三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)的探討

王胤升

摘 要：異步發(fā)電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價格低廉、安裝與維修十分便捷等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，異步發(fā)電機(jī)可以滿足緊急發(fā)電的需求，為生活和生產(chǎn)的有序、高效開展提供可靠的電能。

關(guān)鍵詞：三相異步電動機(jī)；異步發(fā)電機(jī)；電容器；勵磁

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.128

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(jī)的改裝受到了廣泛的關(guān)注。在實(shí)際中，三相異步電動機(jī)的改裝主要是通過在其外部連接電容器實(shí)現(xiàn)。改裝的異步發(fā)電機(jī)具有顯著的優(yōu)勢，比如結(jié)構(gòu)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(jī)的功能，本文從其電容器的作用、連接，發(fā)電機(jī)的工作原理、負(fù)載特性，三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)際操作等方面展開了論述。

1 三相異步發(fā)電機(jī)電容器概況

1.1 電容器的作用

電容器是儲藏電荷的設(shè)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(gòu)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(diǎn)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(yīng)用十分普遍，主要服務(wù)對象為電工、電子技術(shù)電路。電容器在三相異步發(fā)電機(jī)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(jī)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(chǔ)上，剩磁得到了加強(qiáng)，在循環(huán)往復(fù)下，磁場和感生電流也得到了相應(yīng)的加強(qiáng)，最終促進(jìn)勵磁目標(biāo)的達(dá)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(jī)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(jìn)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(jī)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(diǎn)與異步電動機(jī)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(jī)的輸入端線連接。

2 三相異步發(fā)電機(jī)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(jī)同時滿足兩個要求，即機(jī)械能的輸入和電容器的連接。為了將三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)，要明確異步發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理。為了使發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，就必須滿足電磁感應(yīng)定律的相關(guān)要求，即必須具備導(dǎo)體和磁場，且導(dǎo)體與磁場必須保持相對切割運(yùn)動。只有同時滿足這三個要求，才能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。但三相異步發(fā)電機(jī)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(jī)采取了單獨(dú)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(jī)與同步發(fā)電機(jī)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(jié)合相應(yīng)的方法，實(shí)現(xiàn)對剩磁的獲取，最終使發(fā)電機(jī)發(fā)電。但針對本文的異步發(fā)電機(jī)，在其中并入了電容器，通過實(shí)驗(yàn)測出了微弱的電壓，即異步發(fā)電機(jī)的剩磁電動勢。

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

異步發(fā)電機(jī)借助原動機(jī)的拖動開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，在轉(zhuǎn)子剩磁的作用下，定子繞組可以感應(yīng)剩磁電勢。此時的電動勢體現(xiàn)在電容器上，進(jìn)而實(shí)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(jī)的磁場有所加強(qiáng)，與此同時，電動勢也將進(jìn)一步增大。在循環(huán)往復(fù)下，助磁現(xiàn)象具有了一定的持續(xù)性，最終發(fā)電機(jī)獲取的勵磁電流與電容電流實(shí)現(xiàn)了平衡。當(dāng)勵磁電容充足時，發(fā)電機(jī)便有了一定的電壓。

2.3 負(fù)載特性

對異步發(fā)電機(jī)負(fù)載特性進(jìn)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(jī)的發(fā)電特性，這樣能提升發(fā)電機(jī)發(fā)電的可靠性和高效性。由負(fù)載特性曲線可知，負(fù)載電流與端電壓有著緊密的聯(lián)系——當(dāng)負(fù)載電流為空載時，輸出電壓的最大值位于100%處。當(dāng)負(fù)載電流持續(xù)上升時，端電壓大幅下降；與對應(yīng)的臨界值相比，負(fù)載電流處于超負(fù)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(fù)載電流均降至空載。對于異步發(fā)電機(jī)而言，其帶感性負(fù)載能力與帶電阻負(fù)載能力相比，前者相對較差，因此，異步發(fā)電機(jī)適合提供照明負(fù)載，此時的供給動力負(fù)載相對較小。通常情況下，發(fā)電機(jī)的容量可以控制在20%以下，與發(fā)電機(jī)電容相比，單機(jī)電容要低于10%.在實(shí)際運(yùn)行過程中，要對負(fù)載予以高度重視，并適當(dāng)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(jī)的負(fù)載——如果負(fù)載過重，則會導(dǎo)致電壓降為零。

2.4 運(yùn)行特性

對異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性進(jìn)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(dǎo)致電流超過臨界值。由異步發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性可知，當(dāng)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(jī)的運(yùn)行特性是顯著的，在實(shí)際運(yùn)行過程中，可以簡化其短路保護(hù)或者對其短路保護(hù)不予以考慮。

3 三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)前，需要準(zhǔn)備好相應(yīng)的設(shè)備，主要包括1臺三相異步電動機(jī)、1臺動力設(shè)備、3個電容器和1個三相閘刀開關(guān)。具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先，將三相異步電動機(jī)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(jī)。其次，將三相輸出電路與三相閘刀開關(guān)相連接，啟動動力設(shè)備。在動力設(shè)備的帶動下，三相異步發(fā)電機(jī)在空載運(yùn)轉(zhuǎn)后逐漸達(dá)到正常轉(zhuǎn)速。再次，閉合三相閘刀開關(guān)，向負(fù)載供電。最后，在停機(jī)車過程中，斷開負(fù)荷開關(guān)、電容開關(guān)，同時停止驅(qū)動，發(fā)電機(jī)電流迅速降為零。停機(jī)后，仍保持了一定的剩磁，進(jìn)而避免了飛車問題的出現(xiàn)。

3.2 實(shí)際操作

異步發(fā)電機(jī)的實(shí)際操作步驟如下：首先，啟動原動機(jī)，觀察機(jī)組的轉(zhuǎn)速。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，投入主電容器。此時，需要觀察發(fā)電機(jī)控制盤的電壓表，在原動機(jī)持續(xù)加速過程中，使電壓達(dá)到額定值。其次，在載負(fù)荷情況下，將原動機(jī)開大，并投入附加電容器。此時，觀察發(fā)電機(jī)控制盤上的電壓表和頻率表，并適當(dāng)調(diào)節(jié)原動機(jī)轉(zhuǎn)速和附加電容器投入的組數(shù)，使發(fā)電機(jī)端電壓保持恒定值。最后，停電關(guān)機(jī)。此時，原動機(jī)轉(zhuǎn)速位于零，機(jī)組停止轉(zhuǎn)動，外線送電開關(guān)、主電容器開關(guān)、附加電容器開關(guān)均處于斷開狀態(tài)。

3.3 問題與對策

由實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)際操作可知，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機(jī)不具備空載電壓。導(dǎo)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(jī)定子的兩相間充磁，充磁時間維持在2～3 min。在此基礎(chǔ)上，便可保證發(fā)電機(jī)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(jī)自身因素。異步電動機(jī)本身存在故障，比如轉(zhuǎn)子斷條。此時，改裝的異步發(fā)電機(jī)不能正常運(yùn)行。因此，在改裝前，需要對異步電動機(jī)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(jī)合理、高效地運(yùn)行。

4 總結(jié)

綜上所述，本文主要對三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了電容器的連接和作用，同時介紹了三相異步發(fā)電機(jī)的工作原理，闡述了三相異步電動機(jī)用作異步發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)際操作及相關(guān)的問題、對策等。三相異步電動機(jī)與電容器連接后，得到的異步發(fā)電機(jī)能夠發(fā)揮積極的作用，特別是在緊急發(fā)電的情況下，能夠提供可靠的電能。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕