三相异步发电机在小容量发电中的应用及技术问题

张雅姝

【摘要】论述三相异步发电机在小容量风力、水力发电中的优点，并对三相异步发电机的一些技术问题进行探讨。

【关键词】三相异步发电机 电网运行 发电 励磁系统

【中图分类号】TM34 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）14-0028-01

一、小容量风力、水力发电中，三相异步发电机的优点

在我国用煤炭等化石能源发电的大电厂，同步发电机无疑优于三相异步发电机。然而近年来由于环境污染逐渐严重，在许多国家逐渐限制化石能源用于发电，而风力、水力等绿色能源的发电量却迅猛增长。因此在利用分散的变化无常的风力、水力发电时，三相异步发电机在很多方面超过同步发电机。例如：美国西部地区中小型风力、水力发电站星罗棋布，大部分是用三相异步发电机。俄罗斯在2004年建成的6.3KV，1MW的风力发电机也是采用的三相异步发电机，它允许风速的变化范围为5～26m/s，最高效率可达90.5%。

我国风力、水力资源丰富，但目前开发的还不及蘊藏量的16%！这些资源大都分布在大电网难以覆盖到的偏远地区和广大的农村地区。在这些地区，利用风力、水力为资源，首选三相异步发电机的理由是：

1.三相异步发电机比同步发电机结构简单、价格低廉、经久耐用、便于维修。

2.三相异步发电机对原动机的要求低，既可以恒速运行，也可以变速运行。

3.三相异步发电机不需要同步发电机那样复杂的励磁系统，有时就连自动调整系统也可以省去。

4.三相异步发电机在启动、运行、保护、并网发电等多方面都比同步发电机简单、方便，而且便于远距离控制，这在技术人员缺乏的边远地区和农村尤其重要。

5.近年来，发电专用的各种风机、水轮机及变速涡轮机不断推陈出新，效率更高价格更低，与此同时，新型电力电容器也源源不断的推向市场，都为发展三相异步发电机创造了有利条件。

二、三相异步发电机的一些技术问题

三相异步发电机有两种运行方式，一个是并网运行，另一种是独立运行，这两种方式各有其特点：

1.并网运行

将旋转地三相异步发电机的定子绕组并联在电网上，然后将转速n升到电机的同步转速n0以上（n0=66f/p，其中f为电网频率，p为电机极对数），便可向电网输出电压、频率与电网完全一致的电力。增加电机转速，就增加送给电网的电流、功率。由于并联运行时带负载的能力强，电压、频率稳定，因此在有电网的地区，应选用并网运行。

然而，并网运行时，三相异步发电机必须从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场，这将恶化电网的功率因数，影响电网电压的稳定性。因此，电网应并联适当容量的电容以补偿无功功率。

2.独立运行

与定子绕组并联足够的电容，并且电机有剩磁，是三相异步发电机独立运行的必要条件。能建立空载电压的最小电容量，称为临界电容。投入负载后，频率和电压都要下降。为保持工频，必须提高转速约10%。为保持额定电压，必须增加比临界电容高几倍的电容量。

增加的电容量与负载大小及其功率因数等有关。实际工程可采用初步估算，试验调整的方法。

估算电容量的公式很多，现介绍实用的一种，即△接每相电容量：

C = C0 （1.1+ ）μf

式中，每相临界电容量C0= μf

U0、I0、IN、I为空载相电压、空载相电流、额定相电流、实际相电流。当负载功率因数

≥0.4时，估算C0与C的公式误差分别为2%与8%。

若电容器Y接，则其电容量为△接的3倍，但耐压仅为其50～60%。

若电压允许在±6%内变化，则可将电容器组分成两三档，采用人工操作切换或继电器、接触器切换。

若要求无极调压（稳压），则可采用饱和电抗器或晶闸管可控电抗器或其它调压器。

若电机无剩磁，则应先充磁。充磁电流≤电机绕组额定电流。若是直流电源则极性任意。

若负载太大或负载功率因数太低，而使端电压消失，应断开负载，再重新投入减小后的负载继续运行。

三相负载应尽量平衡。停机时，应先断开电容器，再切断负载，最后关闭原动机。

三、风力、水力变化大时，三相异步发电机系统简介

风力、水力在大范围内变化时，只要原动机的转速能控制在电机同步转速的70～100%的范围内，都可使三相异步发电机正常运行。对于多速机，可允许转速在更大范围内变化，在这种情况下，要保持电压和频率不变，可采用交—直—交发电系统，即把发电机输出的电压经过可控或不可控整流变换为直流，然后再逆变为一定电压和频率的交流电供给电网或负载。

综上所述，三相异步发电机在分布式能源中一定可以得到广泛的应用。