感應(yīng)發(fā)電機(jī)

感應(yīng)發(fā)電機(jī)原理于1901年由法國人M.MauyiceLoblance首次提出，然而于同步發(fā)電機(jī)相比其應(yīng)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(shè)了一臺(tái)1750kW的感應(yīng)發(fā)電機(jī)；1919年又安裝了一臺(tái)425kW和一臺(tái)1000kW的感應(yīng)發(fā)電機(jī)。在美國東海岸交通局裝設(shè)了五臺(tái)7500kW25周波余熱透平驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)。到20世紀(jì)50年代前后，感應(yīng)發(fā)電機(jī)在水電、熱電站輔機(jī)發(fā)電、自備電站等場合都有應(yīng)用，同時(shí)在歐洲也建立了一批感應(yīng)發(fā)電站。美國的Soctlendl北方水電局建設(shè)了由一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)裝備的水電站，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)，該電站運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，在電壓11kV50周波電機(jī)303r/min時(shí)發(fā)出5000kW的額定功率，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)，電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生6500P(約4875kW)軸功率驅(qū)動(dòng)水泵江水從低水位提升到高水位。該電站是最早的感應(yīng)電機(jī)裝備的抽水蓄能電站。

20世紀(jì)50年代以后，隨著電力系統(tǒng)容量的擴(kuò)大，用于水電站的感應(yīng)發(fā)電機(jī)逐漸向大功率方向發(fā)展，幾千KW的機(jī)組已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。如，在新西蘭已經(jīng)有50%以上的水電站安裝感應(yīng)發(fā)電機(jī)，并認(rèn)為經(jīng)濟(jì)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(tái)容量為30kW—5000kW不等的感應(yīng)發(fā)電機(jī)；日本從1959年開始研究感應(yīng)發(fā)電機(jī)，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(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時(shí)，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(yùn)行特性，不少技術(shù)先進(jìn)的國家，在20世紀(jì)80年代開始研究感應(yīng)發(fā)電機(jī)在大電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題，并認(rèn)為大系統(tǒng)采用感應(yīng)發(fā)電機(jī)后，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在現(xiàn)實(shí)生活中，變速發(fā)電是一個(gè)關(guān)鍵的問題，解決好了可以大大地提高效率。同步發(fā)電機(jī)要用于變速發(fā)電，就要采用變速器或改變?nèi)~片漿距的方法控制原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這就增加了成本和維護(hù)難度。而感應(yīng)發(fā)電機(jī)無需直流勵(lì)磁，具有結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固可靠，維護(hù)便利，并網(wǎng)容易，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可在一定的變速范圍內(nèi)直接用于變速發(fā)電。變速發(fā)電時(shí)，由于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率是變化的，發(fā)電機(jī)輸出功率和效率也是變化的。而普通感應(yīng)電機(jī)做發(fā)電機(jī)用時(shí)，定子繞組電流增大會(huì)限制發(fā)電機(jī)功率的進(jìn)一步提高。為改善感應(yīng)發(fā)電機(jī)的性能，有人采用了雙輸出感應(yīng)發(fā)電機(jī)。雙輸出感應(yīng)發(fā)電機(jī)采用繞線式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子端經(jīng)整流---逆變裝置與電網(wǎng)連接，控制逆變器晶閘管導(dǎo)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(jīng)轉(zhuǎn)子輸出到電網(wǎng)。因此，當(dāng)原動(dòng)機(jī)輸出功率很大時(shí)，定子繞組不會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

感應(yīng)發(fā)電機(jī)需從電網(wǎng)吸收無功功率，如不采取辦法就會(huì)影響電網(wǎng)的供電效率，所以一般都要配備發(fā)出無功的設(shè)備。感應(yīng)發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，還必須由電容來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自激，而且端電壓和頻率都會(huì)隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化，因此需要一套控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。這些都增加了感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作復(fù)雜性和設(shè)備成本，限制了它的應(yīng)用。但這些根本無法阻礙人們對(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的研究和開發(fā)。隨著可控硅控制的靜態(tài)無功伏安源的進(jìn)一步發(fā)展，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的應(yīng)用又開始熱起來。

雖然感應(yīng)發(fā)電機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用較少，但其結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固可靠，維護(hù)便利，并網(wǎng)容易，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，使得它在可再生能源（如：風(fēng)能和水能）的開發(fā)和利用以及節(jié)電技術(shù)和節(jié)能工程等方面越來越被看好。

感應(yīng)發(fā)電機(jī)有臥式和立式之分 。

臥式感應(yīng)發(fā)電機(jī)

臥式感應(yīng)發(fā)電機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)一般轉(zhuǎn)速較高，故結(jié)構(gòu)上以臥式居多。

1.定子鐵芯2.定子線圈3.轉(zhuǎn)子鐵芯4.機(jī)座5.底座6.轉(zhuǎn)軸7.軸承座8.冷卻風(fēng)扇9.冷卻風(fēng)溝10.進(jìn)風(fēng)口11.通風(fēng)管12.飛輪

圖2-1為典型的臥式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的剖面圖。定子鐵芯和定子繞組的結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機(jī)一樣。但轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯為電工鋼片疊成的圓筒型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)間采用高頻釬焊，能承受水輪機(jī)飛逸式的機(jī)械應(yīng)力及運(yùn)行中的熱應(yīng)力。

冷卻方式多為軸—徑向管道式通風(fēng)。冷卻利用轉(zhuǎn)軸兩端（或一端）安裝的風(fēng)扇，從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)，然后經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯中的風(fēng)溝排風(fēng)。

如果僅靠發(fā)電機(jī)本身的轉(zhuǎn)子不能滿足水輪機(jī)所要求的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（GD2）

則一般在發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)連接部位附加飛輪。

立式感應(yīng)發(fā)電機(jī)

立式感應(yīng)發(fā)電機(jī)一般為懸式結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)上部裝有推力軸承和導(dǎo)軸承，下不裝導(dǎo)軸承，也有采用下導(dǎo)軸承和水輪機(jī)軸承共用的結(jié)構(gòu)。

發(fā)電機(jī)為懸式，發(fā)電機(jī)上部及水輪機(jī)機(jī)部各有一個(gè)導(dǎo)軸承。轉(zhuǎn)子為籠型繞組，轉(zhuǎn)子支臂焊在轉(zhuǎn)軸上，建起風(fēng)扇作用

又稱“異步發(fā)電機(jī)”。利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用的一種交流發(fā)電機(jī)。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，但轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。常用作小功率水輪發(fā)電機(jī) 。

眾所周知，電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，感應(yīng)電機(jī)即可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)其實(shí)就是感應(yīng)電機(jī)的兩種不同的運(yùn)行狀態(tài)，因此感應(yīng)發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)基本相同。一臺(tái)鼠籠型異步發(fā)電機(jī)：當(dāng)定子外加電壓作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速n總是小于氣隙旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)速n₀這時(shí)電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)向相同；當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)形時(shí)，并外加一個(gè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距使轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)的電磁功率為零，定子電流只為激磁電流，定子從電網(wǎng)吸收的功率用于克服定子銅耗和鐵耗，轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動(dòng)功率用于克服風(fēng)耗和軸承損耗；但繼續(xù)增大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將高于同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向就與n 0時(shí)相反，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的方向也與n 0時(shí)相反。

異步發(fā)電機(jī)由于維護(hù)方便，穩(wěn)定性好，常用作并網(wǎng)運(yùn)行的小功率水輪發(fā)電機(jī)。當(dāng)用原動(dòng)機(jī)將異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子順著磁場旋轉(zhuǎn)方向拖動(dòng)，并使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)就進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能送至電網(wǎng)。這時(shí)電機(jī)的勵(lì)磁電流取自電網(wǎng)。

異步發(fā)電機(jī)也可以并聯(lián)電容，靠本身剩磁自行勵(lì)磁，獨(dú)立發(fā)電（見圖），這時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓與頻率由電容值、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小等因素決定。當(dāng)負(fù)載改變，一般要相應(yīng)地調(diào)節(jié)并聯(lián)的電容值，以維持電壓穩(wěn)定。由于異步電機(jī)并聯(lián)電容時(shí)，不需外加勵(lì)磁電源就可獨(dú)立發(fā)電，故在負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合，有可取之處。例如可用作農(nóng)村簡易電站的照明電源或作為備用電源等。

隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高,線路的增長, 當(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時(shí),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(yùn)行特性, 不少技術(shù)先進(jìn)的國家,在6"世紀(jì)A"年代初開始研究異步發(fā)電機(jī)在大電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題,并認(rèn)為 大系統(tǒng)采用異步發(fā)電機(jī)后,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性. 本文在前期研究的基礎(chǔ)上,通過應(yīng)用實(shí)例,進(jìn) 一步深入地研究了異步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)及電站并接 電容量的確定,為推廣應(yīng)用異步發(fā)電機(jī)提供了技術(shù) 保障。

感應(yīng)發(fā)電機(jī)主要的優(yōu)缺點(diǎn)

感應(yīng)發(fā)電機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)

籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡 單,牢固,特別適合于高圓周速度電機(jī).無集電環(huán) 和碳刷,可靠性高,不受使用場所限制 .由于無轉(zhuǎn) 子勵(lì)磁磁場,不需要同期及電壓調(diào)節(jié)裝置,電站設(shè) 備簡化.負(fù)荷控制十分簡單,多數(shù)情況下不需水輪機(jī)調(diào)速器,水輪機(jī)可全速運(yùn)行或在鎖定導(dǎo)葉開度下 在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變速運(yùn)行.異步發(fā)電機(jī)盡管可能出現(xiàn)功率搖擺現(xiàn)象,但無同步發(fā)電機(jī)類似的振蕩和 失步問題.并網(wǎng)操作簡便.

感應(yīng)發(fā)電機(jī)主要缺點(diǎn)

大容量異步發(fā)電機(jī)必須與同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行或接入電網(wǎng)運(yùn)行,由同步發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)提供自身所需的勵(lì)磁無功,因此異步發(fā)電機(jī)是電網(wǎng)的無功負(fù)載.盡管從原理上說異步發(fā)電機(jī)可以借助于電容器孤立運(yùn)行在自激狀態(tài),但處于這種運(yùn)行狀態(tài)時(shí),發(fā)電機(jī)調(diào)壓能力很弱,當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到臨界負(fù)荷,將引起電壓崩潰 .

異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁一般而言可由同步發(fā)電機(jī),電網(wǎng)或靜止電容器提供.具體的勵(lì)磁提供方式由電站類型或電網(wǎng)運(yùn)行條件決定.雖然異步發(fā)電機(jī)不能提供自身和負(fù)載所需的無功,可能是一個(gè)缺陷,但當(dāng)其使用恰當(dāng)時(shí),可作為電網(wǎng)無功優(yōu)化的一種手段.并將會(huì)對(duì)電站和電網(wǎng)帶來明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益.

感應(yīng)發(fā)電機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性

異步發(fā)電機(jī)在電站中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性 ：

(1)異步發(fā)電機(jī)裝備的電站由于無需直流勵(lì)磁系統(tǒng),同期裝置,電站投資費(fèi)用低.

(2)由于無集電環(huán),電刷,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組,因 此維護(hù)及運(yùn)行費(fèi)用低.

(3)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為隱極及無同步發(fā)電機(jī)類似的轉(zhuǎn)子繞組,因此一般效率高于同容量同轉(zhuǎn)速的同步發(fā)電機(jī).相同的水源下,采用異步發(fā)電機(jī)可多發(fā)電.

(4)異步發(fā)電機(jī)的上述經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將會(huì)由于異步發(fā)電機(jī)所需勵(lì)磁(或附加同步容量或附加電容器)受到部分抵消.

(5)異步發(fā)電機(jī)所需勵(lì)磁的大小與電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速成反比(即與電機(jī)的極對(duì)數(shù)成正比),轉(zhuǎn)速越高,標(biāo)幺值勵(lì)磁越低.

(6)異步發(fā)電機(jī)電站廠房面積較同步發(fā)電機(jī)電站廠房面積小。

感應(yīng)發(fā)電機(jī)市場應(yīng)用前景

近年來，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)一統(tǒng)天下，由于開發(fā)風(fēng)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(yuǎn)山區(qū)等大電網(wǎng)沒有覆蓋的地區(qū)建立的小型發(fā)電站中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)有其獨(dú)特的用途，實(shí)心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(yīng)急小型柴（汽）油發(fā)電機(jī)組中，也有不少采用感應(yīng)發(fā)電機(jī)。在很多場合、很多情況下，感應(yīng)發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的小型同步發(fā)電機(jī)。近些年來隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國防事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)各種獨(dú)立電源的需求量日益增加。在傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組中，一般采用同步發(fā)電機(jī)。然而，由于感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便且動(dòng)態(tài)性能良好等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視，并已成功地應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、小水電等系統(tǒng)中，隨著技術(shù)的進(jìn)步感應(yīng)發(fā)電機(jī)還將用于大型水力發(fā)電機(jī)，應(yīng)用前景看好。2100433B

靜電感應(yīng)發(fā)電機(jī)是一種利用靜電感應(yīng)在靜電場中靜止地獲取電能的裝置。

一種利用靜電感應(yīng)在靜電場中靜止地獲取電能的裝置。它的作用源和完成作用源純粹是靜電場。它的必備部件有用以充電維持靜電場的正負(fù)電極板、靜電屏蔽腔、源電路導(dǎo)線回路三大部份，三大部件之間以及部件與周圍環(huán)境之間彼此絕緣配置。它是一種發(fā)電裝置，其特征在于用以充電維持靜電場的正負(fù)電極板，靜電屏蔽腔和導(dǎo)線回路彼此絕緣地配置。

《分布式發(fā)電:感應(yīng)和永磁發(fā)電機(jī)》內(nèi)容簡介：分布式發(fā)電有助于促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展、改善環(huán)境并提高綠色能源的競爭力?！斗植际桨l(fā)電:感應(yīng)和永磁發(fā)電機(jī)》對(duì)應(yīng)用于分布式發(fā)電的感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)做了全面說明，從理論、實(shí)際設(shè)計(jì)以及運(yùn)用三個(gè)方面，詳細(xì)介紹了感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)應(yīng)用于分布式發(fā)電的最新技術(shù)。主要內(nèi)容包括：分布式發(fā)電概述、感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)、單相發(fā)電系統(tǒng)中三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)的相平衡方案、基于Steinmetz聯(lián)結(jié)的并網(wǎng)單相感應(yīng)發(fā)電機(jī)的性能、自勵(lì)式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)以及性能、自勵(lì)式繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓和頻率控制方法及性能、內(nèi)置永磁轉(zhuǎn)子的三相同步發(fā)電機(jī)的性能，以及分布式發(fā)電的未來發(fā)展趨勢。

《分布式發(fā)電:感應(yīng)和永磁發(fā)電機(jī)》可以為工程師、技術(shù)顧問、調(diào)試人員以及參與能源的生產(chǎn)和輸送的環(huán)境保護(hù)者提供極大的幫助，指導(dǎo)他們?cè)u(píng)估可再生能源的價(jià)值以及建立有效的輸電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)人員、操作人員和規(guī)劃人員也將會(huì)從中收益。對(duì)本科生和研究生來說，這也是一本很好的參考書。