感应发电机

感应发电机 是一种定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。感应发电机具有结构简单、牢固、体积小、重量轻、辅助设备少、运行维护方便等优点，尤其是感应发电机可独立运行的特点使其非常实用于电网覆盖不到的边远山区或缺电的城镇乡村或作为应急后备电源。感应发电机原理于1901年由法国人M.Mauyice Loblance首次提出，然而于同步发电机相比其应用是极为有限。虽然感应发电机在现实生活中应用较少，但其结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，使得它在可再生能源（如：风能和水能）的开发和利用以及节电技术和节能工程等方面越来越被看好。详细介绍了其研究现状、结构、工作原理、主要优缺点、应用的经济性以及应用前景。

1.感应发电机工作原理

又称“异步发电机”。利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。其转子的转向和旋转磁场的转向相同，但转速略高于旋转磁场的同步转速。常用作小功率水轮发电机  。

众所周知，电机的运行是可逆的，感应电机即可作电动机运行，又可作发电机运行，感应发电机和感应电动机其实就是感应电机的两种不同的运行状态，因此感应发电机和感应电动机的机构基本相同。一台鼠笼型异步发电机：当定子外加电压作电动机运行时，其转速n总是小于气隙旋转的磁场转速n0这时电机中产生的电磁转距与转向相同；当电机空载运形时，并外加一个驱动转距使转速等于同步转速时，由于旋转磁场和转子间无相对运动，电机的电磁功率为零，定子电流只为激磁电流，定子从电网吸收的功率用于克服定子铜耗和铁耗，转子上的驱动功率用于克服风耗和轴承损耗；但继续增大驱动转距，转子的转速将高于同步转速，此时转子导体切割旋转磁场的方向就与n<n0时相反，因而转子感应电势的方向也与n<n0时相反。

异步发电机由于维护方便，稳定性好，常用作并网运行的小功率水轮发电机。当用原动机将异步电机的转子顺着磁场旋转方向拖动，并使其转速超过同步转速时，电机就进入发电机运行，并把原动机输入的机械能转变成电能送至电网。这时电机的励磁电流取自电网。

异步发电机也可以并联电容，靠本身剩磁自行励磁，独立发电（见图），这时发电机的电压与频率由电容值、原动机转速和负载大小等因素决定。当负载改变，一般要相应地调节并联的电容值，以维持电压稳定。由于异步电机并联电容时，不需外加励磁电源就可独立发电，故在负荷比较稳定的场合，有可取之处。例如可用作农村简易电站的照明电源或作为备用电源等。

2.感应发电机组成结构

感应发电机有卧式和立式之分。

卧式感应发电机

卧式感应发电机感应发电机一般转速较高，故结构上以卧式居多。

1.定子铁芯2.定子线圈3.转子铁芯4.机座5.底座6.转轴7.轴承座8.冷却风扇9.冷却风沟10.进风口11.通风管12.飞轮

定子铁芯和定子绕组的结构与同步发电机一样。但转子为笼型结构，转子铁芯为电工钢片叠成的圆筒型结构，转子笼条和端环间采用高频钎焊，能承受水轮机飞逸式的机械应力及运行中的热应力。

冷却方式多为轴—径向管道式通风。冷却利用转轴两端（或一端）安装的风扇，从进风口进风，然后经转子铁芯和定子铁芯中的风沟排风。

如果仅靠发电机本身的转子不能满足水轮机所要求的转动惯量（GD2）

则一般在发电机与水轮机连接部位附加飞轮。

立式感应发电机

立式感应发电机一般为悬式结构。发电机上部装有推力轴承和导轴承，下不装导轴承，也有采用下导轴承和水轮机轴承共用的结构。

发电机为悬式，发电机上部及水轮机机部各有一个导轴承。转子为笼型绕组，转子支臂焊在转轴上，建起风扇作用

3.感应发电机的优缺点

主要优点

笼型转子异步发电机结构简 单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环 和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转 子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设 备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下 在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和 失步问题.并网操作简便.

主要缺点

大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃 [3]  .

异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益。