感應(yīng)發(fā)電機(jī)工作原理特性

　　感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電機(jī)。感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、體積小、重量輕、輔助設(shè)備少、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是感應(yīng)發(fā)電機(jī)可獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)使其非常實(shí)用于電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠(yuǎn)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(jī)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(jī)相比其應(yīng)用是極為有限。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。

　　感應(yīng)發(fā)電機(jī)又稱“異步發(fā)電機(jī)”。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(jī)。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(jī)。

　　眾所周知，電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，感應(yīng)電機(jī)即可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)其實(shí)就是感應(yīng)電機(jī)的兩種不同的運(yùn)行狀態(tài)，因此感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)基本相同。一臺鼠籠型異步發(fā)電機(jī)：當(dāng)定子外加電壓作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速n總是小于氣隙旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)速n0這時(shí)電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)向相同；當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)形時(shí)，并外加一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距使轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間無相對運(yùn)動(dòng)，電機(jī)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(dòng)功率用于克服風(fēng)耗和軸承損耗；但繼續(xù)增大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將高于同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向就與n《n0時(shí)相反，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的方向也與n《n0時(shí)相反。

　　異步發(fā)電機(jī)由于維護(hù)方便，穩(wěn)定性好，常用作并網(wǎng)運(yùn)行的小功率水輪發(fā)電機(jī)。當(dāng)用原動(dòng)機(jī)將異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子順著磁場旋轉(zhuǎn)方向拖動(dòng)，并使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)就進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能送至電網(wǎng)。這時(shí)電機(jī)的勵(lì)磁電流取自電網(wǎng)。

　　異步發(fā)電機(jī)也可以并聯(lián)電容，靠本身剩磁自行勵(lì)磁，獨(dú)立發(fā)電（見圖），這時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓與頻率由電容值、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小等因素決定。當(dāng)負(fù)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(jī)并聯(lián)電容時(shí)，不需外加勵(lì)磁電源就可獨(dú)立發(fā)電，故在負(fù)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(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　主要優(yōu)點(diǎn)：

　　籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡 單，牢固，特別適合于高圓周速度電機(jī)。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(lì)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(fù)荷控制十分簡單，多數(shù)情況下不需水輪機(jī)調(diào)速器，水輪機(jī)可全速運(yùn)行或在鎖定導(dǎo)葉開度下 在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速運(yùn)行。異步發(fā)電機(jī)盡管可能出現(xiàn)功率搖擺現(xiàn)象，但無同步發(fā)電機(jī)類似的振蕩和 失步問題。并網(wǎng)操作簡便。

　　主要缺點(diǎn)：

　　大容量異步發(fā)電機(jī)必須與同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行或接入電網(wǎng)運(yùn)行，由同步發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)提供自身所需的勵(lì)磁無功，因此異步發(fā)電機(jī)是電網(wǎng)的無功負(fù)載。盡管從原理上說異步發(fā)電機(jī)可以借助于電容器孤立運(yùn)行在自激狀態(tài)，但處于這種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓能力很弱，當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到臨界負(fù)荷，將引起電壓崩潰。

　　異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁一般而言可由同步發(fā)電機(jī)，電網(wǎng)或靜止電容器提供。具體的勵(lì)磁提供方式由電站類型或電網(wǎng)運(yùn)行條件決定。雖然異步發(fā)電機(jī)不能提供自身和負(fù)載所需的無功，可能是一個(gè)缺陷，但當(dāng)其使用恰當(dāng)時(shí)，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(jì)效益。

　　感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(jī)一統(tǒng)天下，由于開發(fā)風(fēng)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(yuǎn)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(jī)有其獨(dú)特的用途，實(shí)心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(jī)組中，也有不少采用感應(yīng)發(fā)電機(jī)。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)。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(dú)立電源的需求量日益增加。在傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組中，一般采用同步發(fā)電機(jī)。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(dòng)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。