三相異步電動機用作異步發電機的探討

王胤升

摘 要：異步發電機具有體積小、質量輕、價格低廉、安裝與維修十分便捷等特點。在實際應用過程中，異步發電機可以滿足緊急發電的需求，為生活和生產的有序、高效開展提供可靠的電能。

關鍵詞：三相異步電動機；異步發電機；電容器；勵磁

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.128

現階段，三相交流電網出現的停電現象具有一定的普遍性和廣泛性。為了滿足急需用電的需求，三相異步電動機的改裝受到了廣泛的關注。在實際中，三相異步電動機的改裝主要是通過在其外部連接電容器實現。改裝的異步發電機具有顯著的優勢，比如結構簡單、成本較低、維修便捷和性能良好等。為了全面發揮異步發電機的功能，本文從其電容器的作用、連接，發電機的工作原理、負載特性，三相異步電動機用作異步發電機的實驗步驟和實際操作等方面展開了論述。

1 三相異步發電機電容器概況

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，且相互絕緣。電容器最顯著的特點就是充電和放電，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，電容器的應用十分普遍，主要服務對象為電工、電子技術電路。電容器在三相異步發電機中的作用主要體現在以下兩方面：①勵磁。對于三相異步發電機而言，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的電流。在此基礎上，剩磁得到了加強，在循環往復下，磁場和感生電流也得到了相應的加強，最終促進勵磁目標的達成。此時的電容器也可以稱作“勵磁電容器”。②均衡電壓。三相異步發電機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，進而保證了端電壓的穩定。

1.2 電容器的連接

在三相異步發電機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個連接點與異步電動機的輸入端線連接。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電機的輸入端線連接。

2 三相異步發電機的工作原理

2.1 發電原理

在發電過程中，要保證三相異步發電機同時滿足兩個要求，即機械能的輸入和電容器的連接。為了將三相異步電動機用作異步發電機，要明確異步發電機的發電原理。為了使發電機實現發電，就必須滿足電磁感應定律的相關要求，即必須具備導體和磁場，且導體與磁場必須保持相對切割運動。只有同時滿足這三個要求，才能產生感應電動勢。但三相異步發電機未能滿足上述要求。為了有效解決勵磁問題，對異步發電機采取了單獨發電的措施，以保證其自身發電的可靠性和穩定性。

2.2 自勵原理

直流發電機與同步發電機的自勵原理相似，主要體現在自勵過程均借助起始電動勢，再結合相應的方法，實現對剩磁的獲取，最終使發電機發電。但針對本文的異步發電機，在其中并入了電容器，通過實驗測出了微弱的電壓，即異步發電機的剩磁電動勢。

對于異步發電機而言，其運行的場合均具有單獨性。為了使異步發電機獲得勵磁電流，需要運用自勵的方法。具體操作如下：將異步發電機中的定子端點與電容器連接，此時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。

異步發電機借助原動機的拖動開始運轉后，在轉子剩磁的作用下，定子繞組可以感應剩磁電勢。此時的電動勢體現在電容器上，進而實現了電容電流的獲取。電容電流會產生一定的磁場，使得異步發電機的磁場有所加強，與此同時，電動勢也將進一步增大。在循環往復下，助磁現象具有了一定的持續性，最終發電機獲取的勵磁電流與電容電流實現了平衡。當勵磁電容充足時，發電機便有了一定的電壓。

2.3 負載特性

對異步發電機負載特性進行分析具有十分重要的意義。通過系統的分析可以掌握異步發電機的發電特性，這樣能提升發電機發電的可靠性和高效性。由負載特性曲線可知，負載電流與端電壓有著緊密的聯系——當負載電流為空載時，輸出電壓的最大值位于100%處。當負載電流持續上升時，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，此時電流迅速下降，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，異步發電機適合提供照明負載，此時的供給動力負載相對較小。通常情況下，發電機的容量可以控制在20%以下，與發電機電容相比，單機電容要低于10%.在實際運行過程中，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，要特別注意發電機的負載——如果負載過重，則會導致電壓降為零。

2.4 運行特性

對異步發電機的運行特性進行研究，主要是為了避免三相短路問題的出現。如果出現三相短路問題，則會導致電流超過臨界值。由異步發電機的負載特性可知，當電流超過臨界值時，端電壓與電流均會持續下降，直至為零，因此，此時的短路電流相對較小。異步發電機的運行特性是顯著的，在實際運行過程中，可以簡化其短路保護或者對其短路保護不予以考慮。

3 三相異步電動機用作異步發電機

3.1 實驗步驟

在實驗前，需要準備好相應的設備，主要包括1臺三相異步電動機、1臺動力設備、3個電容器和1個三相閘刀開關。具體的實驗步驟如下：首先，將三相異步電動機與電容器相連接，連接形狀可以為三角形，也可以為星形。連接好電容器后開始組裝三相異步發電機。其次，將三相輸出電路與三相閘刀開關相連接，啟動動力設備。在動力設備的帶動下，三相異步發電機在空載運轉后逐漸達到正常轉速。再次，閉合三相閘刀開關，向負載供電。最后，在停機車過程中，斷開負荷開關、電容開關，同時停止驅動，發電機電流迅速降為零。停機后，仍保持了一定的剩磁，進而避免了飛車問題的出現。

3.2 實際操作

異步發電機的實際操作步驟如下：首先，啟動原動機，觀察機組的轉速。當機組轉速達到額定值時，投入主電容器。此時，需要觀察發電機控制盤的電壓表，在原動機持續加速過程中，使電壓達到額定值。其次，在載負荷情況下，將原動機開大，并投入附加電容器。此時，觀察發電機控制盤上的電壓表和頻率表，并適當調節原動機轉速和附加電容器投入的組數，使發電機端電壓保持恒定值。最后，停電關機。此時，原動機轉速位于零，機組停止轉動，外線送電開關、主電容器開關、附加電容器開關均處于斷開狀態。

3.3 問題與對策

由實驗步驟和實際操作可知，當機組轉速高于額定轉速時，發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：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電機定子的兩相間充磁，充磁時間維持在2～3 min。在此基礎上，便可保證發電機建壓的有效性。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異步電動機自身因素。異步電動機本身存在故障，比如轉子斷條。此時，改裝的異步發電機不能正常運行。因此，在改裝前，需要對異步電動機展開全方位的檢查，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電機合理、高效地運行。

4 總結

綜上所述，本文主要對三相異步電動機用作異步發電機進行了研究，重點分析了電容器的連接和作用，同時介紹了三相異步發電機的工作原理，闡述了三相異步電動機用作異步發電機實驗步驟、實際操作及相關的問題、對策等。三相異步電動機與電容器連接后，得到的異步發電機能夠發揮積極的作用，特別是在緊急發電的情況下，能夠提供可靠的電能。

參考文獻

[1]劉自華.3 kW三相異步電動機改裝成三相異步發電機的實踐嘗試[J].物理教學探討，2012（19）：58-60.

[2]齊樂新.三相異步電動機用作異步發電機的研究[J].考試周刊，2012（04）：124-125.

[3]魏英靜，候英君.利用電容自激異步發電機作三相異步電動機負載試驗[J].化工施工技術，2013（01）：29-31.

〔編輯：劉曉芳〕