感應發(fā)電機工作原理特性

　　感應發(fā)電機是一種定、轉(zhuǎn)子間靠電磁感應作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應電流以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的電機。感應發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、體積小、重量輕、輔助設備少、運行維護方便等優(yōu)點，尤其是感應發(fā)電機可獨立運行的特點使其非常實用于電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠山區(qū)或缺電的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村或作為應急后備電源。感應發(fā)電機原理于1901年由法國人M.Mauyice Loblance首次提出，然而于同步發(fā)電機相比其應用是極為有限。雖然感應發(fā)電機在現(xiàn)實生活中應用較少，但其結(jié)構(gòu)簡單，堅固可靠，維護便利，并網(wǎng)容易，易于控制等優(yōu)點，使得它在可再生能源（如：風能和水能）的開發(fā)和利用以及節(jié)電技術和節(jié)能工程等方面越來越被看好。

　　感應發(fā)電機又稱“異步發(fā)電機”。利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應電流相互作用的一種交流發(fā)電機。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，但轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。常用作小功率水輪發(fā)電機。

　　眾所周知，電機的運行是可逆的，感應電機即可作電動機運行，又可作發(fā)電機運行，感應發(fā)電機和感應電動機其實就是感應電機的兩種不同的運行狀態(tài)，因此感應發(fā)電機和感應電動機的機構(gòu)基本相同。一臺鼠籠型異步發(fā)電機：當定子外加電壓作電動機運行時，其轉(zhuǎn)速n總是小于氣隙旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)速n0這時電機中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)向相同；當電機空載運形時，并外加一個驅(qū)動轉(zhuǎn)距使轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時，由于旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間無相對運動，電機的電磁功率為零，定子電流只為激磁電流，定子從電網(wǎng)吸收的功率用于克服定子銅耗和鐵耗，轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動功率用于克服風耗和軸承損耗；但繼續(xù)增大驅(qū)動轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將高于同步轉(zhuǎn)速，此時轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向就與n《n0時相反，因而轉(zhuǎn)子感應電勢的方向也與n《n0時相反。

　　異步發(fā)電機由于維護方便，穩(wěn)定性好，常用作并網(wǎng)運行的小功率水輪發(fā)電機。當用原動機將異步電機的轉(zhuǎn)子順著磁場旋轉(zhuǎn)方向拖動，并使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時，電機就進入發(fā)電機運行，并把原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)變成電能送至電網(wǎng)。這時電機的勵磁電流取自電網(wǎng)。

　　異步發(fā)電機也可以并聯(lián)電容，靠本身剩磁自行勵磁，獨立發(fā)電（見圖），這時發(fā)電機的電壓與頻率由電容值、原動機轉(zhuǎn)速和負載大小等因素決定。當負載改變，一般要相應地調(diào)節(jié)并聯(lián)的電容值，以維持電壓穩(wěn)定。由于異步電機并聯(lián)電容時，不需外加勵磁電源就可獨立發(fā)電，故在負荷比較穩(wěn)定的場合，有可取之處。例如可用作農(nóng)村簡易電站的照明電源或作為備用電源等。

　　感應發(fā)電機的優(yōu)缺點

　　主要優(yōu)點：

　　籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡 單，牢固，特別適合于高圓周速度電機。無集電環(huán) 和碳刷，可靠性高，不受使用場所限制。由于無轉(zhuǎn) 子勵磁磁場，不需要同期及電壓調(diào)節(jié)裝置，電站設 備簡化。負荷控制十分簡單，多數(shù)情況下不需水輪機調(diào)速器，水輪機可全速運行或在鎖定導葉開度下 在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速運行。異步發(fā)電機盡管可能出現(xiàn)功率搖擺現(xiàn)象，但無同步發(fā)電機類似的振蕩和 失步問題。并網(wǎng)操作簡便。

　　主要缺點：

　　大容量異步發(fā)電機必須與同步發(fā)電機并列運行或接入電網(wǎng)運行，由同步發(fā)電機或電網(wǎng)提供自身所需的勵磁無功，因此異步發(fā)電機是電網(wǎng)的無功負載。盡管從原理上說異步發(fā)電機可以借助于電容器孤立運行在自激狀態(tài)，但處于這種運行狀態(tài)時，發(fā)電機調(diào)壓能力很弱，當發(fā)電機達到臨界負荷，將引起電壓崩潰。

　　異步發(fā)電機的勵磁一般而言可由同步發(fā)電機，電網(wǎng)或靜止電容器提供。具體的勵磁提供方式由電站類型或電網(wǎng)運行條件決定。雖然異步發(fā)電機不能提供自身和負載所需的無功，可能是一個缺陷，但當其使用恰當時，可作為電網(wǎng)無功優(yōu)化的一種手段。并將會對電站和電網(wǎng)帶來明顯的技術經(jīng)濟效益。

　　感應發(fā)電機市場應用前景

　　近年來，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機一統(tǒng)天下，由于開發(fā)風力、水能及沼氣等可再生能源的需要，在一些草原、牧場、海島及邊遠山區(qū)等大電網(wǎng)沒有覆蓋的地區(qū)建立的小型發(fā)電站中，感應發(fā)電機有其獨特的用途，實心轉(zhuǎn)子的感應發(fā)電機具有明顯的優(yōu)越性。此外，在某些缺電的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村，斷電后所啟用的應急小型柴（汽）油發(fā)電機組中，也有不少采用感應發(fā)電機。在很多場合、很多情況下，感應發(fā)電機在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的小型同步發(fā)電機。近些年來隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國防事業(yè)的發(fā)展，人們對各種獨立電源的需求量日益增加。在傳統(tǒng)的發(fā)電機組中，一般采用同步發(fā)電機。然而，由于感應發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠、維護方便且動態(tài)性能良好等優(yōu)點，越來越受到人們的重視，并已成功地應用于風力發(fā)電、小水電等系統(tǒng)中，隨著技術的進步感應發(fā)電機還將用于大型水力發(fā)電機，應用前景看好。