4.1异步发电机主要的优缺点
(1)主要优点 笼型转子异步发电机结构简单、牢固，特别适合于高圆周速度电机。无集电环和碳刷，可靠性高，不受使用场所限制。由于无转子励磁磁场，不需要同期及电压调节装置， 电站设备简化。负荷控制十分简单，多数情况下不需水轮机调速器，水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行。异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象，但无同步发电机类似的振荡和失步问题。并网操作简便。
表4-1异步发电机主要优点
序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 结构 尺寸及重量 励磁 同步合闸 稳定性 高次谐波负载能力 维护检修 异步发电机 定子与同步发电机相同，但转子为鼠笼型，结构简单、牢固 无励磁装置，尺寸较小，重量较轻 由电网供给励磁，不需励磁装置及励磁调节装置。 强制并网，不需要同步合闸装置 对于负载变动没有非同步现象，运行稳定 转子笼条热容量大，对高次谐波负载的耐力较强 定子、冷却器等的维护与同步机相同，但转子不需要维护 同步发电机 转子具有阻尼绕组及励磁绕组，结构较复杂 有励磁装置，尺寸交大，重量交重 需要励磁装置及励磁调节装置 需要同步合闸装置 因负载急剧变化，有可能非同步运行 无阻尼绕组时磁极表面和有阻尼绕组时阻尼绕组的热容量限制了电机的允许功率 除了与异步机相同的维护相外，励磁绕组需要维护，有电刷时还需检查维修电刷 (2)主要缺点 大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行，由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功，因此异步
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发电机是电网的无功负载。尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态，但处于这种运行状态时，发电机调压能力很弱，当发电机达到临界负荷，将引起电压崩溃。异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机、电网或静止电容器提供。具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定。虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功，可能是一个缺陷，但当其使用恰当时，可作为电网无功优化的一种手段。并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益。
表4-2异步发电机主要缺点
序号 1 2 3 4 5 项目 单独运行 功率因数调节 励磁电流 电压及频率调节 冲击电流 异步发电机 同步发电机 需要电网供给励磁，一般不能单能单独运行 独运行 功率因数决定于发电机功率，不能在适当负载功率的任能调节 意功率因数下运行 励磁电流由系统供给，电流滞后，用直流励磁 导致系统降低。另外，低速电机 的励磁电流较大 电机的电压，频率受系统支配，单独运行时可以任意调不能调节 节电压及频率 强制并网，冲击电流大，导致系同步化并网，过度电流统电压下降 较小，系统电压下降较小 4.2 异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较
(1)异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统、同期装置，电站投资费用低。
(2)由于无集电环、电刷、转子励磁绕组，因此维护及运行费用低。 (3)异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组，因此
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一般效率高于同容量同转速的同步发电机。相同的水源下，采用异步发电机可多发电。
(4)异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消。
(5)异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比)，转速越高，标幺值励磁越低。
(6)异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小。 因此，经济性比较的一般性结论难于准确得出，应对每一个电站具体分析比较。
4.3 异步发电机水力发电应用实例
实例一 20世纪50年代， 由美国加州旧金山西屋公司与OregON State波特兰GE公司联合在OregON Citv Willamette瀑布的Sullivan电站装设了12台容量1200kW、三相、60周波、4160V、30极、立式异步发电机。该电站采取异步发电机的原因如下：
(1)水源有限为了使有限的水源全部用于发电，避免驱动直流励磁机，而减少电站的发电量，且经比较计算后表明异步发电机电站在任何水流下都比同步电机电站增加了有功输出。
(2)通过电站电气设计异步发电机有如下技术优势：
①异步发电站的运行、监控技术简单，不需直流励磁机、直流设备、电压调节及碳刷，控制系统简化，不易过负荷，很少有超速的危险性。因此，在机端无电容励磁的条件下，不会引起过电压和频率的增加，无旋转绕组与滑环，不需同期装置。② 可实施简单的远程监控，因此这种电站非常适合无人值守。③ 发电机产生的电压波形非常接近正弦分布，异步发电机扮演谐波吸收器的角色。④ 不存在持续的短路电流，虽然断路器瞬时额定值会受到影响，但降低了断路器的遮断容量。
(3)技术缺陷：①低功率因数，电站是系统的无功负载。②可能需
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要高瞬时额值的断路器。
(4)投资比较：①异步发电机的初步投资小于同步发电机。② 异步发电机自动化、监控系统的投资明显低于同步发电机的控制系统。③异步发电机能量转换效率高于同步发电机。
实例二 1994年由重庆大学与重庆南川市电力公司，在南川金佛山建设2×2000kw 同步发电机与一台2500kW 异步发电机并列运行的电站。该电站电气布置为：一台2000kW 同步发电机与2500kW 异步发电机在6kV 母线上并联，经5000kVA双圈变压器接入35kV 母线，另一台2000kW 同步发电机与一台3150kVA三圈变压器组成发变单元，高压侧接入35kV母线，10kV侧供地区负荷。 （1）设备投资比较见表4-3：
表4-3 不同类型发电机电站投资比较
名称 发电机 变压器 励磁装置 补偿电容 同期装置 总计 同步发电机方案 容量 2500KW 6300KVA —— —— —— —— 投资 38.0 14.0 6.0 —— 1.0 59 异步发电机方案 容量 2500KW 5000KVA —— 3293KVA —— 计电容 不计电容 投资 28.5 12.0 —— 10.0 —— 50.5 40.5
（2）运行损耗比较最大开机下的损耗比较见表4-4：
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表4-4 不同类型发电机运行损耗的比较 发电机 效率（%） 损耗 同步机 异步机 差值 0.95 0.96 0.01 125 100 25 效率 33 30 3 变压器 损耗 8.2 6.75 1.45 线路 1.GJ 95／31.5 167 114 53 —— —— 82 功率损耗 差效?p 按年最大损耗小时数为5000h计算，每年增加电量为41万kWh。 (3)其他技术经济效益厂房基建面积减少，机组安装、维护费用降低，由于无直流励磁系统因此故障率低。
实例三 1999年建成投运的都江堰水界牌2×3200kW 异步发电站。该电站为利用映秀湾水电厂尾水的引水径流式水电站。该电站除具有实例二的技术经济优势外，还起到了抑制映秀湾电站出现持续工频过电压的作用(电站不装设补偿电容器)。
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异步发电机介绍及应用
