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三相異步電動機用作異步發(fā)電機的探討

  現(xiàn)階段,三相交流電網(wǎng)出現(xiàn)的停電現(xiàn)象具有一定的普遍性和廣泛性。為了滿足急需用電的需求,三相異步電動機的改裝受到了廣泛的關注。在實際中,三相異步電動機的改裝主要是通過在其外部連接電容器實現(xiàn)。改裝的異步發(fā)電機具有顯著的優(yōu)勢,比如結構簡單、成本較低、維修便捷和性能良好等。為了全面發(fā)揮異步發(fā)電機的功能,本文從其電容器的作用、連接,發(fā)電機的工作原理、負載特性,三相異步電動機用作異步發(fā)電機的實驗步驟和實際操作等方面展開了論述。

  1 三相異步發(fā)電機電容器概況

  1.1 電容器的作用

  電容器是儲藏電荷的設備。目前,最典型、最簡單的電容器是平行板電容器,它由兩塊金屬板構成。這兩塊金屬板處于平行正對的狀態(tài),且相互絕緣。電容器最顯著的特點就是充電和放電,其中,充電是指電容器極板的帶電過程,而放電是指電容器極板失去電荷的過程。

  目前,電容器的應用十分普遍,主要服務對象為電工、電子技術電路。電容器在三相異步發(fā)電機中的作用主要體現(xiàn)在以下兩方面:①勵磁。對于三相異步發(fā)電機而言,電容器有著顯著的作用。電容器通過充電和放電,可為定子電路提供持續(xù)的電流。在此基礎上,剩磁得到了加強,在循環(huán)往復下,磁場和感生電流也得到了相應的加強,最終促進勵磁目標的達成。此時的電容器也可以稱作“勵磁電容器”。②均衡電壓。三相異步發(fā)電機中的電路具有對稱性,三相電壓的值恒相等,電容器的作用、承受電壓的效果均相同,進而保證了端電壓的穩(wěn)定。

  1.2 電容器的連接

  在三相異步發(fā)電機與電容器連接的過程中,要保證二者型號一致。如果連接的形狀為三角形,則需要3個電容器。具體的連接方法為:將每個電容器的首端與鄰近電容器的尾端連接,然后將3個連接點與異步電動機的輸入端線連接。如果連接的形狀為星形,也需要3個電容器。具體的連接方法為:首先將電容器的尾端連接,其次連接電容器的外殼與中性線,最后再將電容器的首端與三相異步發(fā)電機的輸入端線連接。

  2 三相異步發(fā)電機的工作原理

  2.1 發(fā)電原理

  在發(fā)電過程中,要保證三相異步發(fā)電機同時滿足兩個要求,即機械能的輸入和電容器的連接。為了將三相異步電動機用作異步發(fā)電機,要明確異步發(fā)電機的發(fā)電原理。為了使發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電,就必須滿足電磁感應定律的相關要求,即必須具備導體和磁場,且導體與磁場必須保持相對切割運動。只有同時滿足這三個要求,才能產(chǎn)生感應電動勢。但三相異步發(fā)電機未能滿足上述要求。為了有效解決勵磁問題,對異步發(fā)電機采取了單獨發(fā)電的措施,以保證其自身發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性。

  2.2 自勵原理

  直流發(fā)電機與同步發(fā)電機的自勵原理相似,主要體現(xiàn)在自勵過程均借助起始電動勢,再結合相應的方法,實現(xiàn)對剩磁的獲取,最終使發(fā)電機發(fā)電。但針對本文的異步發(fā)電機,在其中并入了電容器,通過實驗測出了微弱的電壓,即異步發(fā)電機的剩磁電動勢。

  對于異步發(fā)電機而言,其運行的場合均具有單獨性。為了使異步發(fā)電機獲得勵磁電流,需要運用自勵的方法。具體操作如下:將異步發(fā)電機中的定子端點與電容器連接,此時的電容器要具備適當?shù)娜萘?,在此基礎上,便可以獲得相應的勵磁電流。

  異步發(fā)電機借助原動機的拖動開始運轉后,在轉子剩磁的作用下,定子繞組可以感應剩磁電勢。此時的電動勢體現(xiàn)在電容器上,進而實現(xiàn)了電容電流的獲取。電容電流會產(chǎn)生一定的磁場,使得異步發(fā)電機的磁場有所加強,與此同時,電動勢也將進一步增大。在循環(huán)往復下,助磁現(xiàn)象具有了一定的持續(xù)性,最終發(fā)電機獲取的勵磁電流與電容電流實現(xiàn)了平衡。當勵磁電容充足時,發(fā)電機便有了一定的電壓。

  2.3 負載特性

  對異步發(fā)電機負載特性進行分析具有十分重要的意義。通過系統(tǒng)的分析可以掌握異步發(fā)電機的發(fā)電特性,這樣能提升發(fā)電機發(fā)電的可靠性和高效性。由負載特性曲線可知,負載電流與端電壓有著緊密的聯(lián)系——當負載電流為空載時,輸出電壓的最大值位于100%處。當負載電流持續(xù)上升時,端電壓大幅下降;與對應的臨界值相比,負載電流處于超負荷狀態(tài),此時電流迅速下降,端電壓不具有穩(wěn)定性,且持續(xù)下降,最終端電壓和負載電流均降至空載。對于異步發(fā)電機而言,其帶感性負載能力與帶電阻負載能力相比,前者相對較差,因此,異步發(fā)電機適合提供照明負載,此時的供給動力負載相對較小。通常情況下,發(fā)電機的容量可以控制在20%以下,與發(fā)電機電容相比,單機電容要低于10%.在實際運行過程中,要對負載予以高度重視,并適當增減電容的投入量。只有這樣,才能保證端電壓的大小合適。另外,要特別注意發(fā)電機的負載——如果負載過重,則會導致電壓降為零。

  2.4 運行特性

  對異步發(fā)電機的運行特性進行研究,主要是為了避免三相短路問題的出現(xiàn)。如果出現(xiàn)三相短路問題,則會導致電流超過臨界值。由異步發(fā)電機的負載特性可知,當電流超過臨界值時,端電壓與電流均會持續(xù)下降,直至為零,因此,此時的短路電流相對較小。異步發(fā)電機的運行特性是顯著的,在實際運行過程中,可以簡化其短路保護或者對其短路保護不予以考慮。

  3 三相異步電動機用作異步發(fā)電機

  3.1 實驗步驟

  在實驗前,需要準備好相應的設備,主要包括1臺三相異步電動機、1臺動力設備、3個電容器和1個三相閘刀開關。具體的實驗步驟如下:首先,將三相異步電動機與電容器相連接,連接形狀可以為三角形,也可以為星形。連接好電容器后開始組裝三相異步發(fā)電機。其次,將三相輸出電路與三相閘刀開關相連接,啟動動力設備。在動力設備的帶動下,三相異步發(fā)電機在空載運轉后逐漸達到正常轉速。再次,閉合三相閘刀開關,向負載供電。最后,在停機車過程中,斷開負荷開關、電容開關,同時停止驅動,發(fā)電機電流迅速降為零。停機后,仍保持了一定的剩磁,進而避免了飛車問題的出現(xiàn)。

  3.2 實際操作

  異步發(fā)電機的實際操作步驟如下:首先,啟動原動機,觀察機組的轉速。當機組轉速達到額定值時,投入主電容器。此時,需要觀察發(fā)電機控制盤的電壓表,在原動機持續(xù)加速過程中,使電壓達到額定值。其次,在載負荷情況下,將原動機開大,并投入附加電容器。此時,觀察發(fā)電機控制盤上的電壓表和頻率表,并適當調(diào)節(jié)原動機轉速和附加電容器投入的組數(shù),使發(fā)電機端電壓保持恒定值。最后,停電關機。此時,原動機轉速位于零,機組停止轉動,外線送電開關、主電容器開關、附加電容器開關均處于斷開狀態(tài)。

  3.3 問題與對策

  由實驗步驟和實際操作可知,當機組轉速高于額定轉速時,發(fā)電機不具備空載電壓。導致這種情況出現(xiàn)的原因主要有以下三個:①剩磁不足或者剩磁消失。解決對策——利用6~12 V的干電池或者同電壓的直流電源在發(fā)電機定子的兩相間充磁,充磁時間維持在2~3 min。在此基礎上,便可保證發(fā)電機建壓的有效性。②勵磁電容器損壞。解決對策——檢測電容器,明確其損壞程度,并采取有針對性的維修措施,保證電容器作用的最大化。③異步電動機自身因素。異步電動機本身存在故障,比如轉子斷條。此時,改裝的異步發(fā)電機不能正常運行。因此,在改裝前,需要對異步電動機展開全方位的檢查,并及時、有效處理其中存在的問題,這樣才能確保改裝的異步發(fā)電機合理、高效地運行。