异步发电与电容的简捷计算上课讲义.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。异步发电与电容的简捷计算-异步发电与电容的简捷计算池国英河北宏源热电有限责任公司(051430) 由于目前供电设施的建设速度仍不能满足日益增长的用电需求。在电力线路检修和用电高峰季节，农民仍饱受被拉闸限电之苦。停电不仅给人民的生产、生活带来诸多不便。为了获取电力，常采用小型同步发电机及异步发电的方法来解决燃眉之急，虽然异步发电不及同步发电性能优越，但农户专为备用电而购置小型同步发电机则不太现实，鉴于农村异步电动机和机动农用车等柴油动力设备到处可见，再有电容产品价位也在不断降低，异步发电仍是用来解决失电所需的一种有效手段。本人避开过多抽象的理论叙述，从实际应用出发，让读者较系统地了解和掌握一些有关异步发电的实用知识和要点，并给出仅以电机额定电流来计算所配接电容的简捷计算公式，供读者在应用时参考。1电压的自激建立过程一般在异步电动机的转子上都存有剩磁，当转子被原动机拖动以一定的转速转动时，转子上的剩磁场将切割定子绕组，在定子绕组中产生出微弱的感应电势，这个弱小电势将通过外接的励磁电容在定子绕组中形成弱小电流，这个弱小电流在定子绕组中产生的磁场，经磁耦合又恰好使转子磁场进一步加强，转子磁场的增大又会使定子绕组感应电势增大，相继使电容电流增大、使定子绕组磁场进一步加强，反过来又使转子磁场进一步增强。这是一个自激正反馈过程，很快可使电机建立起电压，这就是异步发电的电压建立过程。由此不难看出，异步发电必须具备以下条件：(1)有原动机拖动供给机械能量。(2)电动机必须有剩磁。(3)必须外接一定量的电容，供给电动机建立定子磁场所需的无功电流。一般运行后的异步电机转子上都存有剩磁，而无需考虑充磁。如因某种原因确实没有剩磁时，也可进行充磁(方法见后)。2发电频率与电机转速的关系异步发电机之所以能产生电压，一个很重要的原因，是由于转子转速略大于定子磁场的同步速，即存在转差。发电电压频率与电机转速存在如下关系：f=p(nsn)/120Hz式中L-电压频率，Hzp-电机极数n-电机转速，转/mins-转差值实际上由于转差s一般较小，可将其sn项忽略，上式可近似表示为：fpn/120Hz由上式可以看出：在电机极数一定时，发电频率f将决定于电机转速n，转速上升、频率升高；转速下降频率降低。由于电机类负荷的设计工作频率为50Hz，带这类负荷的异步发电频率尽量控制在50Hz左右，在单独带照明负荷时因频率的高低不会造成多大影响，故频率范围可适当放宽。3电容大小与输出电压的关系异步发电的条件之一是必须外接一定量的电容，我们把能保证在额定转速下，建立起额定空载电压所需的最小电容称之为"主电容"，把带负荷后需要再增加的电容称之为"辅助电容"。主电容的作用是为建立所需的空载电压，在电机型号选定后可视为不变量；而辅助电容则是用来提供感性负载本身所需的无功电流，及电机内部漏抗所消耗的无功功率，以维持输出电压近似不变。所需辅助电容的大小，将随负载的性质和大小而变，对纯电阻性负载(如照明、电加热等)所需的辅助电容就小；对感性负载(如电机类动力负荷)所需的辅助电容就大。因此在投入负载的同时，最好连同辅助电容一并投入，这样可避免输出电压较大下降及消失现象的发生。电容量与输出电压的关系是：在转速和负载不变的情况下，减少电容量则使输出电压下降；增加电容量则使输出电压升高。因此在实际中，可通过调整电容的投入量来调节输出电压的大小。又由于电容的容抗与频率成反比，即频率越高(即电机转速越高)则容抗越小，相对来看，相当于电容增大了，因此在不特别要求电压频率的情况下(如只带照明时)，可通过提高电机转速来相对减少电容的投入量。这也是在异步发电的电压建立过程中，增加转速使电压容易建立的内在原因。4异步发电机的负载特性了解异步发电机的负载特性是很重要的，将有助于我们掌握异步发电的相关特性、特点，在实际应用过程中应对自如。(1)负载特性曲线：负载特性曲线是在保持异步发电机转速和外接电容量不变的情况下，只改变负载的大小，所测出的负载电流与端电压的对应关系曲线。特性曲线如图1所示。图1负载特性曲线曲线对应带纯电阻负载时的情况曲线对应带感性负载时的情况从曲线、均可看出，当负载电流为零时(即空载时)，输出电压对应100处为最大，随着负载电流的增加，输出电压下降幅度是比较大的，当负载电流超过各自对应的临界值时，电流不仅不增加反而快速减小，此时端电压已失去稳定并继续降低，直至端电压和负载电流均降至零。比较曲线和不难发现，曲线所对应的电流临界值小于曲线所对应的电流临界值。这说明异步发电带感性负载的能力将小于电阻性负载，也就是说异步发电最适用供给照明负载，供给动力负载(一般为感性)只能是少量的，一般可控制在发电机容量的20以下，且掌握动力负载的单机容量不宜大于发电机容量的10。同时在运行中应注意随负载的变化，适当增减电容的投入量，以维持端电压不致过高或过低，还要注意不要使负载过重，以免导致电压降至零。(2)短路及不对称运行特性：当异步发电机出现三相短路时，其电流必定超过临界值。由上面异步发电机的负载特性可知，这时将导致端电压和电流反而会迅速下降至零，不会引起大的短路电流。这是异步发电机运行的一大优点，故可简化或不考虑对异步发电机进行短路保护。5电容的计算与选择为使计算公式尽量简化，更适合广大农村读者使用，我们对所有异步电机统一作如下近似规定：额定电压UN=380V；额定频率fN=50Hz。额定功率因数cosn=0.8；额定效率n=0.8把电机的空载电流近似看作为激磁电流，并取值为额定电流IN的35(考虑到一般用于发电的电机功率较小，空载电流所占比重相对较大)。做上述规定后，即可推导出异步发电时在空载和额定负载时所需电容的相应简捷计算公式。限于篇幅考虑，下面直接给出公式结果不再对推导过程进行叙述。(1)主电容计算：当电容为接时，三相总电容为：Cm5NF当电容为Y接时，三相总电容为：CYm3CmF式中IN-作异步发电用电机的额定电流(名牌上所给)，单位为A(2)辅助电容计算：所谓辅助电容，指带上负载后需要再另增加投入的电容，不包括主电容。带电阻性三相负载(cos=1)满载时的电容计算：当电容为接时，三相总辅助电容为：CRF3.5INF当电容为Y接时，三相总辅助电容为：CYRF3CRFF带感性三相负载(cos=0.8)满载时的电容计算：当电容为接时，三相总辅助电容为：CZF12INF当电容为Y接时，三相总辅助电容为：CYZF3CZFF上面辅助电容的计算公式，亦可用于对不同功率三相负载需配辅助电容的近似估算，应用时只需将公式中的IN换成实际负载的额定电流即可。(3)电容的选择：因电容在接时所用电容量仅为Y接时的1/3，为节省电容一般优先选用形接法。但接时电容的耐压要求较高，为Y接时的倍。因此在接时应选择耐压不低于540V的交流电容器；在Y接应用时应选择耐压不低于320V的交流电容器。-