張雅姝

【摘要】論述三相異步發(fā)電機(jī)在小容量風(fēng)力、水力發(fā)電中的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)三相異步發(fā)電機(jī)的一些技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】三相異步發(fā)電機(jī) 電網(wǎng)運(yùn)行 發(fā)電 勵(lì)磁系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】TM34 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】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(jī)的優(yōu)點(diǎn)

在我國(guó)用煤炭等化石能源發(fā)電的大電廠，同步發(fā)電機(jī)無(wú)疑優(yōu)于三相異步發(fā)電機(jī)。然而近年來(lái)由于環(huán)境污染逐漸嚴(yán)重，在許多國(guó)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(zhǎng)。因此在利用分散的變化無(wú)常的風(fēng)力、水力發(fā)電時(shí)，三相異步發(fā)電機(jī)在很多方面超過(guò)同步發(fā)電機(jī)。例如：美國(guó)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(jī)。俄羅斯在2004年建成的6.3KV，1MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)也是采用的三相異步發(fā)電機(jī)，它允許風(fēng)速的變化范圍為5～26m/s，最高效率可達(dá)90.5%。

我國(guó)風(fēng)力、水力資源豐富，但目前開(kāi)發(fā)的還不及蘊(yùn)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(yuǎn)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(jī)的理由是：

1.三相異步發(fā)電機(jī)比同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、經(jīng)久耐用、便于維修。

2.三相異步發(fā)電機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)的要求低，既可以恒速運(yùn)行，也可以變速運(yùn)行。

3.三相異步發(fā)電機(jī)不需要同步發(fā)電機(jī)那樣復(fù)雜的勵(lì)磁系統(tǒng)，有時(shí)就連自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)也可以省去。

4.三相異步發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行、保護(hù)、并網(wǎng)發(fā)電等多方面都比同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單、方便，而且便于遠(yuǎn)距離控制，這在技術(shù)人員缺乏的邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村尤其重要。

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

二、三相異步發(fā)電機(jī)的一些技術(shù)問(wèn)題

三相異步發(fā)電機(jī)有兩種運(yùn)行方式，一個(gè)是并網(wǎng)運(yùn)行，另一種是獨(dú)立運(yùn)行，這兩種方式各有其特點(diǎn)：

1.并網(wǎng)運(yùn)行

將旋轉(zhuǎn)地三相異步發(fā)電機(jī)的定子繞組并聯(lián)在電網(wǎng)上，然后將轉(zhuǎn)速n升到電機(jī)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(jī)極對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速，就增加送給電網(wǎng)的電流、功率。由于并聯(lián)運(yùn)行時(shí)帶負(fù)載的能力強(qiáng)，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(yùn)行。

然而，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，三相異步發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，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(dāng)容量的電容以補(bǔ)償無(wú)功功率。

2.獨(dú)立運(yùn)行

與定子繞組并聯(lián)足夠的電容，并且電機(jī)有剩磁，是三相異步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)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(fù)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(fù)載大小及其功率因數(shù)等有關(guān)。實(shí)際工程可采用初步估算，試驗(yàn)調(diào)整的方法。

估算電容量的公式很多，現(xiàn)介紹實(shí)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(shí)際相電流。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)

≥0.4時(shí)，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(wú)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(jī)無(wú)剩磁，則應(yīng)先充磁。充磁電流≤電機(jī)繞組額定電流。若是直流電源則極性任意。

若負(fù)載太大或負(fù)載功率因數(shù)太低，而使端電壓消失，應(yīng)斷開(kāi)負(fù)載，再重新投入減小后的負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。

三相負(fù)載應(yīng)盡量平衡。停機(jī)時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi)電容器，再切斷負(fù)載，最后關(guān)閉原動(dòng)機(jī)。

三、風(fēng)力、水力變化大時(shí)，三相異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

風(fēng)力、水力在大范圍內(nèi)變化時(shí)，只要原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能控制在電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的70～100%的范圍內(nèi)，都可使三相異步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。對(duì)于多速機(jī)，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(jī)輸出的電壓經(jīng)過(guò)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(fù)載。

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