异步发电机的应用
摘要：从异步电机运行方式、调速等方面以及用于风力发电进行了分析和论述。
关键词：异步电机；发电；风力发电
中图分类号：TM343+.2 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)09-0020-02
异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。
当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0
根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。
1 异步电机发电的特点
由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。
1.1 并网方面
不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。
1.2 调速方面
异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞
1.3 短路方面
从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。异步发电机三相短路时情况和此相似。所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。
当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。
2 异步发电机的运行方式
和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。
2.1 异步发电机独立运行
异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。如果在定子绕组加一组电容，使闭合回路的总阻抗呈容性，那么电流产生的磁通就与剩磁的磁通同相叠加而得到加强，使总磁场变强，进而使感应电动势增大。如此反复，最后因铁芯达到饱和状态而使电动势不再增加。此时的端电压已达到额定值，就可以带负载，达到发电的目的。带负荷之后，还得根据负荷的变化投切相应的辅助电容器组。这种励磁建压方式类似于同步发电机的自励方式。
如果铁芯中没有剩磁，可以事先用蓄电池接在电机某一相的绕组上，通电几秒钟对铁芯进行磁化，或称充磁。
这种运行方式，被用于自成供电体系的农村微小型电站。
2.2 异步发电机并网运行
异步发电机并网运行时，情况可以更简单些。因为电网中的无功电流就可为电机建起旋转磁场，所以可以省去励磁所需的电容。运行时只要把电机投入电网、把转子的转速提高到超过同步转速就可开始发电。这种励磁建压方式类似于同步发电机的它励方式。
在实际的设计技术操作环节上，往往是在把转子速度加速到同步转速附近（如90%～95%额定转速）的同时，通过软启动装置或变频启动装置把电机并入电网，以减低启动电流对电网造成的影响。
这种运行方式，不需要同期装置，是被风力发电广为采用的原因之一。
3 异步发电机的调速
风力发电选择异步电机作为发电机另一个主要原因是，因为异步电机的转速与频率没有严格的对应关系。这个特点对于调速环节的考虑十分重要。风力发电不象水力发电和火力发电那样，可以预先对水池水位或锅炉压力进行调节。风力的随机瞬变性会使得保持风力发电机的转速不易恒定。但正是由于异步电机有此特点，可以使风力发电放弃调速环节。其机理大致是，当原动机有加速趋向或者说原动机输入的机械功率增加时，有加速趋势的转子会被以恒定速度旋转着的定子磁场所阻止，通过气隙磁场转化成为电磁功率、以有功的形式输入到电网。通俗讲就是：电网在定子中建立的磁场形成的电磁转矩，对转子的加速企图有阻止作用。所以宏观上看，风轮的转速不论风大风小看不出有什么不同；而在微观方面分析，转差率或输出功率已经有了明显变化。
4 异步发电机的弊端
以风力发电机为例，风力的随机瞬变性会使得发电机出力不稳，这与电力系统要求的可靠性、稳定性的原则相悖。
的确，风力发电机出力变动造成的波动是需要电网中其它发电机组去调节平衡的。但风力发电机的容量一般占系统容量的比例较小，通常小于10%，即便全投或全切，电网也完全有调节能力，是不会对电网稳定性产生影响。
也有学者通过实验分析，得出了风力发电的容量占到系统容量比例的30%时，电网仍能稳定运行的理论。其实风力发电机引起的电网波动，也要综合分析处于所在节点上其它电厂机组的容量和调节能力。
投入电网运行的异步发电机，要依靠从电网吸取容性无功来励磁，风力发电研究部门曾做过简单的测试，所需要的励磁电流一般可达到额定电流的20%~30%左右，最大可达40%，这会使得电网的功率因数降低。解决的办法是增加集中或分散补偿装置。如果异步发电机建造的地理位置恰处于某长线路末端、容性无功充足，那就最理想不过了。
其次由于风力的随机性较大，目前还没好的办法来控制风力大小，异步风力发电机在电网运行中，不能像一般同步发电机那样，应根据网上负荷情况随时调节导叶片进行负荷的增减。这也是异步风力发电机容量占系统容量比例较低的原因之一。
近年来风力发电作为洁净能源发展较快，而异步发电机以它独有的特点被风力发电广泛使用。
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