就要采用變速器或改變?nèi)~片漿距的方法控制原動機(jī)轉(zhuǎn)速，這就增加了成本和維護(hù)難度。如，在新西蘭已經(jīng)有 50%以上的水電站安裝 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)，并認(rèn)為經(jīng)濟(jì)上合理的容量范圍是 75kW— 6000kW；在英國，僅英格蘭北部電力系統(tǒng)就安裝了29 臺容量為 30kW— 5000kW 不等的 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)；日本從 1959 年開始研究感應(yīng) 發(fā)電機(jī)，目前已有容量范圍 ： 50Hz 的 500kW— 5000kW 及 60Hz 的600kW— 6000kW；此外世界上其它一些國家也對 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)作了大量的研究。到 20 世紀(jì) 50 年代前后， 感河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 應(yīng) 發(fā)電 機(jī)在水電、熱電站輔機(jī)發(fā)電、自備電站等場合都有應(yīng)用，同時(shí)在歐洲也建立了一批 感應(yīng) 發(fā)電站。然而，由于感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有結(jié) 構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便且動態(tài)性能良好等優(yōu)點(diǎn)， 越來越受到人們的 重視，并已成功地應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、小水電等系統(tǒng)中 ，隨著技術(shù)的進(jìn)步感應(yīng)發(fā)電機(jī)還將用于大型水力發(fā)電機(jī) ，應(yīng)用前景看好 。 此外，在某些缺電的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村，斷電后所啟用的應(yīng)急小型柴 （ 汽 ）油發(fā)電機(jī)組中，也有不少采用 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 1 緒論 引言 社會的發(fā)展總是與生產(chǎn) 力的發(fā)展密切相關(guān)的， 然 而 ， 生產(chǎn)力發(fā)展中一個(gè)非常重要的內(nèi)容就是能源開發(fā)利用方式的進(jìn)步，可以說能源開發(fā)利用方式的革新與完善是人類進(jìn)步的基石。在很多 場合 、很多情況下 ， 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的小型同步發(fā)電機(jī)。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)研究發(fā)展現(xiàn)狀 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)原理于 1901 年由法國人 Loblance 首次提出，然而于同步發(fā)電機(jī)相比其應(yīng)用是極為有限。美國的 Soctlendl 北方水電局建設(shè)了由一臺感應(yīng) 發(fā)電機(jī)裝備的水電站，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)，該電站運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，在電壓 11kV 50 周波電機(jī) 303r/min 時(shí)發(fā)出 5000kW 的額定功率，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)，電機(jī)作電動機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生 6500P(約 4875kW)軸功率驅(qū)動水泵江水從低水位提升到高水位。 隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高、線路的增長、當(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時(shí)，線路和電站將出現(xiàn)持續(xù)的工頻過電壓。而 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)無需直流勵磁，具有結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固可靠，維護(hù)便利，并網(wǎng)容易，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可在一定的變速范圍內(nèi)直接用于變速發(fā)電。雙輸出 感應(yīng) 發(fā)電河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 機(jī)采用繞線式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子端經(jīng)整流 逆變裝置與電網(wǎng)連接，控制逆變器晶閘管導(dǎo)通角，維持定子電流不變。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，還必須由電容來 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自激，而且端電壓和頻率都會隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化，因此需要一套控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 雖然 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用較少，但其 結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固可靠，維護(hù)便利，并網(wǎng)容易，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，使得它在可再生能源（如：風(fēng) 能和水 能 ）的開發(fā)和利用以及節(jié)電技術(shù)和節(jié)能工程等方面越來越被看好。此種 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、一機(jī)多用、成本低，改裝、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)用價(jià)值。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的基本理論和運(yùn)行特點(diǎn) （ 1）、分析 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理； （ 2）、介紹 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的接線方式 和勵磁方式以及 感應(yīng) 發(fā)電與同步發(fā)電機(jī)的比較。所以合理選 擇電容器是關(guān)鍵，這里就選擇電容器的方法作一介紹。由于 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡單容易，只要將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到盡可能接近同步轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致 ，即可并入電網(wǎng)。 圖 21 臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)剖面圖 1. 定子鐵芯 5. 底座 6. 轉(zhuǎn)軸 7. 軸承座 8. 冷卻風(fēng)扇 9. 冷卻風(fēng)溝 10. 進(jìn)風(fēng)口 11. 通風(fēng)管 12. 飛輪 圖 21 為典型的臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的剖面圖。冷卻利用轉(zhuǎn)軸兩端（或一端）安裝的風(fēng)扇，從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng) ，然后經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯中的風(fēng)溝排風(fēng)。 圖 22 為日本富士公司美國 Lank Mathews 電站制造的立式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī) （ 4900kW,) 的剖面圖。系列電機(jī)的功率范圍為 5000kW（ 50Hz） 以下或 6000kW（ 60HZ）以下。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子電流有功分量為： Ir2 =I2 cos 2? = ? ? ssxr rE 22022 220? (21) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子電流無功分量為： Ix2 =I2 sin 2? =? ?22022 2020 xsr xE ? (22) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 式中 20E ,2r , 20x 分別為每相轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)電勢，電阻和電抗。 ???????????????????????????????????????????mmmlmZIEEEIIIIIjXsRIEjXRIEZIEU?????????????????121211222211111111)()()(?? （ 23） 式（ 23） 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的基本方程組（注意：轉(zhuǎn)差率 s0） ： 由式（ 23）可得 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的失量圖，如圖 24 所示， 其中 2? 為空間矢量 2I?? 與（ 1E?? ）的相位差。而此時(shí)無功 率 為； 0sin 11 ?? ?ImUP （ 26） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 電機(jī)仍然從電網(wǎng)吸收滯后的無功功 率 。負(fù)載的有功功 率 由主繞組將通過氣隙轉(zhuǎn)換而來的電功 率 ，通過電傳導(dǎo)方式直接供給，無功則由電 容器提供。運(yùn)行時(shí)，負(fù)載的有功由主副繞組共同提供，其來源均為轉(zhuǎn)軸上吸收的機(jī)械功 率 轉(zhuǎn)換而來，但向負(fù)載提供的方式不一樣：主繞組仍是通過電傳導(dǎo)的方式提供；而副繞組則通過氣隙磁場的磁耦合作用傳遞給主相，然后提供給負(fù)載。 C. 接線方式 III 接線方式 III 如圖 25（ c） 所示，電容器 C與副繞組串聯(lián)后于主繞組河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 并聯(lián)，共同承擔(dān)負(fù)載。這種方式在農(nóng)村無其它電源供電的情況下，無法使用。 (2) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)由于無集電環(huán)、電刷、轉(zhuǎn)子勵磁繞組，因此維護(hù)及運(yùn)行費(fèi)用低。 (5) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)所需勵磁的大小與電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速成反比（即與電機(jī)的極對數(shù)成正比），轉(zhuǎn)速越高，標(biāo)幺值勵磁越低。在低速感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中，還存在功 率 因數(shù)較小、效 率 較低等缺點(diǎn)（圖 2圖 27）； 在較大容量機(jī)組中，并網(wǎng)時(shí)沖擊電流較大可能造成電網(wǎng)電壓下降，超前功率 大還可以造成系統(tǒng)的電壓波動。為此，一方面轉(zhuǎn)子磁路系統(tǒng)必須有一定的剩磁，另一方面發(fā)電機(jī)端點(diǎn)一定并聯(lián)一組對稱的勵磁用電容器。為此，也叫自勵感應(yīng)發(fā)電機(jī)。在空載時(shí)，要建立正常的電壓。 圖 33 外特性曲線 三相感應(yīng) 發(fā)電機(jī)電容器的選擇 自 勵三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)一般接兩種作用的電 容器，一種稱主電容器固定地接在異步電動機(jī)的定子繞組上，另一組稱輔助電容器分別接在配電線路上，即在負(fù)載端接輔助電容器。 △ 形聯(lián)接空載時(shí)每相所需電容量即主電容量 C=NrfUI32? 610 = 0I 02cos1 ?? ≈ ? f (37) △形聯(lián)接空載時(shí)三相所需總電容量 39。C + xC ? f (314) (3) 電容器電壓大小選擇 考慮到負(fù)載突然切除時(shí)，主電容上所受到的脈沖電壓有時(shí)會比電機(jī)端電壓大 12 倍 ，故主電容器的額定電壓，應(yīng)不低于 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)端電壓幅值的 倍。 ③ 輔助 電 容器可由若干組小容量電容器并聯(lián)組成，且應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便調(diào)節(jié)容 量，主電容器可以是固定式的 。 轉(zhuǎn)子電流 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 raIIsXsRXEjsXsRREXjsRXjsRXjsREXjsREI22222222222222222222222))(()(???????????????????????????????????????? (316) 式中， sXsR REI a 2222 222 )( ??? ?????? 為轉(zhuǎn)子 有功電流折合值； 22222 222 )( sXsRXEjI r ??? ????? ?? 為轉(zhuǎn)子無功電流折合值。 從圖 34 可以看出，在 s0 運(yùn)行狀態(tài)下，定子電壓 1U? 與電流 1I? 之間的夾角 1? 的變化范圍為 18090 10 ??? ， 1cos? 為負(fù)值，定子功率0cos3 111 ??IU ，說明這種狀態(tài)三相異步發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，從而使發(fā)電狀態(tài)。 電磁功率 MP 減去定子銅損耗 1cup 和鐵損耗 Fep ，則為三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)定子向電網(wǎng)輸出的電功率 2P 。但在 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的場合，是在轉(zhuǎn)速上升到超過同步 轉(zhuǎn)速，并在一定的滑差 S 內(nèi)利用速度繼電器和系統(tǒng)并網(wǎng)，由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)本身無電壓，故電機(jī)和系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)必須伴隨一個(gè)過渡過程，流過 5— 6 倍額定電流的沖擊電流。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)降壓運(yùn)行及效率分析 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)降壓運(yùn)行方式不但能夠提高電機(jī)運(yùn)行效率和功率因數(shù)，而且可以避免發(fā)電機(jī)組電動 運(yùn)行，增加了發(fā)電量。如果輕載時(shí)適當(dāng)降低電機(jī)輸出電壓，則電機(jī)鐵耗差不多 隨 電壓平方而下降，是定子銅耗減小，從而降低了總損耗，使效率和功率因數(shù)得以提高，這就是 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)輕載降壓運(yùn)行提高效率的基本原理。雙向晶閘管具有降壓作用，并且當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)電壓近似為零；當(dāng)其關(guān)斷時(shí)電流為零；雙向晶閘管可以用電感等效，因?yàn)橄耠姼幸粯?，雙向晶閘管的基波電流落后基波電壓 090 ，而且只有發(fā)電機(jī)電流、電壓的基波分量產(chǎn)生力矩和功率。從該圖可以看出，通過改變觸發(fā)角可以控制發(fā)電機(jī)的端電壓，從而改變轉(zhuǎn)差率。30 176。此種運(yùn)行方式可以實(shí)現(xiàn) 感應(yīng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低輸出功率時(shí)的降壓運(yùn)行，提高運(yùn)行效率；同時(shí)可以完全按照“發(fā)電就并網(wǎng)，不發(fā)電則與電網(wǎng)解列的原則”對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，大 大改善了 感應(yīng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，此種運(yùn)行方式對 感應(yīng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有很高的理論和實(shí)用價(jià)值。 (2)當(dāng)附近電站有同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，可將 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)并入運(yùn)行，分擔(dān)同步發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)并車，無需整步設(shè)備，操作簡單，其并車方法及注意事