異步機(jī)發(fā)電的原理與判據(jù)

異機(jī)的理據(jù)

異步機(jī)發(fā)電原理與判據(jù)研究摘要傳統(tǒng)電理論以轉(zhuǎn)差的正負(fù)異步機(jī)運(yùn)行態(tài)的判，缺乏科學(xué)證明并與實(shí)踐符。判別異機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參照標(biāo)是理想轉(zhuǎn)速，電動(dòng)狀的判據(jù)<n發(fā)電0狀態(tài)的據(jù)則為

n>n

0

。異步發(fā)機(jī)調(diào)速的目是為了足>發(fā)電判據(jù)需要主要適用于速變化的風(fēng)發(fā)電等場合功率因是異步發(fā)電面臨的要問題，有的解決法是轉(zhuǎn)子激補(bǔ)償，為此，機(jī)宜為繞線，調(diào)速制應(yīng)該具有轉(zhuǎn)子無補(bǔ)償?shù)墓δ荜P(guān)鍵詞異步發(fā)

判據(jù)

理想轉(zhuǎn)

調(diào)速

功率因前言化石能資源日趨減且不可生，使得以、石油為資源的火發(fā)電面臨難以續(xù)發(fā)展的困局面，了滿足不斷長的電需要，風(fēng)力電已被到重要程，同時(shí)正蓬勃發(fā)。如果僅技術(shù)性能角出發(fā)，流發(fā)電當(dāng)首同步發(fā)機(jī)，理由是步發(fā)電機(jī)具有率高，激磁率小，電不僅有功而且兼無功等一系優(yōu)點(diǎn)。是，同發(fā)電要求轉(zhuǎn)必須穩(wěn)，顯然，這于轉(zhuǎn)速化無常的風(fēng)發(fā)電來是無法現(xiàn)的。于是異發(fā)電就應(yīng)運(yùn)生，但，異步發(fā)電理如何學(xué)地詮釋？及怎樣克服異發(fā)電存在的術(shù)缺陷對(duì)于這些重理論和術(shù)問題，作研究發(fā)，傳統(tǒng)的機(jī)理論不僅法給出學(xué)、準(zhǔn)確的案，而有關(guān)結(jié)論與實(shí)不符為了促風(fēng)力異步發(fā)技術(shù)的展，本文針傳統(tǒng)電理論存在的題，主要利用者前曾提出交流調(diào)理論文獻(xiàn)1對(duì)異步發(fā)電運(yùn)行原進(jìn)行了分析研究，并且出新的論。其中，建立的步機(jī)發(fā)電狀的判據(jù)對(duì)異步發(fā)電運(yùn)行原給予了新的解讀，時(shí)，也明了異步發(fā)機(jī)的技

1111路線和展方向，希能夠引業(yè)界的關(guān)注討論。1.問題的提出異步（感應(yīng)機(jī)是異步動(dòng)機(jī)和異步電機(jī)的稱，根據(jù)機(jī)可逆理，一臺(tái)異機(jī)既可作為動(dòng)機(jī)，可作為發(fā)電，電機(jī)竟運(yùn)行在何狀態(tài)，質(zhì)的判是能量轉(zhuǎn)換向，即如果是電—機(jī)轉(zhuǎn)換則為電動(dòng)狀；如果機(jī)——轉(zhuǎn)換，則為電狀態(tài)但問題是如判斷電的能量轉(zhuǎn)換向呢？就需要據(jù)具體的電原理，找出區(qū)分電工作狀的標(biāo)志性物量，并過該標(biāo)性物理量的定，最確定電機(jī)的作狀態(tài)于是，這個(gè)志性物量及其定便成為電運(yùn)行狀的判據(jù)。顯，作為礎(chǔ)理論，電運(yùn)行狀的判據(jù)須是科學(xué)、謹(jǐn)?shù)?，則，將對(duì)異發(fā)電技產(chǎn)生誤導(dǎo)。n對(duì)于異機(jī)運(yùn)行狀態(tài)判別，統(tǒng)電機(jī)學(xué)選轉(zhuǎn)差率定義為n1

）為標(biāo)志并以轉(zhuǎn)率的負(fù)作為據(jù)其主要點(diǎn)為按照轉(zhuǎn)率的大小和負(fù)，異步機(jī)分為電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)三狀態(tài)在轉(zhuǎn)差率1>s即0<n<n的范圍，…此時(shí)電處于電機(jī)狀態(tài)。若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)高于旋轉(zhuǎn)磁速度，n>n此時(shí)…電機(jī)就處發(fā)電機(jī)態(tài)（文獻(xiàn)2。以上點(diǎn)可歸為：1

1

當(dāng)s>n<時(shí)，異步為電動(dòng)態(tài)；當(dāng)s<n>時(shí)，異步為發(fā)電態(tài)。此即為統(tǒng)電機(jī)理論異步機(jī)行狀態(tài)判據(jù)然而，述的經(jīng)典理卻在異機(jī)雙饋調(diào)速超同步態(tài)時(shí)發(fā)生了外。業(yè)界悉知當(dāng)雙饋調(diào)速同步運(yùn)時(shí)，轉(zhuǎn)速高同步轉(zhuǎn)，即n>n如果按1照傳統(tǒng)判據(jù)，異步應(yīng)該運(yùn)在發(fā)電狀態(tài)但事實(shí)是運(yùn)行在電狀態(tài)。此，傳的異步機(jī)狀判據(jù)無給出圓滿的答。科學(xué)的論應(yīng)該是理、普適，理論的科性不允有任何違背論的例外發(fā)生因此，雖然舉出傳判據(jù)的一例誤，就以證明傳統(tǒng)據(jù)的科性值得榷。2.異步發(fā)電機(jī)的率轉(zhuǎn)換理與據(jù)1)異步發(fā)電機(jī)的基原理

M21???1M21???111M異步機(jī)典型特征是磁感應(yīng)即定子和轉(zhuǎn)的電磁率是通過旋磁場的感應(yīng)作傳輸?shù)?，因異步機(jī)旋轉(zhuǎn)的變壓之稱，物理模型如圖所示。異步發(fā)機(jī)雖然和異電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換方相反，定、轉(zhuǎn)子的磁感應(yīng)及其電功率的傳輸理并未變。異步機(jī)電運(yùn)行，首先，轉(zhuǎn)在主磁的作用，將機(jī)械功轉(zhuǎn)化為磁功率，其間須扣除子損耗。與此同時(shí)，子將電磁功通過電感應(yīng)傳輸給子，扣定子損耗后，將功率輸入電。異步發(fā)電的轉(zhuǎn)子定子功率平方程可別表為PPpMPP1

2

（）（）需要注的是，和異電動(dòng)機(jī)樣，轉(zhuǎn)子的磁功率法直接觀測而只能定子間地體現(xiàn)，并為PmIcos

1

（）這是由轉(zhuǎn)子電磁功為機(jī)械率所平衡之。當(dāng)電處于發(fā)電狀時(shí)，定的電壓衡方程為EU(rjx)

（）式中的E為定子繞的感應(yīng)電勢且E>，于是子將磁功率入電網(wǎng)，異步機(jī)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行另外，步機(jī)定、轉(zhuǎn)能量交的前提是兩的旋轉(zhuǎn)場同步，根電機(jī)學(xué)原理，論異步機(jī)的速高低正負(fù)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速恒為nn2

（）即轉(zhuǎn)子定子的磁場速是恒的，兩者始保持同，因此，異機(jī)的定轉(zhuǎn)子能交換永遠(yuǎn)是通的，存在轉(zhuǎn)子頻變化而致的不同步題。2)異步發(fā)電機(jī)的理轉(zhuǎn)速電機(jī)穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，原機(jī)的驅(qū)轉(zhuǎn)矩T與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)T相平衡，T

M

（）結(jié)合式1）有PPM

(7)

200200由于功與轉(zhuǎn)矩之比角速度故有Pem

0

(8)p2

(9)MT

(10)式中的角速度角速度降；則為想角速。異步發(fā)電的角速度方程為0

（11換算為速的形式，有PMT60p2T

(12)(13)(14)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速方程為

(15)上式中n定義發(fā)電機(jī)理想轉(zhuǎn)速（稱理想載轉(zhuǎn)速其物理義為:0在假定無損耗狀態(tài)（即p=0）,全部機(jī)功率轉(zhuǎn)化為磁功時(shí)，發(fā)機(jī)所需要供的最低轉(zhuǎn)。由于實(shí)上必然存損耗，想狀態(tài)無法現(xiàn)，所原動(dòng)機(jī)供的轉(zhuǎn)速必高于理轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速程（）對(duì)此給予了完表達(dá)。將式（15和異步動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)式對(duì)比可以發(fā)，對(duì)于動(dòng)0機(jī)，理轉(zhuǎn)速是最高極限速（與同步轉(zhuǎn)無關(guān)，對(duì)于發(fā)機(jī)，理想轉(zhuǎn)則是最的極限速度由此可，理想轉(zhuǎn)速是電動(dòng)機(jī)和電機(jī)的界點(diǎn)，也是區(qū)分動(dòng)狀態(tài)與發(fā)狀態(tài)的一標(biāo)志。另，既可以從電角度觀，也可以從電角度觀察兩種觀的結(jié)果是一的。

0em000100MMMem0010em000100MMMem00100對(duì)于自運(yùn)行的異步，可以過式（14的進(jìn)一推導(dǎo)（過程略，證明理想速與同步轉(zhuǎn)數(shù)值相，即

n

。但應(yīng)意，這種相僅僅是值的，且限于自然運(yùn)，不能蓋兩者物理義的區(qū)。方程（）同時(shí)給了改變想轉(zhuǎn)的方法鑒于電磁轉(zhuǎn)是由發(fā)負(fù)載所決定，能人為地改，因此節(jié)n只能通控制電功率P才能實(shí)現(xiàn)這一結(jié)論于異步機(jī)調(diào)是極為要的。需要指，>n只是性的判，要使異步電機(jī)穩(wěn)運(yùn)行，必須和同在一機(jī)械特性曲上，且n位于第象限（圖，時(shí)，由特性曲線較硬，者的誤差實(shí)很小。綜合上，異步機(jī)的想轉(zhuǎn)速是十分重的物量，且同步轉(zhuǎn)速有本質(zhì)的別。前者是械運(yùn)動(dòng)后者則是非械的電運(yùn)動(dòng)，影響機(jī)轉(zhuǎn)速是運(yùn)動(dòng)性相同的，同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速有本質(zhì)的聯(lián)。傳統(tǒng)異步機(jī)理論中并沒建立n的概念片面強(qiáng)調(diào)同轉(zhuǎn)速和差率，這是成理論誤的本原因3)異步機(jī)狀態(tài)判據(jù)從本質(zhì)看，異步機(jī)電狀態(tài)功率判據(jù)應(yīng)>P，根據(jù)學(xué)理論機(jī)械功率達(dá)為PTn60而電磁率則從機(jī)械度觀察表達(dá)為

（）Pem0

260

（）將以上式帶入功率據(jù)P>，便可到轉(zhuǎn)速據(jù)n>

（18即，發(fā)狀態(tài)的標(biāo)志電機(jī)轉(zhuǎn)必須大于想轉(zhuǎn)速。這和經(jīng)理論的據(jù)nn顯然不。發(fā)電判不等式（）具有重的工程指導(dǎo)義，它明，當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速變且不恒定時(shí)例如風(fēng)發(fā)電應(yīng)該調(diào)理想轉(zhuǎn)速，使之跟蹤化的轉(zhuǎn)速，足n>判據(jù)。至于步轉(zhuǎn)速以及差率，步機(jī)的發(fā)電其沒有接、必的關(guān)系。

0M100M103.異步機(jī)發(fā)電的速異步發(fā)機(jī)調(diào)速的提，要是為滿足>n發(fā)電判的需要。原動(dòng)機(jī)速變化——例如風(fēng)發(fā)電，保證異步機(jī)行于發(fā)狀態(tài)，必須過平滑調(diào)速來變理想轉(zhuǎn)速前已敘，理想轉(zhuǎn)速電動(dòng)和電的狀態(tài)臨點(diǎn)，無從哪個(gè)角度析，其結(jié)果是致的。由于動(dòng)機(jī)更普及，因此發(fā)電調(diào)（改變理想速）的析以電為出發(fā)點(diǎn)，是就和步電動(dòng)機(jī)調(diào)相統(tǒng)一。關(guān)于異機(jī)調(diào)速原理文獻(xiàn)2給了新的詮釋并給出新的公式，方便閱讀，摘要如下：

電動(dòng)機(jī)速源于力學(xué)理，其質(zhì)是對(duì)機(jī)械率的控制；異步機(jī)速最終歸結(jié)轉(zhuǎn)子的率控制，據(jù)PPp電氣的調(diào)Mem速原理為電磁功率P控制和耗功率控制前者是過電磁功率控制來變理想空載速（而非同轉(zhuǎn)速，于高效率的速；后者是過增大損耗率來增轉(zhuǎn)速降，屬于效率的速；對(duì)于異機(jī)，電磁功調(diào)速的制對(duì)象可以擇定子轉(zhuǎn)子，兩者有基本同的調(diào)速性。改變理轉(zhuǎn)速的公式對(duì)于轉(zhuǎn)n0

2C

m

（）對(duì)于定ne

m

1e

m

（20式中的——轉(zhuǎn)子的電勢；C——轉(zhuǎn)子電勢數(shù)，

2

Np2r260

；——主磁量。m

m??m?????1m2調(diào)速變控制裝置是速的異機(jī)發(fā)電系統(tǒng)重要組部分，異步電機(jī)的調(diào)速便根據(jù)情況選定子控或轉(zhuǎn)子控制即有1)定子控制的調(diào)速即按式，采取變壓變（VVVF）速，多用于鼠籠機(jī)2)轉(zhuǎn)子控制的調(diào)速即按式，采取內(nèi)饋、饋調(diào)速只限于繞線。其中，于轉(zhuǎn)子的內(nèi)和雙饋速，其變流制該具如下功能：

控制附電源與轉(zhuǎn)子率交換方向和大小實(shí)現(xiàn)理轉(zhuǎn)速的低同步和超步無級(jí)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)——附加電的頻率以使兩者實(shí)有功功交換；為轉(zhuǎn)子供無功激磁率，提異步發(fā)電的率因數(shù)4.無功補(bǔ)償問題異步電的顯著特點(diǎn)一是定激磁，為此定子須電網(wǎng)中吸收定的感性無功率，由于定子之間在較大的氣，電機(jī)磁阻遠(yuǎn)大于壓器，此異步機(jī)的激磁無較大，步機(jī)發(fā)電運(yùn)時(shí)同樣此。理想的流發(fā)電機(jī)不能夠向網(wǎng)提供有功能，還該提供容性無功能量，為，雙饋異步電機(jī)在現(xiàn)有功發(fā)電同時(shí)，要設(shè)法提高步發(fā)電的功率數(shù)，以減小子的無功率和電網(wǎng)無功負(fù)。減小定激磁無功的理方法轉(zhuǎn)子激磁，通過向子提供一定激磁電流，使產(chǎn)生助磁的磁磁勢由于異步電的主磁為定值（即C故激磁勢亦為常量，F(xiàn)

（）由于只析無功激磁故可忽略、的有功分，勢平衡表為代數(shù)形，1此時(shí)的子磁勢為F12

（）式中的F為定子磁磁勢，F(xiàn)為轉(zhuǎn)子激磁磁勢，者方向同。故轉(zhuǎn)子磁可以使子激磁磁勢電流減，定子的功因數(shù)明提高。需要指，如果轉(zhuǎn)子磁所付的無功和定減小的功相等，結(jié)電機(jī)總的激磁率不變，那轉(zhuǎn)子激就失去了意。然而按照電機(jī)學(xué)理，對(duì)

一定磁，轉(zhuǎn)子激磁需的無功率僅為定激磁的（轉(zhuǎn)差率）倍，常發(fā)電運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)小，因此轉(zhuǎn)激磁可用較小的無功率補(bǔ)較大定子功激磁，有事倍功半效果。顯然，子激磁只能用于繞型異