异步机发电的原理与判据

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1、异步机发电的原理与判据的研究摘要传统电机理论以转差率的正负为异步机运行状态的判据，缺乏科学的证明并与实践不符。判别异步机运行状态的参照标志是理想转速，电动状态的判据为nn0。异步发电机调速的目的是为了满足n>n0发电判据的需要，主要适用于转速变化的风力发电等场合。功率因数是异步发电所面临的重要问题，有效的解决方法是转子激磁补偿，为此，电机宜为绕线型，调速控制应该具有对转子无功补偿的功能。关键词异步发电判据理想转速调速功率因数前言化石能源资源日趋减少且不可再生，使得以煤、石油等为资源的火力发电面临难以持续发展的

2、困难局面，为了满足不断增长的电能需要，风力发电已被提到重要议程，同时正在蓬勃发展。如果仅从技术性能角度出发，交流发电当首选同步发电机，理由是同步发电机具有效率高，激磁功率小，发电不仅有功，而且兼有无功等一系列优点。但是，同步发电要求转速必须稳定，显然，这对于转速变化无常的风力发电来讲是无法实现的。于是异步发电就应运而生，但是，异步发电原理如何科学地诠释？以及怎样克服异步发电存在的技术缺陷？对于这些重大理论和技术问题，作者研究发现，传统的电机理论不仅无法给出科学、准确的答案，而且有关结论与事实不符。为了促进风力异步发电技术的发展，本文针对传

3、统电机理论存在的问题，主要利用作者前曾提出的交流调速P理论（文献1），对异步机发电运行原理进行了分析和研究，并且得出新的结论。其中，新建立的异步机发电状态的判据，对异步机发电运行原理给予了全新的解读，同时，也指明了异步发电机的技术路线和发展方向，希望能够引起业界的关注和讨论。1.问题的提出异步机（感应电机）是异步电动机和异步发电机的统称，根据电机可逆原理，一台异步机既可作为电动机，亦可作为发电机，电机究竟运行在何种状态，本质的判据是能量转换方向，即，如果是电——机转换，则为电动状态；如果是机——电转换，则为发电状态。但问题是如何判断电机的

4、能量转换方向呢？这就需要根据具体的电机原理，寻找出区分电机工作状态的标志性物理量，并通过该标志性物理量的界定，最终确定电机的工作状态，于是，这个标志性物理量及其界定便成为电机运行状态的判据。显然，作为基础理论，电机运行状态的判据必须是科学、严谨的，否则，将对异步发电技术产生误导。对于异步机运行状态的判别，传统电机学选择转差率（定义为）为标志，并以转差率的正负作为判据，其主要观点为：“按照转差率的大小和正负，异步机可分为电动机和发电机及电磁制动三种状态。在转差率1>s>0，即0

5、转磁场速度，即n>n1,此时s<0，…电机就处于发电机状态（文献2）”。以上观点可归结为：l当s>0或nn1时，异步机为发电状态。此即为传统电机理论的异步机运行状态判据。然而，上述的经典理论却在异步机双馈调速的超同步状态时发生了例外。业界悉知，当双馈调速超同步运行时，转速高于同步转速，即n>n1，s<0,如果按照传统的判据，异步机应该运行在发电状态，但事实却是运行在电动状态。对此，传统的异步机状态判据无法给出圆满的解答。科学的理论应该是理想、普适的，理论的科学性不允许有任何违背理论的例外发生。因

6、此，虽然仅举出传统判据的一例失误，就足以证明传统判据的科学性值得商榷。2.异步发电机的功率转换原理与判据1)异步发电机的基本原理异步机的典型特征是电磁感应，即定子和转子的电磁功率是通过旋转磁场的感应作用传输的，因此异步机有旋转的变压器之称，其物理模型如图1所示。异步发电机虽然和异步电动机的能量转换方向相反，但定、转子的电磁感应及其电磁功率的传输原理并未改变。异步机发电运行时，首先，转子在主磁通的作用下，将机械功率PM转化为电磁功率Pem，其间须扣除转子损耗p2。与此同时，转子将电磁功率通过电磁感应传输给定子，扣除定子损耗p1后，将功率输入

7、电网。异步发电机的转子和定子功率平衡方程可分别表为（1）（2）需要注意的是，和异步电动机一样，转子的电磁功率无法直接观测，而只能在定子间接地体现，并表为（3）这是由于转子电磁功率为机械功率所平衡之故。当电机处于发电状态时，定子的电压平衡方程为（4）式中的E1为定子绕组的感应电势，且E1>U1，于是定子将电磁功率馈入电网，异步机实现发电运行。另外，异步机定、转子能量交换的前提是两者的旋转磁场同步，根据电机学原理，无论异步机的转速高低、正负，转子的旋转磁场转速恒为（5）即转子与定子的磁场转速是恒等的，两者始终保持同步，因此，异步机的定、转子能

8、量交换永远是畅通的，不存在转子频率变化而导致的不同步问题。2)异步发电机的理想转速电机稳定运行时，原动机的驱动转矩TM与发电机的电磁转矩T相平衡，即（6）结合式（1）有(7)由于功率与转矩之比