感应发电机

电机

感应发电机是一种定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。感应发电机具有结构简单、牢固、体积小、重量轻、辅助设备少、运行维护方便等优点，尤其是感应发电机可独立运行的特点使其非常实用于电网覆盖不到的边远山区或缺电的城镇乡村或作为应急后备电源。感应发电机原理于1901年由法国人M.Mauyice Loblance首次提出，然而于同步发电机相比其应用是极为有限。虽然感应发电机在现实生活中应用较少，但其结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，使得它在可再生能源（如：风能和水能）的开发和利用以及节电技术和节能工程等方面越来越被看好。详细介绍了其研究现状、结构、工作原理、主要优缺点、应用的经济性以及应用前景。

发展现状

感应发电机原理于1901年由法国人M.MauyiceLoblance首次提出，然而于同步发电机相比其应用是极为有限。1917年在美国太平洋海岸于太平洋电力公司装设了一台1750kW的感应发电机；1919年又安装了一台425kW和一台1000kW的感应发电机。在美国东海岸交通局装设了五台7500kW25周波余热透平驱动的感应发电机。到20世纪50年代前后，感应发电机在水电、热电站辅机发电、自备电站等场合都有应用，同时在欧洲也建立了一批感应发电站。美国的Soctlendl北方水电局建设了由一台感应发电机装备的水电站，当电网负荷高峰时，该电站运行于发电状态，在电压11kV50周波电机303r/min时发出5000kW的额定功率，当电网负荷低谷时，电机作电动机运行产生6500P(约4875kW)轴功率驱动水泵江水从低水位提升到高水位。该电站是最早的感应电机装备的抽水蓄能电站。

20世纪50年代以后，随着电力系统容量的扩大，用于水电站的感应发电机逐渐向大功率方向发展，几千KW的机组已经得到了广泛应用。如，在新西兰已经有50%以上的水电站安装感应发电机，并认为经济上合理的容量范围是75kW—6000kW；在英国，仅英格兰北部电力系统就安装了29台容量为30kW—5000kW不等的感应发电机；日本从1959年开始研究感应发电机，已有容量范围：50Hz的500kW—5000kW及60Hz的600kW— 6000kW；此外世界上其它一些国家也对感应发电机作了大量的研究。

随着电力系统输电电压的提高、线路的增长、当线路的传输功率低于自然功率时，线路和电站将出现持续的工频过电压。为改善系统的运行特性，不少技术先进的国家，在20世纪80年代开始研究感应发电机在大电力系统中的应用问题，并认为大系统采用感应发电机后，可提高系统的稳定性、可靠性和运行的经济性。

在现实生活中，变速发电是一个关键的问题，解决好了可以大大地提高效率。同步发电机要用于变速发电，就要采用变速器或改变叶片浆距的方法控制原动机转速，这就增加了成本和维护难度。而感应发电机无需直流励磁，具有结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，可在一定的变速范围内直接用于变速发电。变速发电时，由于原动机转速和功率是变化的，发电机输出功率和效率也是变化的。而普通感应电机做发电机用时，定子绕组电流增大会限制发电机功率的进一步提高。为改善感应发电机的性能，有人采用了双输出感应发电机。双输出感应发电机采用绕线式转子，转子端经整流---逆变装置与电网连接，控制逆变器晶闸管导通角，维持定子电流不变。这样额定功率来自定子，而变化功率经转子输出到电网。因此，当原动机输出功率很大时，定子绕组不会出现过热现象。

感应发电机需从电网吸收无功功率，如不采取办法就会影响电网的供电效率，所以一般都要配备发出无功的设备。感应发电机单机运行时，还必须由电容来实现电机的自激，而且端电压和频率都会随着转速和负载变化，因此需要一套控制设备实现实时控制。这些都增加了感应发电机运作复杂性和设备成本，限制了它的应用。但这些根本无法阻碍人们对感应发电机的研究和开发。随着可控硅控制的静态无功伏安源的进一步发展，感应发电机的应用又开始热起来。

虽然感应发电机在现实生活中应用较少，但其结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，使得它在可再生能源（如：风能和水能）的开发和利用以及节电技术和节能工程等方面越来越被看好。

发电机结构

感应发电机有卧式和立式之分。

卧式感应发电机

卧式感应发电机感应发电机一般转速较高，故结构上以卧式居多。

1.定子铁芯2.定子线圈3.转子铁芯4.机座5.底座6.转轴7.轴承座8.冷却风扇9.冷却风沟10.进风口11.通风管12.飞轮

图2-1为典型的卧式感应发电机的剖面图。定子铁芯和定子绕组的结构与同步发电机一样。但转子为笼型结构，转子铁芯为电工钢片叠成的圆筒型结构，转子笼条和端环间采用高频钎焊，能承受水轮机飞逸式的机械应力及运行中的热应力。

冷却方式多为轴—径向管道式通风。冷却利用转轴两端（或一端）安装的风扇，从进风口进风，然后经转子铁芯和定子铁芯中的风沟排风。

如果仅靠发电机本身的转子不能满足水轮机所要求的转动惯量（GD2）

则一般在发电机与水轮机连接部位附加飞轮。

立式感应发电机

立式感应发电机一般为悬式结构。发电机上部装有推力轴承和导轴承，下不装导轴承，也有采用下导轴承和水轮机轴承共用的结构。

发电机为悬式，发电机上部及水轮机机部各有一个导轴承。转子为笼型绕组，转子支臂焊在转轴上，建起风扇作用

工作原理特性

又称“异步发电机”。利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。其转子的转向和旋转磁场的转向相同，但转速略高于旋转磁场的同步转速。常用作小功率水轮发电机。

众所周知，电机的运行是可逆的，感应电机即可作电动机运行，又可作发电机运行，感应发电机和感应电动机其实就是感应电机的两种不同的运行状态，因此感应发电机和感应电动机的机构基本相同。一台鼠笼型异步发电机：当定子外加电压作电动机运行时，其转速n总是小于气隙旋转的磁场转速n0这时电机中产生的电磁转距与转向相同；当电机空载运形时，并外加一个驱动转距使转速等于同步转速时，由于旋转磁场和转子间无相对运动，电机的电磁功率为零，定子电流只为激磁电流，定子从电网吸收的功率用于克服定子铜耗和铁耗，转子上的驱动功率用于克服风耗和轴承损耗；但继续增大驱动转距，转子的转速将高于同步转速，此时转子导体切割旋转磁场的方向就与n

异步发电机由于维护方便，稳定性好，常用作并网运行的小功率水轮发电机。当用原动机将异步电机的转子顺着磁场旋转方向拖动，并使其转速超过同步转速时，电机就进入发电机运行，并把原动机输入的机械能转变成电能送至电网。这时电机的励磁电流取自电网。

异步发电机也可以并联电容，靠本身剩磁自行励磁，独立发电（见图），这时发电机的电压与频率由电容值、原动机转速和负载大小等因素决定。当负载改变，一般要相应地调节并联的电容值，以维持电压稳定。由于异步电机并联电容时，不需外加励磁电源就可独立发电，故在负荷比较稳定的场合，有可取之处。例如可用作农村简易电站的照明电源或作为备用电源等。

异步发电机在大电力系统中的应用问题,并认为大系统采用异步发电机后,可提高系统的稳定性, 可靠性和运行的经济性. 本文在前期研究的基础上,通过应用实例,进一步深入地研究了异步发电机电磁设计及电站并接电容量的确定,为推广应用异步发电机提供了技术保障。

主要的优缺点

主要优点

笼型转子异步发电机结构简单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和失步问题.并网操作简便.

主要缺点

大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃.

异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益.

应用的经济性

异步发电机在电站中应用的经济性：

(1)异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统,同期装置,电站投资费用低.

(2)由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因此维护及运行费用低.

(3)异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机.相同的水源下,采用异步发电机可多发电.

(4)异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消.

(5)异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比),转速越高,标幺值励磁越低.

(6)异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小。

市场应用前景

近年来，在现代电力系统中，同步发电机一统天下，由于开发风力、水能及沼气等可再生能源的需要，在一些草原、牧场、海岛及边远山区等大电网没有覆盖的地区建立的小型发电站中，感应发电机有其独特的用途，实心转子的感应发电机具有明显的优越性。此外，在某些缺电的城镇乡村，断电后所启用的应急小型柴（汽）油发电机组中，也有不少采用感应发电机。在很多场合、很多情况下，感应发电机在许多方面优于传统的小型同步发电机。近些年来随着工农业生产以及国防事业的发展，人们对各种独立电源的需求量日益增加。在传统的发电机组中，一般采用同步发电机。然而，由于感应发电机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便且动态性能良好等优点，越来越受到人们的重视，并已成功地应用于风力发电、小水电等系统中，随着技术的进步感应发电机还将用于大型水力发电机，应用前景看好。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省