Генераторный режим асинхронной машины

Для получения генераторного режима асинхронной машины, работающей параллельно с мощной сетью (рис. 4.45), необходимо, как отмечалось в п. 4.1, приложить к валу внешний момент в направлении вращения ротора, так чтобы частота вращения превысила синхронную. При этом скольжение ротора становится отрицательным .

Анализ процессов в асинхронном генераторе можно выполнить с помощью уравнений векторных диаграмм и схемы замещения асинхронной машины, полученных в п. 4.4.

Ток ротора

в генераторном режиме ( ) будет содержать отрицательную активную составляющую

.

Реактивная составляющая

от знака скольжения не зависит. Она так же, как и в асинхронном двигателе, будет отставать от ЭДС на угол 90° (рис. 4.46). Поэтому фаза тока статора по отношению к напряжению будет >90°. Следовательно, в генераторном режиме асинхронная машина отдает в сеть активную мощность и потребляет реактивную мощность .

Потребность в реактивной мощности является основным недостатком асинхронных генераторов, препятствующим их широкому распространению на электростанциях традиционного типа.

Однако в последние годы большой интерес проявляется к использованию в энергетике возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветра. Одним из наиболее перспективных генераторов для ветроэлектростанций является асинхронный генератор с фазным ротором (рис. 4.47). В цепи ротора устанавливается преобразователь частоты, обеспечивающий питание обмотки ротора напряжением регулируемой частоты. Такая схема позволяет получить стабильное напряжение и частоту на выходе асинхронного генератора при широком диапазоне изменения частоты вращения ветроколеса.

Асинхронные генераторы находят применение также в автономных энергоустановках стационарного или передвижного типа. В этом случае ротор асинхронного генератора выполняется короткозамкнутым или в виде массивного стального цилиндра без обмоток. Такая конструкция ротора обеспечивает надежную работу генератора при высоких частотах вращения - до 12000 оборотов в минуту, что позволяет повысить мощность генератора, не увеличивая его габаритов. В качестве источника реактивной мощности асинхронного генератора используются конденсаторы (рис. 4.48), подключаемые к выводам статора.

Генератор работает в режиме самовозбуждения. При вращении ротора с номинальной частотой в обмотке статора наводится ЭДС за счет остаточного потока в машине (рис. 4.49). Под воздействием этой ЭДС по обмотке статора потечет емкостный ток, который усилит остаточный поток машины и создаст ЭДС . Этот процесс будет продолжаться до пересечения характеристики холостого хода (х.х.х.) генератора с вольтамперной характеристикой конденсаторов .

Точка установившегося режима определяется соотношением

.

Отсюда получаем выражение для емкости

.

Мощность конденсаторов равняется реактивной мощности генератора,

.

Если нагрузка генератора имеет активно-индуктивный характер, то мощность конденсаторной батареи необходимо увеличить для покрытия еще и реактивной мощности нагрузки. Это делает генераторную установку (рис. 4.48) достаточно дорогой. К ее недостаткам следует также отнести сложность регулирования напряжения генератора при изменении нагрузки. В связи с этим асинхронные генераторы имеют ограниченное применение.