毕业设计（论文）-感应发电机特性研究精选.doc

1 绪论 1.1 引言 社会的发展总是与生产力的发展密切相关的，然而，生产力发展中一个非常重要的内容就是能源开发利用方式的进步，可以说能源开发利用方式的革新与完善是人类进步的基石。随着石油，煤，天然气等不可再生资源能源的快速消耗，加之现代化发展日益增长的能源需求，能源矛盾越来越突出，因此发掘新能源以及采用更科学的方法提高能源利用率已成为世界关注的焦点，这势必将为能源的开发利用带来新的发展甚至革命。 近年来，在现代电力系统中，同步发电机一统天下，由于开发风力、水能及沼气等可再生能源的需要，在一些草原、牧场、海岛及边远山区等大电网没有覆盖的地区建立的小型发电站中，感应发电机有其独特的用途，实心转子的感应发电机具有明显的优越性。此外，在某些缺电的城镇乡村，断电后所启用的应急小型柴（汽）油发电机组中，也有不少采用感应发电机。在很多场合、很多情况下，感应发电机在许多方面优于传统的小型同步发电机。近些年来随着工农业生产以及国防事业的发展，人们对各种独立电源的需求量日益增加。在传统的发电机组中，一般采用同步发电机。然而，由于感应发电机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便且动态性能良好等优点，越来越受到人们的重视，并已成功地应用于风力发电、小水电等系统中，随着技术的进步感应发电机还将用于大型水力发电机，应用前景看好。 1.2 感应发电机研究发展现状 感应发电机原理于1901年由法国人M.Mauyice Loblance首次提出，然而于同步发电机相比其应用是极为有限。1917年在美国太平洋海岸于太平洋电力公司装设了一台1750kW的感应发电机；1919年又安装了一台425kW和一台1000kW的感应发电机。在美国东海岸交通局装设了五台7500kW 25周波余热透平驱动的感应发电机。到20世纪50年代前后，感应发电机在水电、热电站辅机发电、自备电站等场合都有应用，同时在欧洲也建立了一批感应发电站。美国的Soctlendl北方水电局建设了由一台感应发电机装备的水电站，当电网负荷高峰时，该电站运行于发电状态，在电压11kV 50周波电机303r/min时发出5000kW的额定功率，当电网负荷低谷时，电机作电动机运行产生6500P(约4875kW)轴功率驱动水泵江水从低水位提升到高水位。该电站是最早的感应电机装备的抽水蓄能电站。 20世纪50年代以后，随着电力系统容量的扩大，用于水电站的感应发电机逐渐向大功率方向发展，几千KW的机组已经得到了广泛应用。如，在新西兰已经有50%以上的水电站安装感应发电机，并认为经济上合理的容量范围是75kW—6000kW；在英国，仅英格兰北部电力系统就安装了29台容量为30kW—5000kW不等的感应发电机；日本从1959年开始研究感应发电机，目前已有容量范围：50Hz的500kW—5000kW及60Hz的600kW—6000kW；此外世界上其它一些国家也对感应发电机作了大量的研究。 随着电力系统输电电压的提高、线路的增长、当线路的传输功率低于自然功率时，线路和电站将出现持续的工频过电压。为改善系统的运行特性，不少技术先进的国家，在20世纪80年代开始研究感应发电机在大电力系统中的应用问题，并认为大系统采用感应发电机后，可提高系统的稳定性、可靠性和运行的经济性。 在现实生活中，变速发电是一个关键的问题，解决好了可以大大地提高效率。同步发电机要用于变速发电，就要采用变速器或改变叶片浆距的方法控制原动机转速，这就增加了成本和维护难度。而感应发电机无需直流励磁，具有结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，可在一定的变速范围内直接用于变速发电。变速发电时，由于原动机转速和功率是变化的，发电机输出功率和效率也是变化的。而普通感应电机做发电机用时，定子绕组电流增大会限制发电机功率的进一步提高。为改善感应发电机的性能，有人采用了双输出感应发电机。双输出感应发电机采用绕线式转子，转子端经整流---逆变装置与电网连接，控制逆变器晶闸管导通角，维持定子电流不变。这样额定功率来自定子，而变化功率经转子输出到电网。因此，当原动机输出功率很大时，定子绕组不会出现过热现象。 感应发电机需从电网吸收无功功率，如不采取办法就会影响电网的供电效率，所以一般都要配备发出无功的设备。感应发电机单机运行时，还必须由电容来实现电机的自激，而且端电压和频率都会随着转速和负载变化，因此需要一套控制设备实现实时控制。这些都增加了感应发电机运作复杂性和设备成本，限制了它的应用。但这些根本无法阻碍人们对感应发电机的研究和开发。目前，随着可控硅控制的静态无功伏安源的进一步发展，感应发电机的应用又开始热起来。 虽然感应发电机在现实生活中应用较少，但其结构简单，坚固可靠，维护便利，并网容易，易于控制等优点，使得它在可再生能源（如：风能和水能）的开