張雅姝

【摘要】論述三相異步發(fā)電機在小容量風(fēng)力、水力發(fā)電中的優(yōu)點，并對三相異步發(fā)電機的一些技術(shù)問題進行探討。

【關(guān)鍵詞】三相異步發(fā)電機 電網(wǎng)運行 發(fā)電 勵磁系統(tǒng)

【中圖分類號】TM34 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）14-0028-01

一、小容量風(fēng)力、水力發(fā)電中，三相異步發(fā)電機的優(yōu)點

在我國用煤炭等化石能源發(fā)電的大電廠，同步發(fā)電機無疑優(yōu)于三相異步發(fā)電機。然而近年來由于環(huán)境污染逐漸嚴重，在許多國家逐漸限制化石能源用于發(fā)電，而風(fēng)力、水力等綠色能源的發(fā)電量卻迅猛增長。因此在利用分散的變化無常的風(fēng)力、水力發(fā)電時，三相異步發(fā)電機在很多方面超過同步發(fā)電機。例如：美國西部地區(qū)中小型風(fēng)力、水力發(fā)電站星羅棋布，大部分是用三相異步發(fā)電機。俄羅斯在2004年建成的6.3KV，1MW的風(fēng)力發(fā)電機也是采用的三相異步發(fā)電機，它允許風(fēng)速的變化范圍為5～26m/s，最高效率可達90.5%。

我國風(fēng)力、水力資源豐富，但目前開發(fā)的還不及蘊藏量的16%！這些資源大都分布在大電網(wǎng)難以覆蓋到的偏遠地區(qū)和廣大的農(nóng)村地區(qū)。在這些地區(qū)，利用風(fēng)力、水力為資源，首選三相異步發(fā)電機的理由是：

1.三相異步發(fā)電機比同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、經(jīng)久耐用、便于維修。

2.三相異步發(fā)電機對原動機的要求低，既可以恒速運行，也可以變速運行。

3.三相異步發(fā)電機不需要同步發(fā)電機那樣復(fù)雜的勵磁系統(tǒng)，有時就連自動調(diào)整系統(tǒng)也可以省去。

4.三相異步發(fā)電機在啟動、運行、保護、并網(wǎng)發(fā)電等多方面都比同步發(fā)電機簡單、方便，而且便于遠距離控制，這在技術(shù)人員缺乏的邊遠地區(qū)和農(nóng)村尤其重要。

5.近年來，發(fā)電專用的各種風(fēng)機、水輪機及變速渦輪機不斷推陳出新，效率更高價格更低，與此同時，新型電力電容器也源源不斷的推向市場，都為發(fā)展三相異步發(fā)電機創(chuàng)造了有利條件。

二、三相異步發(fā)電機的一些技術(shù)問題

三相異步發(fā)電機有兩種運行方式，一個是并網(wǎng)運行，另一種是獨立運行，這兩種方式各有其特點：

1.并網(wǎng)運行

將旋轉(zhuǎn)地三相異步發(fā)電機的定子繞組并聯(lián)在電網(wǎng)上，然后將轉(zhuǎn)速n升到電機的同步轉(zhuǎn)速n0以上（n0=66f/p，其中f為電網(wǎng)頻率，p為電機極對數(shù)），便可向電網(wǎng)輸出電壓、頻率與電網(wǎng)完全一致的電力。增加電機轉(zhuǎn)速，就增加送給電網(wǎng)的電流、功率。由于并聯(lián)運行時帶負載的能力強，電壓、頻率穩(wěn)定，因此在有電網(wǎng)的地區(qū)，應(yīng)選用并網(wǎng)運行。

然而，并網(wǎng)運行時，三相異步發(fā)電機必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這將惡化電網(wǎng)的功率因數(shù)，影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。因此，電網(wǎng)應(yīng)并聯(lián)適當容量的電容以補償無功功率。

2.獨立運行

與定子繞組并聯(lián)足夠的電容，并且電機有剩磁，是三相異步發(fā)電機獨立運行的必要條件。能建立空載電壓的最小電容量，稱為臨界電容。投入負載后，頻率和電壓都要下降。為保持工頻，必須提高轉(zhuǎn)速約10%。為保持額定電壓，必須增加比臨界電容高幾倍的電容量。

增加的電容量與負載大小及其功率因數(shù)等有關(guān)。實際工程可采用初步估算，試驗調(diào)整的方法。

估算電容量的公式很多，現(xiàn)介紹實用的一種，即△接每相電容量：

C = C0 （1.1+ ）μf

式中，每相臨界電容量C0= μf

U0、I0、IN、I為空載相電壓、空載相電流、額定相電流、實際相電流。當負載功率因數(shù)

≥0.4時，估算C0與C的公式誤差分別為2%與8%。

若電容器Y接，則其電容量為△接的3倍，但耐壓僅為其50～60%。

若電壓允許在±6%內(nèi)變化，則可將電容器組分成兩三檔，采用人工操作切換或繼電器、接觸器切換。

若要求無極調(diào)壓（穩(wěn)壓），則可采用飽和電抗器或晶閘管可控電抗器或其它調(diào)壓器。

若電機無剩磁，則應(yīng)先充磁。充磁電流≤電機繞組額定電流。若是直流電源則極性任意。

若負載太大或負載功率因數(shù)太低，而使端電壓消失，應(yīng)斷開負載，再重新投入減小后的負載繼續(xù)運行。

三相負載應(yīng)盡量平衡。停機時，應(yīng)先斷開電容器，再切斷負載，最后關(guān)閉原動機。

三、風(fēng)力、水力變化大時，三相異步發(fā)電機系統(tǒng)簡介

風(fēng)力、水力在大范圍內(nèi)變化時，只要原動機的轉(zhuǎn)速能控制在電機同步轉(zhuǎn)速的70～100%的范圍內(nèi)，都可使三相異步發(fā)電機正常運行。對于多速機，可允許轉(zhuǎn)速在更大范圍內(nèi)變化，在這種情況下，要保持電壓和頻率不變，可采用交—直—交發(fā)電系統(tǒng)，即把發(fā)電機輸出的電壓經(jīng)過可控或不可控整流變換為直流，然后再逆變?yōu)橐欢妷汉皖l率的交流電供給電網(wǎng)或負載。

綜上所述，三相異步發(fā)電機在分布式能源中一定可以得到廣泛的應(yīng)用。