感應發(fā)電機特性研究

..1緒論1.1引言社會的發(fā)展總是與生產力的發(fā)展密切相關的,然而,生產力發(fā)展中一個非常重要的內容就是能源開發(fā)利用方式的進步,可以說能源開發(fā)利用方式的革新與完善是人類進步的基石。隨著石油,煤,天然氣等不可再生資源能源的快速消耗,加之現(xiàn)代化發(fā)展日益增長的能源需求,能源矛盾越來越突出,因此發(fā)掘新能源以及采用更科學的方法提高能源利用率已成為世界關注的焦點,這勢必將為能源的開發(fā)利用帶來新的發(fā)展甚至革命。近年來,在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中,同步發(fā)電機一統(tǒng)天下,由于開發(fā)風力、水能及沼氣等可再生能源的需要,在一些草原、牧場、海島及邊遠山區(qū)等大電網沒有覆蓋的地區(qū)建立的小型發(fā)電站中,感應發(fā)電機有其獨特的用途,實心轉子的感應發(fā)電機具有明顯的優(yōu)越性。此外,在某些缺電的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村,斷電后所啟用的應急小型柴〔汽油發(fā)電機組中,也有不少采用感應發(fā)電機。在很多場合、很多情況下,感應發(fā)電機在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的小型同步發(fā)電機。近些年來隨著工農業(yè)生產以及國防事業(yè)的發(fā)展,人們對各種獨立電源的需求量日益增加。在傳統(tǒng)的發(fā)電機組中,一般采用同步發(fā)電機。然而,由于感應發(fā)電機具有結構簡單、價格低廉、運行可靠、維護方便且動態(tài)性能良好等優(yōu)點,越來越受到人們的重視,并已成功地應用于風力發(fā)電、小水電等系統(tǒng)中,隨著技術的進步感應發(fā)電機還將用于大型水力發(fā)電機,應用前景看好。1.2感應發(fā)電機研究發(fā)展現(xiàn)狀感應發(fā)電機原理于1901年由法國人M.MauyiceLoblance首次提出,然而于同步發(fā)電機相比其應用是極為有限。1917年在美國太平洋海岸于太平洋電力公司裝設了一臺1750kW的感應發(fā)電機；1919年又安裝了一臺425kW和一臺1000kW的感應發(fā)電機。在美國東海岸交通局裝設了五臺7500kW25周波余熱透平驅動的感應發(fā)電機。到20世紀50年代前后,感應發(fā)電機在水電、熱電站輔機發(fā)電、自備電站等場合都有應用,同時在歐洲也建立了一批感應發(fā)電站。美國的Soctlendl北方水電局建設了由一臺感應發(fā)電機裝備的水電站,當電網負荷高峰時,該電站運行于發(fā)電狀態(tài),在電壓11kV50周波電機303r/min時發(fā)出5000kW的額定功率,當電網負荷低谷時,電機作電動機運行產生6500P<約4875kW>軸功率驅動水泵江水從低水位提升到高水位。該電站是最早的感應電機裝備的抽水蓄能電站。20世紀50年代以后,隨著電力系統(tǒng)容量的擴大,用于水電站的感應發(fā)電機逐漸向大功率方向發(fā)展,幾千KW的機組已經得到了廣泛應用。如,在新西蘭已經有50%以上的水電站安裝感應發(fā)電機,并認為經濟上合理的容量范圍是75kW—6000kW；在英國,僅英格蘭北部電力系統(tǒng)就安裝了29臺容量為30kW—5000kW不等的感應發(fā)電機；日本從1959年開始研究感應發(fā)電機,目前已有容量范圍：50Hz的500kW—5000kW及60Hz的600kW—6000kW；此外世界上其它一些國家也對感應發(fā)電機作了大量的研究。隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高、線路的增長、當線路的傳輸功率低于自然功率時,線路和電站將出現(xiàn)持續(xù)的工頻過電壓。為改善系統(tǒng)的運行特性,不少技術先進的國家,在20世紀80年代開始研究感應發(fā)電機在大電力系統(tǒng)中的應用問題,并認為大系統(tǒng)采用感應發(fā)電機后,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和運行的經濟性。在現(xiàn)實生活中,變速發(fā)電是一個關鍵的問題,解決好了可以大大地提高效率。同步發(fā)電機要用于變速發(fā)電,就要采用變速器或改變葉片漿距的方法控制原動機轉速,這就增加了成本和維護難度。而感應發(fā)電機無需直流勵磁,具有結構簡單,堅固可靠,維護便利,并網容易,易于控制等優(yōu)點,可在一定的變速范圍內直接用于變速發(fā)電。變速發(fā)電時,由于原動機轉速和功率是變化的,發(fā)電機輸出功率和效率也是變化的。而普通感應電機做發(fā)電機用時,定子繞組電流增大會限制發(fā)電機功率的進一步提高。為改善感應發(fā)電機的性能,有人采用了雙輸出感應發(fā)電機。雙輸出感應發(fā)電機采用繞線式轉子,轉子端經整流---逆變裝置與電網連接,控制逆變器晶閘管導通角,維持定子電流不變。這樣額定功率來自定子,而變化功率經轉子輸出到電網。因此,當原動機輸出功率很大時,定子繞組不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。感應發(fā)電機需從電網吸收無功功率,如不采取辦法就會影響電網的供電效率,所以一般都要配備發(fā)出無功的設備。感應發(fā)電機單機運行時,還必須由電容來實現(xiàn)電機的自激,而且端電壓和頻率都會隨著轉速和負載變化,因此需要一套控制設備實現(xiàn)實時控制。這些都增加了感應發(fā)電機運作復雜性和設備成本,限制了它的應用。但這些根本無法阻礙人們對感應發(fā)電機的研究和開發(fā)。目前,隨著可控硅控制的靜態(tài)無功伏安源的進一步發(fā)展,感應發(fā)電機的應用又開始熱起來。雖然感應發(fā)電機在現(xiàn)實生活中應用較少,但其結構簡單,堅固可靠,維護便利,并網容易,易于控制等優(yōu)點,使得它在可再生能源〔如：風能和水能的開發(fā)和利用以及節(jié)電技術和節(jié)能工程等方面越來越被看好。1.3本課題的提出及意義隨著媒、石油等不可再生能源的快速消耗,相反社會的進步對能源的需求越來越多,能源的不足問題越來越突出,因此開發(fā)新能源就成為必然,然而像風能、水能等能源的開發(fā)就大量的采用了感應發(fā)電機,因此研究感應發(fā)電機就有了它的現(xiàn)實意義。另外在農村或某些場合,經常停電。在急需用電而又沒有發(fā)電機時,可以利用農村常用的鼠籠式感應電動機加接適當容量的電容,改裝成感應發(fā)電機,解決燃眉之急。此種感應發(fā)電機具有結構簡單、一機多用、成本低,改裝、維修方便等優(yōu)點,具有實用價值。本課題為"感應發(fā)電機特性研究",將涉及單相和三相感應機的原理特性,這對感應發(fā)電機的理論的豐富及實際應用方面具有一定的現(xiàn)實意義。1.4本文所作的工作本文的具體工作如下：單相自激式感應發(fā)電機結構簡單、堅固耐用、運行可靠、成本低但目前存在輸出電壓不穩(wěn)等技術難題,因此限制了它的實際應用。國外學者為解決這一問題也進行了深入的研究,但都沒有取得實質性進展,因此在此就只作簡單介紹,主要研究討論三相感應發(fā)電機的原理、特性及應用等相關問題。1.詳細的分析和探討了感應發(fā)電機的基本理論和運行特點〔1、分析感應發(fā)電機的結構和基本工作原理；〔2、介紹感應發(fā)電機的接線方式和勵磁方式以及感應發(fā)電與同步發(fā)電機的比較?！?、分析、研究感應發(fā)電機單獨運行,電網并聯(lián)運行,降壓運行,并車運行時的特點及注意事項；〔4、分析感應發(fā)電機的運行控制及保護；〔5、分析感應發(fā)電機運行中常見故障的原因及排除方法。2．分析和研究了感應發(fā)電機電容器選擇和電容量計算三相感應發(fā)電機可改作自勵發(fā)電機使用,其中電容器起著重要的作用。自勵三相感應發(fā)電機一般接有兩種作用的電容器,一種稱主電容器固定接在感應發(fā)電機的定子繞組出線上；另一種稱輔助電容器分別接在配電線路上,即在負載端接輔助電容器。所以合理選擇電容器是關鍵,這里就選擇電容器的方法作一介紹。3．介紹了兩種感應發(fā)電機在現(xiàn)實生活中的應用感應發(fā)電機應用水電站時,在相同單機容量情況下,感應水輪發(fā)電機要比同步發(fā)電機價格便宜；同時,控制、勵磁和電氣設備也會減少投資。所以單機容量等于和小于同步機組,應優(yōu)先選用的同步水輪發(fā)電機組。在單機容量和電壓相同的情況下,感應發(fā)電機要比同步發(fā)電機價廉,發(fā)電成本低,不存在并網誤操作問題,電機效率也大大提高。由于感應發(fā)電機并入電網的手續(xù)極為簡單容易,只要將發(fā)電機的轉子帶到盡可能接近同步轉速,并且轉子轉向與定子旋轉磁場轉向一致,即可并入電網。而且它的結構簡單,價格便宜,維護方便等優(yōu)點使得它可作為風能系統(tǒng)中的能量轉換器,其在可再生能源的開發(fā)和利用中也越來越被看好。2感應發(fā)電機的結構及工作原理2.1感應發(fā)電機結構及標準系列感應發(fā)電機結構感應發(fā)電機有臥式和立式之分。A.臥式感應發(fā)電機感應發(fā)電機一般轉速較高,故結構上以臥式居多。圖2-1臥式感應發(fā)電機剖面圖1.定子鐵芯2.定子線圈3.轉子鐵芯4.機座5.底座6.轉軸7.軸承座8.冷卻風扇9.冷卻風溝10.進風口11.通風管12.飛輪圖2-1為典型的臥式感應發(fā)電機的剖面圖。定子鐵芯和定子繞組的結構與同步發(fā)電機一樣。但轉子為籠型結構,轉子鐵芯為電工鋼片疊成的圓筒型結構,轉子籠條和端環(huán)間采用高頻釬焊,能承受水輪機飛逸式的機械應力及運行中的熱應力。冷卻方式多為軸—徑向管道式通風。冷卻利用轉軸兩端〔或一端安裝的風扇,從進風口進風,然后經轉子鐵芯和定子鐵芯中的風溝排風。如果僅靠發(fā)電機本身的轉子不能滿足水輪機所要求的轉動慣量〔GD則一般在發(fā)電機與水輪機連接部位附加飛輪。B.立式感應發(fā)電機圖2-2立式感應水輪發(fā)電機組布置圖立式感應發(fā)電機一般為懸式結構。發(fā)電機上部裝有推力軸承和導軸承,下不裝導軸承,也有采用下導軸承和水輪機軸承共用的結構。圖2-2為日本富士公司美國LankMathews電站制造的立式感應發(fā)電機〔4900kW,327.5r/min,4.16kV>的剖面圖。發(fā)電機為懸式,發(fā)電機上部及水輪機機部各有一個導軸承。轉子為籠型繞組,轉子支臂焊在轉軸上,建起風扇作用。感應發(fā)電機標準系列在日本及歐洲,中臥式感應發(fā)電機應用較廣,臥式感應發(fā)電機已形成系列。系列電機的功率范圍為5000kW〔50Hz以下或6000kW〔60HZ以下。2.2感應發(fā)電機工作原理眾所周知,電機的運行是可逆的,感應電機即可作電動機運行,又可作發(fā)電機運行,感應發(fā)電機和感應電動機其實就是感應電機的兩種不同的運行狀態(tài),因此感應發(fā)電機和感應電動機的機構基本相同。一臺鼠籠型異步發(fā)電機：當定子外加電壓作電動機運行時,其轉速n總是小于氣隙旋轉的磁場轉速n<即n<n,轉差率s=>0>,這時電機中產生的電磁轉距與轉向相同；當電機空載運形時,并外加一個驅動轉距使轉速等于同步轉速〔即n=n轉差率s==0時,由于旋轉磁場和轉子間無相對運動,電機的電磁功率為零,定子電流只為激磁電流,定子從電網吸收的功率用于克服定子銅耗和鐵耗,轉子上的驅動功率用于克服風耗和軸承損耗；但繼續(xù)增大驅動轉距,轉子的轉速將高于同步轉速〔即n>n,轉差率s=<0,此時轉子導體切割旋轉磁場的方向就與n<n時相反,因而轉子感應電勢的方向也與n<n時相反。圖2-3為感應發(fā)電機的運行狀態(tài)。感應發(fā)電機中轉子電流有功分量為：I=Icos=<2-1>感應發(fā)電機中轉子電流無功分量為：I=Isin=<2-2>式中,,分別為每相轉子回路的感應電勢,電阻和電抗。在發(fā)電狀態(tài)下,轉差率s<0,因此有功分量I與電動狀態(tài)相反,即向電網輸送有功功率；而無功分量I方向不便,即在發(fā)電狀態(tài)下繼續(xù)吸取無功電流。當電源電壓和頻率不變時,磁通基本不變,因此建立磁場所需的勵磁電流I,與感應電機的運行狀態(tài)無關。也就是說,感應電機在發(fā)電運行時,即從電網吸取勵磁電流,又向電網輸送一定的有功功率,此時的感應電機就作感應發(fā)電機運行?！?-3式〔2-3感應發(fā)電機的基本方程組〔注意：轉差率s<0：由式〔2-3可得感應發(fā)電機的失量圖,如圖2-4所示,其中為空間矢量與〔的相位差。由于轉差率s<0,電機的電磁功率為；〔2-4電機進入發(fā)電狀態(tài)。實際上只有當這個大于電機的鐵耗,定子銅耗等損耗之和時,電機才能發(fā)出電回饋電源。此時定子電壓與電流的相位差滿足,有功率為；〔2-5電極將輸入機械能轉化為電能。而此時無功率為；〔2-6電機仍然從電網吸收滯后的無功功率。2.3感應發(fā)電機接線和勵磁方式單相感應發(fā)電機的繞組接線單相感應發(fā)電機主,副繞組的接線方式主要有以下三種,在不同的結構方式下,其帶負載的能力及固有電壓調節(jié)率也是不同的。A.接線方式I該定子繞組接線方式如圖2-5〔a所示,定子繞組相數(shù)m=1,無副繞組。這種情況即前面所提到的單繞組異步發(fā)電機,它由主繞組單獨供電,電容器并與繞組兩端,再并接負載。負載的有功功率由主繞組將通過氣隙轉換而來的電功率,通過電傳導方式直接供給,無功則由電容器提供。此外,電容器還向繞組提供勵磁無功。采用這種結構方式時,發(fā)電機端電壓隨負載變化較大,即發(fā)電機的固有電壓調節(jié)率較大,但繞組的結構及接線較為簡單。B.接線方式II接線方式II如圖2-5<b>所示,定子繞組相數(shù)m=2,由主繞組帶負載,副繞組并接電容器C。運行時,負載的有功由主副繞組共同提供,其來源均為轉軸上吸收的機械功率轉換而來,但向負載提供的方式不一樣：主繞組仍是通過電傳導的方式提供；而副繞組則通過氣隙磁場的磁耦合作用傳遞給主相,然后提供給負載。負載的無功和主繞組所需勵磁無功均由電容器所在副繞組電路通過氣隙提供。采用這種結構方式時,發(fā)電機端電壓隨負載變化較小,即發(fā)電機的固有調壓率較小,穩(wěn)壓性能相對較好。但繞組的結構及接線較為復雜,材料消耗較多。C.接線方式III接線方式III如圖2-5〔c所示,電容器C與副繞組串聯(lián)后于主繞組并聯(lián),共同承擔負載。負載的有功率由主副繞組通過電傳導方式直接提供負載的無功和主繞組所需勵磁無功均由電容器所在副繞組電路提供。采用這種結構方式時,電機的材料利用率高,但發(fā)電機的固有電壓調節(jié)率較大,電壓穩(wěn)定性較差。圖2-5各種主副繞組接線方式感應發(fā)電機的勵磁方式發(fā)電機的勵磁方式有兩種,一種是他勵方式,這種方式是電網供給勵磁電流來建立磁場。這種方式在農村無其它電源供電的情況下,無法使用。另一種是自勵方式,它是依靠本身剩磁和一組接在定子線圈上的電容器來自行勵磁,此種方式在農村廣泛應用。2.4感應發(fā)電機與同步發(fā)電機的比較感應發(fā)電機的優(yōu)缺點感應發(fā)電機于同步發(fā)電機優(yōu)缺點的比較如表2-1所示。表2-1感應發(fā)電機于同步發(fā)電機的比較優(yōu)點序號項目感應發(fā)電機同步發(fā)電機1結構定子于同步發(fā)電機相同,但轉子為鼠籠型、結構簡單、牢固轉子具有阻尼繞組及勵磁繞組、結構復雜2大小尺寸較小、重量較輕尺寸較大、重量較大3勵磁無需勵磁裝置及勵磁調節(jié)裝置,由電網供給勵磁,需要勵磁裝置及勵磁調節(jié)裝置4同步合閘強制并網,無需同步合閘裝置需要同步合閘裝置5穩(wěn)定性對于負載變動沒有非同步現(xiàn)象,運行穩(wěn)定因負載急劇變化,有可能非同步運行6高次諧波負載能力轉子籠條熱容量大,對高次諧波負載得耐力較強阻尼繞組及勵磁繞組限制了電機的允許功率7維護檢修定子等的維護于同步機相同,但轉子不需要維護勵磁繞組及電刷都需要維護表2-1感應發(fā)電機于同步發(fā)電機的比較<續(xù)>缺點序號項目感應發(fā)電機同步發(fā)電機1單獨運行需要有電網供給勵磁,一般不能單獨運行能單獨運行2功率因數(shù)功率因數(shù)決定于發(fā)電機功率,不能調節(jié)能在適合負載功率的功率因數(shù)下運行3勵磁電流勵磁電流由系統(tǒng)供給,電流滯后,導致系統(tǒng)cos降低；而且低速電機的勵磁電流較大用直流勵磁4電壓及頻率調節(jié)電機的電壓和頻率受系統(tǒng)支配,不能調節(jié)單獨運行時可任意調節(jié)電壓和頻率5沖擊電流強制并網,沖擊電流大,導致系統(tǒng)電壓下降同步化并網,過渡電流較小,系統(tǒng)電壓下降較小感應發(fā)電機與同步發(fā)電機在電站中應用的經濟性比較<1>感應發(fā)電機裝備的電站由于無需直流勵磁系統(tǒng),電站投資費用低。<2>感應發(fā)電機由于無集電環(huán)、電刷、轉子勵磁繞組,因此維護及運行費用低。<3>感應發(fā)電機轉子為隱極及無同步發(fā)電機類似的轉子繞組,因此一般效率高于同容量同轉速的同步發(fā)電機。相同水資源下,采用感應發(fā)電機可多發(fā)電。<4>但是,感應發(fā)電機的上述經濟優(yōu)勢將會由于它發(fā)電時所需勵磁〔或附加同步容量或附加電容器而受到部分抵消。<5>感應發(fā)電機所需勵磁的大小與電機的額定轉速成反比〔即與電機的極對數(shù)成正比,轉速越高,標幺值勵磁越低。<6>感應發(fā)電機電站廠房面積較同步發(fā)電機電站廠房面積小。因此,經濟上比較的一般性結論難于準確得出,應該對每一個電站作具體的分析。感應發(fā)電機的適用范圍從表2-1可以看出,感應發(fā)電機具有結構簡單、牢固、體積小、重量輕、輔助設備少、運行維護方便等優(yōu)點,但也有不能進行電壓調節(jié),不能調節(jié)功率因數(shù)〔經常為超前運行,并網時沖擊電流較大等缺點。在低速感應發(fā)電機中,還存在功率因數(shù)較小、效率較低等缺點〔圖2-6、圖2-7；功率/功率/MW圖2-6感應發(fā)電機功率曲線圖28025200120極12極8極16極8590cosφ/%6極4710在較大容量機組中,并網時沖擊電流較大可能造成電網電壓下降,超前功率大還可以造成系統(tǒng)的電壓波動。功率/MW功率/MW圖2-7感應發(fā)電機效率曲線〔3kV級機、100%負荷時20195效率/%8極346極5610、12極14、16極綜上所述,感應發(fā)電機通常用于轉速較高的中小容量機組中,一般適用范圍為：容量在7000—10000kW以下；轉速在300—400r/min以上。3感應發(fā)電機特性分析3.1感應發(fā)電機運行特性分析感應發(fā)電機有兩種運行方式：單獨運行方式和與電網并聯(lián)運行方式。單獨運行的三相感應發(fā)電機在單獨運行方式中,感應發(fā)電機所需感性勵磁電流必須從負載中獲取。為此,一方面轉子磁路系統(tǒng)必須有一定的剩磁,另一方面發(fā)電機端點一定并聯(lián)一組對稱的勵磁用電容器。單獨運行三相感應發(fā)電機必須解決勵磁問題,在三項感應發(fā)電機定子端點接上適當?shù)碾娙萜?可以提供勵磁無功功率,如圖3-1所示。與并勵直流發(fā)電機一樣,要想建立電壓,就必須有剩磁。剩磁在定子繞組里產生的電動勢在電容器負載的作用下,又在電機的定子繞組里產生了容性電流,使氣隙里的磁通得到加強,從而又增大了電動勢,最后由于磁路飽和的作用,使能在定子繞組建立固定大小的電壓,如圖3-2所示。為此,也叫自勵感應發(fā)電機。與并勵直流發(fā)電機不同之處是這里不存在極性的問題。為了保證感應發(fā)電機能可靠地建立電壓,還得讓電容與空載特性曲線有明顯的交點,如圖3-2中的a點,這就需要有足夠容量的電容才行。把與空載特性不飽和段相切的直線叫做臨界電容線,它與橫坐標軸的夾角為,則<3-1>式中稱為臨界電容值。在空載時,要建立正常的電壓。必須使<3-2>即必須使<3-3>即外接電容器必須大于某一定的臨界電容值。從圖3-2可以看出,增加電容量C,可以使角減小,端電壓增高。如圖3-3所示,轉子轉速等于額定轉速,電容C為常數(shù),帶電阻性負載時為曲線1,帶電感性負載時為曲線2。圖3-3外特性曲線三相感應發(fā)電機電容器的選擇自勵三相感應發(fā)電機一般接兩種作用的電容器,一種稱主電容器固定地接在異步電動機的定子繞組上,另一組稱輔助電容器分別接在配電線路上,即在負載端接輔助電容器。主電容器為三相感應發(fā)電機工作提供空載勵磁電流,而輔助電容則用于供給增加負載時所需的勵磁電流,補償負載所引起的壓降,使發(fā)電機電壓保持穩(wěn)定,輔助電容器電容I可調節(jié)。發(fā)電機要有良好的運行特性,合理選擇電容器是關鍵,這里就選擇電容器的實用方法介紹如下。A.空載時電容量〔即主電容電容量的近似計算為了減少發(fā)電機激磁用電容量,在三相發(fā)電機中,一般將電容器接成三角形如圖3－1所示,這種接線需要三組電容器,當空載額定電壓時,每相電容器<即主電容器>的電容備可按下式計算:C=×f<3-4>式中——發(fā)電機的額定線電壓V——激磁電流的無功分量,線電流Af——頻率Hz其中=<3-5>cos≈0.2～0.3<3-6>---發(fā)電機的額定電壓時的空載線電流,可取電動機額定電流的30﹪,即=0.3。形聯(lián)接空載時每相所需電容量即主電容量C=×=4.84≈1.45f<3-7>△形聯(lián)接空載時三相所需總電容量=4.35f<3-8>B.負載時電容量的近似計算〔1電阻負載發(fā)電機帶電阻負載時所需容性電流為克服本身的無功分量=<3-9>式中---額定負載電流cos--感應電機額定功率因數(shù)帶電阻負載,電容器按△形聯(lián)接.每相電容量為=×f<3-10>這樣每相輔助電容器的電容量就可由-C之值確定。三相所需總電容量=×f<3-11>〔2動力負載帶動力負載需要增加容性電流以補償負載的無功部分,滿載時所需增加的無功容量為Q=×電動機容量kVar<3-12>式中cos---負載功率因數(shù)滿載需增加的三相總電容量〔即輔助電容為=×f<3-13>可作為選擇輔助電容器的依據。發(fā)電機滿載時的總電容量為=+f<3-14><3>電容器電壓大小選擇考慮到負載突然切除時,主電容上所受到的脈沖電壓有時會比電機端電壓大1-2倍,故主電容器的額定電壓,應不低于感應發(fā)電機端電壓幅值的1.5-2倍。輔助電容器的額定電壓只需為發(fā)電機端電壓的1.1倍。〔4應注意的幾個問題①電容器電容量選擇應適當,選得太小發(fā)電機電壓達不到要求值,電壓調節(jié)范圍較小甚至發(fā)生電壓崩潰,選得太大易產生過電壓,且成本高。②三相感應發(fā)電機主要適用于照明負載,供給動力負載只能是少部分的,一般動力負載容量應在發(fā)電機額定容量25%以下,且負載的單機容量不大于發(fā)電機容量的10﹪,否則應增大電容。③輔助電容器可由若干組小容量電容器并聯(lián)組成,且應裝設轉換開關,以便調節(jié)容量,主電容器可以是固定式的。④在為動力負載供電時,考慮到其中的電動機負載起動時電流很大.導致電壓大幅下降以至崩潰,輔助電容器的電容量在此情況下應適當增加。3.1.3與電網并聯(lián)運行的三相感應發(fā)電機A.基本方程式在前面提出的感應發(fā)電機的基本方程式〔2-3,適合于各種轉差率s的值。我們這里研究轉差率s<0的情況,基本方程式現(xiàn)重寫如下：〔3-15B.相量圖畫三相感應發(fā)電機的相量圖時,相量、、、等于轉差率s無關,只是定、轉子電流、與s有關。轉子電流<3-16>式中,為轉子有功電流折合值；為轉子無功電流折合值。當三相感應發(fā)電機運行在發(fā)電狀態(tài),s<0,轉子有功電流可寫成<3-17>可見,相量與電動勢反相位。轉子無功電流滯后時間電角度。根據式〔3-15和式〔3-16可畫出s<0時三相感應發(fā)電機的相量圖,如圖3-4所示。C.功率關系從圖3-4可以看出,在s<0運行狀態(tài)下,定子電壓與電流之間的夾角的變化范圍為,為負值,定子功率,說明這種狀態(tài)三相異步發(fā)電機向電網發(fā)出有功功率,從而使發(fā)電狀態(tài)。機械功率,由于s<0,,說明三相感應發(fā)電機由原動機吸收機械功率。原動機輸入的功率為,減去機械損耗和附加損耗,即為機械功率。機械功率再減去轉子銅損耗,變?yōu)殡姶殴β省ｋ姶殴β蕼p去定子銅損耗和鐵損耗,則為三相感應發(fā)電機定子向電網輸出的電功率。即〔3-18根據式〔3-18可以畫出三相感應發(fā)電機功率流程圖,如圖3-5所示。圖3-5三相感應發(fā)電機功率流程圖并網運行的三相感應發(fā)電機,運行中要從電網吸收較大的滯后性無功功率,這是它的很大缺點之一。D.并網時的過渡過程a.并網時的沖擊電流同步發(fā)電機由于采用同步裝置,在電壓、頻率和相位與系統(tǒng)一致時,才并網運行,故可以不考慮并網時的沖擊電流。但在感應發(fā)電機的場合,是在轉速上升到超過同步轉速,并在一定的滑差S內利用速度繼電器和系統(tǒng)并網,由于發(fā)電機并網時本身無電壓,故電機和系統(tǒng)并網時必須伴隨一個過渡過程,流過5—6倍額定電流的沖擊電流。感應發(fā)電機并網時的沖擊電流為：<3-19>式中-----正常交流分量；-----瞬時交流分量；-----瞬時直流分量；------時間常數(shù),；-----定子漏抗；-----轉子漏抗〔換算值；------轉子電阻〔換算值；、、-----相位差。b.三相短路電流感應發(fā)電機如果在運行狀態(tài)下定子側發(fā)生三相突然短路,則流過的過渡電流的大小基本上和并網時的沖擊電流相等。突然短路時的電流計算公式為：<3-20>感應發(fā)電機發(fā)生三相突然短路時,由于磁通消失,故無持續(xù)短路電流流過。3.1.4感應發(fā)電機降壓運行及效率分析感應發(fā)電機降壓運行方式不但能夠提高電機運行效率和功率因數(shù),而且可以避免發(fā)電機組電動運行,增加了發(fā)電量。它對感應發(fā)電機的應用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。A.降壓運行的基本理論和實現(xiàn)當感應發(fā)電機輕載時輸出功率較小,同時轉子銅耗隨之降低,但鐵耗基本不變,此時電機損耗主要為鐵耗。由于勵磁電流未變,定子銅耗降低不多,因此電機效率和功率因數(shù)大為降低。如果輕載時適當降低電機輸出電壓,則電機鐵耗差不多隨電壓平方而下降,是定子銅耗減小,從而降低了總損耗,使效率和功率因數(shù)得以提高,這就是感應發(fā)電機輕載降壓運行提高效率的基本原理。用電力電子元件可以容易地實現(xiàn)降壓運行。例如；可以用雙向晶閘管作為并網開關和降壓元件。根據輸出功率,通過控制晶閘管的觸發(fā)角來實現(xiàn)并網、解列和降壓運行。雙向晶閘管具有降壓作用,并且當其導通時電壓近似為零；當其關斷時電流為零；雙向晶閘管可以用電感等效,因為像電感一樣,雙向晶閘管的基波電流落后基波電壓,而且只有發(fā)電機電流、電壓的基波分量產生力矩和功率。通過改變晶閘管的觸發(fā)角,可以改變等效感抗X的關系如圖3-5所示。因為轉差率S是隨著負荷變化的量,所以,〔角與電機轉差率s有一一對應關系,據此可以得出S與X的變化關系如圖3-6所示。晶閘管等效感抗與發(fā)電機阻抗串聯(lián),電網電壓減去晶閘管電壓降就是發(fā)電機的端電壓,它與S的關系也一同畫在圖3-6中。從該圖可以看出,通過改變觸發(fā)角可以控制發(fā)電機的端電壓,從而改變轉差率。風力發(fā)電機組從S=+0.005時開始并網,當S=-0.005時晶閘管完全導通,機端電壓等于電網電壓；在S=+0.005到-0.005之間,發(fā)電機處于降壓運行狀態(tài)。B.運行效率分析感應發(fā)電機的輸入功率減去損耗等于輸出功率,降低損耗增加了有功功率輸出。增加的有功功率輸出可用下式計算：〔3-21式中-------發(fā)電機的空載損耗；------額定效率；------額定功率；------負載率〔輸出功率于額定功率之必；-----降壓系數(shù)〔機端電壓與額定電壓之比；=0.25<4極電機>或=0.30〔極數(shù)大于4的電機。因此,感應發(fā)電機降壓運行的效率為：〔3-22式中------額定電壓運行、輸出功率為P時的效率電壓降低還減少了感應發(fā)電機的無功功率：〔3-23式中-------發(fā)電機空載無功功率-------額定功率因數(shù)本小節(jié)提出感應發(fā)電機降壓運行的方式,主要是以感應風力發(fā)電機組為例說明的。此種運行方式可以實現(xiàn)感應風力發(fā)電機組低輸出功率時的降壓運行,提高運行效率；同時可以完全按照"發(fā)電就并網,不發(fā)電則與電網解列的原則"對風力發(fā)電機組進行控制,大大改善了感應風力發(fā)電機組的運行效率,此種運行方式對感應風力發(fā)電機具有很高的理論和實用價值。3.1.5感應發(fā)電機并車及運行注意事項A.感應發(fā)電機并車運行條件：<1>附近有區(qū)域性電網,可將感應發(fā)電機并入電網,向系統(tǒng)輸送有功功率。這種運行方式可以簡化運行,保證頻率和電壓穩(wěn)定。感應發(fā)電機解列時,其主電容器組和副電容器組可仍和電網接通,以改善電網功率因數(shù)。<2>當附近電站有同步發(fā)電機運行時,可將感應發(fā)電機并入運行,分擔同步發(fā)電機有功負荷。在感應發(fā)電機解列時,其主電容器組和副電容器組可根據同步發(fā)電機無功負荷情況,部分或全部退出運行。<3>容量較大的幾臺感應發(fā)電機,如原動機調速系統(tǒng)反應靈敏,則可并列運行。運行中,應嚴格監(jiān)視其功率分配情況。感應發(fā)電機并車,無需整步設備,操作簡單,其并車方法及注意事項如下：<1>確定相序,其方法是將母線電源與感應發(fā)電機接通,作電動機運行,觀察其旋轉方向,應和用原動機拖動時轉向相同。如轉向相反,可將感應發(fā)電機任意兩根相線對調即可。<2>功率較大的感應發(fā)電機并入容量不大的電網應注意,在并入電網時,其轉速應略高于同步轉速,以免并車瞬間引起系統(tǒng)電壓波動,并入系統(tǒng)后調整轉速帶有功負荷。<3>功率較小的感應發(fā)電機,在并入系統(tǒng)時,其轉速應等于或略低于同步轉速,以防止并入時就承擔較大的負荷,并入電網后再調整原動機轉速帶有功負荷。<4>大小不同的兩臺感應發(fā)電機并列時,應以小的一臺感應發(fā)電機作為待并機。待并機的轉速接近同步轉速時合上并車開關,然后再投入待并機的主電容器組和副電容器組。<5>他勵感應發(fā)電機運行方式〔不配置勵磁電容器的感應電動機,以略高于同步轉速并入電網運行,從電網吸收無功功率,稱作他勵感應發(fā)電機,可向電網輸送有功功率。但因感應發(fā)電機所需無功功率較大,對電網運行不利,一般不采用。感應發(fā)電機運行注意事項：<1>感應發(fā)電機應在空載下將電壓升至額定值后再帶負荷,否則電壓很難建立起來。<2>帶負荷順序應該是先起動容量較大的電動機,然后起動較小容量的電動機,最后是照明或其他負荷。<3>切除負荷時應同時切除一部分電容器組,以防止過電壓。<4>當轉子剩磁消失時,如當?shù)赜须娫?可通電將發(fā)電機作為電動機運轉數(shù)分鐘；如無電源,可起動前用6V蓄電池或一號電池四節(jié)串聯(lián)后加在任何一相定子繞組上充電幾秒鐘。有時轉子剩磁微弱,難以激發(fā)起電壓時,也可以提高原動機轉速,或投入更多的電容器,促使其激勵。<5>感應發(fā)電機能長時間承受較大的超速運行,因此,對電源頻率要求不高的場合,可以用改變原動機轉速來保持電壓,或以高于同步轉速運行,以減少電容器購置費用。<6>如起動單機容量超過發(fā)電機容量15%以上的感應發(fā)電機時,可在發(fā)電機側配置一組起動電容器組,起動電動機時投入,起動后斷開,可以使感應發(fā)電機順利起動占本身容量40%的空載感應電動機。<7>為防止因原動機飛車或突然甩負荷引起過電壓擊穿發(fā)電機繞組絕緣,應在發(fā)電機側安裝一組擊穿保險。<8>當感應發(fā)電機供電線路較長時,應在發(fā)電機出口第一基桿安裝一組FS1-0.5型低壓閥型避雷器,避雷器應良好接地,起接地電阻小于10。3.2感應發(fā)電機功率因數(shù)的改善和自勵現(xiàn)象如圖3-7所示,感應發(fā)電機的視在功率,由有功功率和無功功率合成。功率因數(shù)為：<3-24>無功功率與勵磁電流成正比,而勵磁電流大致決定于定、轉子鐵心間的氣隙磁勢。在相同容量下,低速機的氣隙長度與極距之比相對較大,使氣隙磁勢增大,無功功率較大,故通常低速機較小。為了提高感應發(fā)電機的功率因數(shù),通常采用發(fā)電機并聯(lián)電容器以補償無功功率的辦法。如圖3-7所示,并聯(lián)電容器后,發(fā)電機的無功功率由降低到為電容器的電容量,從系統(tǒng)看,功率因數(shù)則有增大到。改善功率因數(shù)的電容器容量由下式求得：<3-25>的單位為KW,的單位為Kvar,通常選定在0.95左右。相應的電容器電容為：<3-26>式中------端電壓,V但是,在考慮用并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)時,應該注意防止產生自勵現(xiàn)象。自勵現(xiàn)象是在發(fā)電機和電容器并聯(lián)且與系統(tǒng)斷開時產生的。這時,電容器的超前電流成了發(fā)電機的勵磁電流,它使磁通增加,感應電勢增大至發(fā)電機飽和曲線的交點處。圖3-8為額定轉速〔為定值下的自勵現(xiàn)象示意圖,圖中A、B、C為電容器的電壓—電流特性曲線,且曲線C的電容器容量大于曲線B的容量大于曲線A的容量。D為感應發(fā)電機的空載飽和曲線。圖中,A與D不相交,不發(fā)生相交,不發(fā)生自勵；C與D相交,可以發(fā)生自勵,產生電壓；B與D相切,為不發(fā)生自勵的極限,曲線B的電容量〔即不產生自勵現(xiàn)象得最大電容器容量為：<3-27>式中-----額定端電壓,KV圖3-7中------有功功率,KW；------無功功率,KVar；------視在功率,KVA；------功率因數(shù)角；-----改善功率因數(shù)用電容器容量,KVar；-----改善功率因數(shù)后視在功率,KVA；-----改善功率因數(shù)后功率因數(shù)角。圖3-8中A、B、C----------電容器電壓—電流曲線；D----------異步發(fā)電機空載飽和曲線。除了考慮額定轉速下的自勵現(xiàn)象外,還應該考慮感應發(fā)電機與系統(tǒng)斷開、轉速上升時可能產生的自勵現(xiàn)象。如圖3-9所示,實線為額定轉速下感應發(fā)電機的空載飽和曲線和電容器的電壓---電流特性曲線,其交點處的電壓低于感應發(fā)電機的額定電壓,自勵電壓不會給電機造成危害。當發(fā)電機與系統(tǒng)斷開轉速升高時,頻率上升,感應發(fā)電機的空載飽和曲線和電容器的電壓---電流曲線如圖3-9中虛線所示,在交點處產生一個高于額定電壓的自勵電壓,這個電壓可能危及發(fā)電機和電容器的絕緣,必須予以重視。因此一方面應從最不利〔過速的情況來選擇電容器的容量,另一方面在保護線路上要采取適當?shù)姆桨浮?.3感應發(fā)電機電磁設計分析感應發(fā)電機參數(shù)決定了它的運行性能。每一個運行點有固定的功率因數(shù)和效率,因此為獲得最大功率因數(shù)和最大效率,設計時選擇參數(shù)是十分重要的。功率因數(shù)為獲得最大的功率因數(shù),設計時應該使無功電流的磁化分量與漏抗分量相等。對于大于8極的電機,磁化分量常比漏抗分量大,為降低磁化電流,首先在機械設計和工藝條件可能的情況下,應盡可能的采用較小的氣隙尺寸；其次是磁通密度的選擇,過高的磁通密度將使功率因數(shù)降低,過低的磁通密度將使材料利用不充分,其本質問題是一個涉及電機成本,無功補償費用綜合化問題,同時也是主要尺寸比的優(yōu)化問題。效率分析最大效率只有在可變損耗〔銅耗與不變損耗〔電壓一定時的鐵耗相等時才可能得到。由于需要考慮一些其他因數(shù),例如為了降低定子繞組溫升需加長鐵心長度以增加散熱面,這就引起鐵心損耗的增加,因此要獲得電機額定輸出時最大效率通常是不可能的。3.3.3最大功率輸出感應發(fā)電機最大功率輸出問題,類似于感應發(fā)電機最大輸出轉據問題。它是發(fā)電機帶負荷后的穩(wěn)定運行能力問題,在低于出現(xiàn)最大輸出功率的轉速區(qū)間內,發(fā)電機都能穩(wěn)定運行,最大輸出功率機穩(wěn)定運行的轉速區(qū)間決定于電機的參數(shù)并近似隨端電壓的平方變化。轉子轉動慣量與機組特性轉子轉動慣量的大小對于電機故障后是否能恢復正常運行十分重要。轉動慣量越大,是電機加速所需的時間越長,因此,故障后電機加速超過穩(wěn)定點之前用于清除故障的時限就越多,有利于電機故障后恢復正常穩(wěn)定運行。這可用圖3-10解釋。當在給定負載條件下,發(fā)電機開始運行于圖3-10的發(fā)電機功率曲線與水輪機機械特性的交點即a點,如發(fā)電機發(fā)生三相短路故障,發(fā)電機電壓消失,甩負荷,此時發(fā)電機在故障清除、重合閘前將一直加速,如當發(fā)電機轉速未超過c點前,重合閘成功后電壓恢復,發(fā)電機帶上負荷,由于發(fā)電機輸出功率大于水輪機輸出功率,發(fā)電機向正常轉速回落,由于在低于c點轉速區(qū)間發(fā)電機的輸出功率一直大于水輪機的輸出功率,因此當其轉速至正常轉速時,功率達到平衡,經功率轉速有限次數(shù)的震蕩后,發(fā)電機在a點恢復正常運行。如發(fā)電機轉速超過c點后重和閘成功,由于其輸出功率小于水輪機的輸出功率,發(fā)電機仍將加速直至第二個穩(wěn)定運行點d,這是不希望的,因為從這個運行點是不可能使發(fā)電機重新回到滿載運行的。假設發(fā)電機的功率曲線如圖虛線所示,水輪機的功率曲線與發(fā)電機的功率曲線僅有一個交點。當發(fā)電機故障排除后,只要電壓恢復正常,水輪機將自動降速至額定值,并使發(fā)電機帶上額定負載。以上分析是針對水輪機導葉不作任何操作時,發(fā)電機甩負載后,機組慣性與機組特性對發(fā)電機恢復正常運行的影響。另一種方法,是采用水輪機導葉控制的方法。如轉速翻過圖中的c點,減小水輪機導葉開度,使水輪機輸出曲線在所有超過正常運行速度的范圍內都低于發(fā)電機的功率曲線。這將使電壓恢復后機組的轉速逐漸降低,直至功率平衡的轉速下穩(wěn)定運行。然而對于無人值守電站,借助于超速開關關閉導葉至無載位置是一種較為簡單的控制方式。上述分析國內幾座感應發(fā)電機水電站運行的實踐是正確的。對感應發(fā)電機電磁設計及水輪控制方案的選擇具有重要的指導意義。4感應發(fā)電機控制及保護4.1感應發(fā)電機控制方式及其保護情況為更好的利用感應發(fā)電機造福人類,研究感應發(fā)電機的控制方式就為這一目的的實現(xiàn)打下了基礎；當然要保證感應發(fā)電機的安全可靠的運行相應的保護也是必不可少的。4.1.1感應發(fā)電機的運行控制方式A.感應發(fā)電機的啟動與并網以水力發(fā)電為例,當給發(fā)電機發(fā)出啟動指令,在確認水輪機滿足啟動條件后,徐徐打開水輪機導葉直到啟動開度,這時水輪機發(fā)電機組開始轉動、加速,然后利用負荷限制裝置將導葉調到空載開度位置,使轉速上升到同步轉速附近。同時,利用同軸連接的轉速計測出轉速,通過速度繼電器確認滑差S在以內時即可合上斷路器,完成和系統(tǒng)并網的過程。和同步發(fā)電機相比,感應發(fā)電機并網比較簡單。感應發(fā)電機只需將轉速控制在滑差S在范圍內即可并網,而同步發(fā)電機一般要求S在0.5%范圍內才可并網。此外,感應發(fā)電機并網時對相位和電壓也無要求。感應發(fā)電機啟動、并網過程入圖4-1所示。B.感應發(fā)電機負載運行感應發(fā)電機一經和系統(tǒng)并網,即可用負荷控制裝置調節(jié)水輪機導葉,進入負載運行工況。由于感應發(fā)電機一般不能單獨運行,且通常容量較小而無系統(tǒng)頻率調整能力,因此只需用普通的負載限制裝置作為運行控制。此外,由于感應發(fā)電機沒有電壓調整能力,所以不需要自動電壓調整裝置〔AVR、自動功率調整裝置〔APFR和自動無功功率調整裝置〔AQRC.感應發(fā)電機緊急停車感應發(fā)電機在負載運行時,可以通過保護繼電器的動作,打開斷路器,同時緊急關閉水輪機,實現(xiàn)緊急停車。D.感應發(fā)電機慢停車將水輪機導葉慢慢關至空載開度,在滑差S為零的附近打開并網斷路器,待水輪機導葉完全關閉轉速降至約30%為機組額定轉速時投入制動器,使機組完全停機為止。但許多轉動慣性小的一部發(fā)電機不設制動器。4.1.2感應發(fā)電機的保護圖4-2為感應發(fā)電機標準保護方式的單線接線圖。保護線路中通常有下列保護繼電器：〔1過電壓繼電器59〔2過電流繼電器51〔3欠電壓繼電器27〔4過頻率繼電器95H〔5欠頻率繼電器95L〔6接地過電壓繼電器64〔7過速繼電器12圖4-2中,"13-1”、"13-2”為速度繼電器,是并網時控制用繼電器。"SC"是改善功率因數(shù)用電容器。當打開斷路器〔52,使發(fā)電機與系統(tǒng)解列時,圖4-以上主要是以感應水力發(fā)電機為例來說明感應發(fā)電機的運行控制方式和保護線路的。4.2常見故障的原因及排除方法一、感應發(fā)電機溫升過高或冒火的原因及排除方法：<1>發(fā)電機長期過負荷,應調整負荷至額定值；<2>釘子繞組有接地或短路故障,應檢修定子繞組；<3>發(fā)電機的轉動部分與固定部分相摩擦,應檢查軸承有無松動及損壞,定子及轉子之間有無不良裝配,可以進行相應修復及處理；<4>發(fā)電機通風散熱不良,應清理風道及繞組上的污垢和灰塵,改善通風散熱條件。二、感應發(fā)電機輸出功率不足的原因及排除方法：原動機功率不足,應更換大功率原動機；<2>勵磁電容器容量不足,應增加電容器容量；<3>傳動帶輪使用不當,有大滑現(xiàn)象,應檢修帶輪及結構,消除打滑現(xiàn)象。三、發(fā)電機失去剩磁造成起動時不能發(fā)電的原因及排除方法：<1>停機后經常失去剩磁,是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼,剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失,應常備蓄電池,在發(fā)電前進行充磁。<2>發(fā)電機的磁極失去磁性,應在繞組中通入比額定電流大的直流電流〔時間很短進行充磁,便能恢復足夠的剩磁。四、發(fā)電機端電壓過高的原因及排除方法：<1>電網并列的發(fā)電機電網電壓過高,應與調度聯(lián)系,由調度處理；<2>由于勵磁裝置的故障引起的過勵磁,應檢修勵磁裝置。五、發(fā)電機過電流的原因及排除方法：<1>負荷過大,應減輕負荷；<2>輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障,應消除輸電線路故障后,即可恢復正常。5感應發(fā)電機應用分析5.1感應發(fā)電機應用舉例實例一1994年由XX大學與XX南川市電力公司,在南川金XX建設2×2000kw同步發(fā)電機與一臺2500kW異步發(fā)電機并列運行的電站。該電站電氣布置為：一臺2000kW同步發(fā)電機與2500kW異步發(fā)電機在6kV母線上并聯(lián),經5000kVA雙圈變壓器接入35kV母線,另一臺2000kW同步發(fā)電機與一臺3150kVA三圈變壓器組成發(fā)變單元,高壓側接入35kV母線,10kV側供地區(qū)負荷。按年最大損耗小時數(shù)為5000h計算,每年增加電量為41萬kWh?！?通過電站電氣設計異步發(fā)電機有如下技術優(yōu)勢：由于有以下特點,感應發(fā)電站的運行、監(jiān)控技術簡單,不需直流勵磁機、直流設備、電壓調節(jié)及碳刷,控制系統(tǒng)簡化,不易過負荷,很少有超速的危險性。因此,在機端無電容勵磁的條件下,不會引起過電壓和頻率的增加,無旋轉繞組與滑環(huán),不需同期裝置?？蓪嵤┖唵蔚倪h程監(jiān)控,因此這種電站非常適合無人值守。發(fā)電機產生的電壓波形非常接近正弦分布,感應發(fā)電機扮演諧波吸收器的角色。不存在持續(xù)的短路電流,雖然斷路器瞬時額定值會受到影響,但降低了斷路器的遮斷容量。<4>其他技術經濟效益廠房基建面積減少,機組安裝、維護費用降低,由于無直流勵磁系統(tǒng)因此故障率低。實例二20世紀50年代,由美國加州舊金XX屋公司與OregONState波特蘭GE公司聯(lián)合在OregONCitvWillamette瀑布的Sullivan電站裝設了12臺容量1200kW、三相、60周波、4160V、30極、立式感應發(fā)電機。該電站采取感應發(fā)電機的原因如下：<1>水源有限為了使有限的水源全部用于發(fā)電,避免驅動直流勵磁機,而減少電站的發(fā)電量,且經比較計算后表明感應發(fā)電機電站在任何水流下都比同步電機電站增加了有功輸出。<2>通過電站電氣設計感應發(fā)電機有如下技術優(yōu)勢：①由于有以下特點,感應發(fā)電站的運行、監(jiān)控技術簡單,不需直流勵磁機、直流設備、電壓調節(jié)及碳刷,控制系統(tǒng)簡化,不易過負荷,很少有超速的危險性。因此,在機端無電容勵磁的條件下,不會引起過電壓和頻率的增加,無旋轉繞組與滑環(huán),不需同期裝置。②可實施簡單的遠程監(jiān)控,因此這種電站非常適合無人值守。③發(fā)電機產生的電壓波形非常接近正弦分布,感應發(fā)電機扮演諧波吸收器的角色。④不存在持續(xù)的短路電流,雖然斷路器瞬時額定值會受到影響,但降低了斷路器的遮斷容量。<3>技術缺陷：①低功率因數(shù),電站是系統(tǒng)的無功負載。②可能需要高瞬時額值的斷路器。<4>投資比較①感應發(fā)電機的初步投資小于同步發(fā)電機。②感應發(fā)電機自動化、監(jiān)控系統(tǒng)的投資明顯低于同步發(fā)電機的控制系統(tǒng)。③感應發(fā)電機能量轉換效率高于同步發(fā)電機。5.2應用分析通過以上兩個實例分析可清楚的看到感應發(fā)電機在很多方面要比同步發(fā)電機有很大的優(yōu)越性的。感應發(fā)電機結構簡單,運行、控制技術都相對簡單,不需直流勵磁機、直流設備、電壓調節(jié)及碳刷,控制系統(tǒng)簡化,不易過負荷,很少有超速的危險性,感應發(fā)電機的能量轉換效率高于同步發(fā)電機。同樣容量的發(fā)電機,感應發(fā)電機的投資要比同步發(fā)電機投資要小,成本低,在后期的檢修維護過程中也將降低開支,降低成本。因此,感應發(fā)電機的這些優(yōu)點就促使了這方面的研究,這勢必會對感應發(fā)電機的性能、技術方面的提高起到積極的作用,對感應發(fā)電機的發(fā)展前景看好。感應發(fā)電機將在以后我國現(xiàn)代化建設、全面建設小康社會的過程當中將發(fā)揮更大的作用,為緩解能源短缺的問題的解決找到了一個很好的方法。6結論本課題為感應發(fā)電機的特性研究。論文對感應發(fā)電機的結構、原理、分析計算和各種特性曲線以及控制保護進行了全面的分析、整理、綜合、總結。感應發(fā)電機是一種重要的發(fā)電站發(fā)電設備,它結構簡單牢固、無集電環(huán)和碳刷、可靠性高、不受使用場所限制、無滑動接觸、便于維護、造價低、無需專用的直流勵磁電源、無轉子勵磁磁場,不需要同期及電壓調節(jié)裝置,電站設備簡化,負荷控制十分簡單、能承受故障短路以及能與整流及逆變電路良好的匹配等優(yōu)點。這些優(yōu)點使得感應發(fā)電機在一些草原、牧場、海島、偏遠山區(qū)的小型孤立電站中,以及在某些缺電的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村,斷電后所啟用的應急小型柴油發(fā)電機組中被