异步发电机在首钢曹妃甸空分装置上的应用.pdf

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1、煤化工配套大型空分设备技术交流会论文集异步发电机在首钢曹妃甸空分装置上的应用徐玲。李祥荣(林德工程(杭州)有限公司设计部，310007)摘要：论述了异步发电机的结构、发电原理和激励方式，着重分析了膨胀机一异步发电机机组在空分装置中的应用，并网保护及详细的解决方案。关键词：空分装置；膨胀机一异步发电机机组；发电原理；激励方式；并网；逆功率保护；超速保护1．引言首钢集团联合唐山钢铁集团成立了首钢京唐钢铁联合有限责任公司(简称首钢)，此联合公司将于2008年奥运会之前把首钢集团部分地从北京搬迁到河北省唐山市曹妃甸工业园区，争取京唐钢铁公司一期工程于2008年奥运会之前产钢

2、。同时还给北京一个无污染、环保的2008年奥运会环境。我们林德工程(杭州)有限公司为首钢顺利产钢提供2套氧产量为75000±20000Nm3／h的变负荷空分装置。我fIJ林德工程德国慕尼黑总部从多种工艺流程中择取了最经济、能耗低、投资少、可靠性高、控制系统先进，操作方便的空分流程。项目名定为首钢曹妃甸空分项目。在每套空分装置冷箱设备中，配置了3台CRYOSTAR公司制造的涡轮膨胀机一异步发电机机组。涡轮膨胀机在膨胀高压氮气时发出动力做功，驱动异步发电机发电回收能量。发电机起到了制动作用，防止膨胀机飞车；发电机采用的是鼠笼式三相异步电机。2．异步发电机的结构和发电原理

3、2．1异步发电机的结构从结构上来说，三相鼠笼式异步发电机的基本结构与三相鼠笼式异步电动机相同。它们的区别就是，前者把机械能转化为电能，后者把电能转化为机械能。鼠笼式异步发电机由两部分组成：定子和转子。定子中有三组绕组，绕在硅钢片的芯子上。转子被定子环抱着，它的主体是导条和短路环，为了增强磁场，还有一个嵌于转子内的由硅钢片叠成的铁心。2．2异步发电机的发电原理我们知道，当定子绕组中通以三相交变电流时，便在定子绕组中形成一个旋转的磁场，旋转的磁场切割转子．将会在转子的导条中感应出电动势，感应电动势产生电流。该电流受到磁场的作用产生转动力矩，驱使转子转动，这就是异步电动机

4、的工作原理。如果我们让某种原动机带动转子转动，并且让转子转速大于磁场的转速，那么就会在定子绕组中感应出电动势，若定子绕组外接电路，同样，感应电动势产生感应电流，这样异步机就向外电路输送电能了。这就是异步发电机的工作原理。具体发电原理是这样的：2．2．1只要异步机的转子铁芯中存在剩磁，则定子绕组必然包裹着一定数量的磁力线，也就会有一定数量的磁通?存在。当转子被膨胀机(或其它原动机)拖动以后，剩磁的磁场也会旋转起来，切割定子绕组，便在定子绕组内产生感应电动势E，这个感应电动势的相位必然滞后磁通900，并且使定子绕组中产生了电场，就建立了电压U，电压u的作用与感应电动势的

5、作用相122配套设备技术篇反，它的相位必然与E的相位相反，相差180。，如图1所示。如果定子绕组处于开路状态，则电压U将不会产生电流。若外电路接通，定子绕组中的电荷在电压U的作用下形成电流I。该电流与电压之间的相位关系由电路的性质来决定。假如闭合回路的总阻抗是纯感性的，则电流I的相位应比电压滞后900，则与谚的相位相同。如图l所示。2．2．2电流I不仅要从外电路中流过，同时也必定要流过定子绕组本身，从而在绕组中产生一个新的磁通p1。根据电流磁效应的特点，9l总是正比于I，从而两者的相位必然相同。这样，巧l与≯也就具有相同的相位，于是移l与口叠加，相互加强，则使总磁场

6、加强。新的磁通一l也会像一一样，感应出电动势E1，电压u1，电流11和磁通配；磁通以又如谚1一样，这样一旦有足够强的磁场，也就可以产生足够高的电动势，输出足够高的电压，满足用户电网需求。从上面可以看出，若电路是纯容性的，则电流I的相位将超前电压90。，这样谚1的相位将与移相反，磁场则相互减弱，不可能相互加强，结果电机将不会发电。因此只要电路呈感性，异步机就能发电。oIU-Io一Ug--a1图1异步电机发电原理口n3异步发电机的工作原理——两种激励发电方式3．1电容自激发电(由单台异步发电机构成的小发电站采用此类发电方式)根据上面第2条的论述，异步电机的转子被膨胀机(

7、或其它原动机)拖动后，如果定子绕组是处于“开路”状态，激磁电流将无法产生，也就发不成电。因此，必须通过一定的电气元件把定子回路接通。我们可以采用电阻，电感或电容把定子回路接通。由于电容能产生更强的激磁电流，获得更强的磁场，使输出更高的电压，满足用电器的要求。因此往往在定子绕组的端子上并接适当的电容器，利用电容供给异步发电机的激磁电流，从而建立起电压，并产生旋转磁场，如图2所示。图2电容自激发电原理123煤化工配套大型空分设备技术交流会论文集我们从上面介绍的异步发电机发电原理可以看出只有电机中存在剩磁才能发电，只要异步发电机的转子有剩磁存在，根据电机的参数选择合适