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三相異步電動(dòng)機用作異步發(fā)電機的探討

  現階段,三相交流電網(wǎng)出現的停電現象具有一定的普遍性和廣泛性。為了滿(mǎn)足急需用電的需求,三相異步電動(dòng)機的改裝受到了廣泛的關(guān)注。在實(shí)際中,三相異步電動(dòng)機的改裝主要是通過(guò)在其外部連接電容器實(shí)現。改裝的異步發(fā)電機具有顯著(zhù)的優(yōu)勢,比如結構簡(jiǎn)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(dòng)機用作異步發(fā)電機的實(shí)驗步驟和實(shí)際操作等方面展開(kāi)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(jiǎn)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(zhù)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(guò)程,而放電是指電容器極板失去電荷的過(guò)程。

  目前,電容器的應用十分普遍,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)電機中的作用主要體現在以下兩方面:①勵磁。對于三相異步發(fā)電機而言,電容器有著(zhù)顯著(zhù)的作用。電容器通過(guò)充電和放電,可為定子電路提供持續的電流。在此基礎上,剩磁得到了加強,在循環(huán)往復下,磁場(chǎng)和感生電流也得到了相應的加強,最終促進(jìn)勵磁目標的達成。此時(shí)的電容器也可以稱(chēng)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(chēng)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(guò)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(gè)電容器。具體的連接方法為:將每個(gè)電容器的首端與鄰近電容器的尾端連接,然后將3個(gè)連接點(diǎn)與異步電動(dòng)機的輸入端線(xiàn)連接。如果連接的形狀為星形,也需要3個(gè)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(xiàn),最后再將電容器的首端與三相異步發(fā)電機的輸入端線(xiàn)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(guò)程中,要保證三相異步發(fā)電機同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)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(dòng)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(shí)現發(fā)電,就必須滿(mǎn)足電磁感應定律的相關(guān)要求,即必須具備導體和磁場(chǎng),且導體與磁場(chǎng)必須保持相對切割運動(dòng)。只有同時(shí)滿(mǎn)足這三個(gè)要求,才能產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。但三相異步發(fā)電機未能滿(mǎn)足上述要求。為了有效解決勵磁問(wèn)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,主要體現在自勵過(guò)程均借助起始電動(dòng)勢,再結合相應的方法,實(shí)現對剩磁的獲取,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(guò)實(shí)驗測出了微弱的電壓,即異步發(fā)電機的剩磁電動(dòng)勢。

  對于異步發(fā)電機而言,其運行的場(chǎng)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(diǎn)與電容器連接,此時(shí)的電容器要具備適當的容量,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(dòng)機的拖動(dòng)開(kāi)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(shí)的電動(dòng)勢體現在電容器上,進(jìn)而實(shí)現了電容電流的獲取。電容電流會(huì )產(chǎn)生一定的磁場(chǎng),使得異步發(fā)電機的磁場(chǎng)有所加強,與此同時(shí),電動(dòng)勢也將進(jìn)一步增大。在循環(huán)往復下,助磁現象具有了一定的持續性,最終發(fā)電機獲取的勵磁電流與電容電流實(shí)現了平衡。當勵磁電容充足時(shí),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(jìn)行分析具有十分重要的意義。通過(guò)系統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(xiàn)可知,負載電流與端電壓有著(zhù)緊密的聯(lián)系——當負載電流為空載時(shí),輸出電壓的最大值位于100%處。當負載電流持續上升時(shí),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(shí)電流迅速下降,端電壓不具有穩定性,且持續下降,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(shí)的供給動(dòng)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(shí)際運行過(guò)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(guò)重,則會(huì )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(jìn)行研究,主要是為了避免三相短路問(wèn)題的出現。如果出現三相短路問(wèn)題,則會(huì )導致電流超過(guò)臨界值。由異步發(fā)電機的負載特性可知,當電流超過(guò)臨界值時(shí),端電壓與電流均會(huì )持續下降,直至為零,因此,此時(shí)的短路電流相對較小。異步發(fā)電機的運行特性是顯著(zhù)的,在實(shí)際運行過(guò)程中,可以簡(jiǎn)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(dòng)機用作異步發(fā)電機

  3.1 實(shí)驗步驟

  在實(shí)驗前,需要準備好相應的設備,主要包括1臺三相異步電動(dòng)機、1臺動(dòng)力設備、3個(gè)電容器和1個(gè)三相閘刀開(kāi)關(guān)。具體的實(shí)驗步驟如下:首先,將三相異步電動(dòng)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(kāi)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(kāi)關(guān)相連接,啟動(dòng)動(dòng)力設備。在動(dòng)力設備的帶動(dòng)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(kāi)關(guān),向負載供電。最后,在停機車(chē)過(guò)程中,斷開(kāi)負荷開(kāi)關(guān)、電容開(kāi)關(guān),同時(shí)停止驅動(dòng),發(fā)電機電流迅速降為零。停機后,仍保持了一定的剩磁,進(jìn)而避免了飛車(chē)問(wèn)題的出現。

  3.2 實(shí)際操作

  異步發(fā)電機的實(shí)際操作步驟如下:首先,啟動(dòng)原動(dòng)機,觀(guān)察機組的轉速。當機組轉速達到額定值時(shí),投入主電容器。此時(shí),需要觀(guān)察發(fā)電機控制盤(pán)的電壓表,在原動(dòng)機持續加速過(guò)程中,使電壓達到額定值。其次,在載負荷情況下,將原動(dòng)機開(kāi)大,并投入附加電容器。此時(shí),觀(guān)察發(fā)電機控制盤(pán)上的電壓表和頻率表,并適當調節原動(dòng)機轉速和附加電容器投入的組數,使發(fā)電機端電壓保持恒定值。最后,停電關(guān)機。此時(shí),原動(dòng)機轉速位于零,機組停止轉動(dòng),外線(xiàn)送電開(kāi)關(guān)、主電容器開(kāi)關(guān)、附加電容器開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)狀態(tài)。

  3.3 問(wèn)題與對策

  由實(shí)驗步驟和實(shí)際操作可知,當機組轉速高于額定轉速時(shí),發(fā)電機不具備空載電壓。導致這種情況出現的原因主要有以下三個(gè):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(shí)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(dòng)機自身因素。異步電動(dòng)機本身存在故障,比如轉子斷條。此時(shí),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(dòng)機展開(kāi)全方位的檢查,并及時(shí)、有效處理其中存在的問(wèn)題,這樣才能確保改裝的異步發(fā)電機合理、高效地運行。



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