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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(n－sn)/120Hz 式中L-电压频率，Hz 　　p-电机极数 　　n-电机转速，转/min 　　s-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： f≈pn/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①对应带纯电阻负载时的情况 曲线②对应带感性负载时的情况 从曲线①、②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①和②不难发现，曲线②所对应的电流临界值小于曲线①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