感應(yīng)發(fā)電機原理_感應(yīng)發(fā)電機應(yīng)用前景
感應(yīng)發(fā)電機是一種定、轉(zhuǎn)子間靠電磁感應(yīng)作用,在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的電機。感應(yīng)發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、體積小、重量輕、輔助設(shè)備少、運行維護方便等優(yōu)點,尤其是感應(yīng)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(yīng)急后備電源。感應(yīng)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(yīng)用是極為有限。雖然感應(yīng)發(fā)電機在現(xiàn)實生活中應(yīng)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(shù)和節(jié)能工程等方面越來越被看好。
感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電機即可作電動機運行,又可作發(fā)電機運行,感應(yīng)發(fā)電機和感應(yīng)電動機其實就是感應(yīng)電機的兩種不同的運行狀態(tài),因此感應(yīng)發(fā)電機和感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè) 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(shù)經(jīng)濟效益。
感應(yīng)發(fā)電機市場應(yīng)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(yīng)發(fā)電機有其獨特的用途,實心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)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(yīng)急小型柴(汽)油發(fā)電機組中,也有不少采用感應(yīng)發(fā)電機。在很多場合、很多情況下,感應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于風力發(fā)電、小水電等系統(tǒng)中,隨著技術(shù)的進步感應(yīng)發(fā)電機還將用于大型水力發(fā)電機,應(yīng)用前景看好。