3.1.1三相电容式异步发电机的结构
三相异步发电机按其励磁方式来分，可分为自励式异步发电机和他励式异步发电机。三相电容式异步发电机属于自励式异步发电机。
自励式异步发电机由一个鼠笼式异步电动机和一组电容组构成。如图3-1所示：
图3-1 异步发电机结构原理
三相电动机三相绕组接成星形，从尾端引出一根线作为发电机的中性线O，从三个首端分别引出三根线作为发电机的三根相线A、B、C，在两根相线之间联接适当等量的电容组C。发电时，用原动机(柴油机或水轮机)拖动电动机的转子旋转，当转子转速达到额定值时，在三相绕组上感应产生三相电动势，在相线与中线之间得到三相对称的相电压，相线与相线之间得到三相对称的线电压。这时，发电机即可给相应的负载供电。
3.1.2 三步发电机的发电原理
异步发电机为什么能发出电来呢?我们知道，同步发电机主要由定子(定子铁心上嵌人三相对称绕组，叫电枢)和转子(转子铁心上绕上励磁绕组，通人直流电，形成一组磁极)组成。发电时，原动机拖动转子磁
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极在定子里旋转，使定子绕组的磁通依次发生变化，从而在三相绕组上产生三相对称的电动势。三相鼠笼式异步电动定子结构和同步发电机的电枢相似，如能把电动机的转子变成一个磁极组并由原动机拖动旋转，则定子绕组就可感应出电动势。但是，鼠笼式电动机的转子绕组是一个形似鼠笼的闭合导体，无通人直流电使转子变成磁极，但在相线上并联电容器后鼠笼转子可以变成磁极。一般来说，电动机转子在制作的过程中总会受到磁化，带有一定的磁场。这个磁场在转子周围空间的磁感应强度B按照正弦规律分布，空间某点的磁感强度可以表示为B=Bm sina式中Bm为磁感强度最大值，a为空间某点与中性面的夹角。
当转子被原动机拖动在定子中旋转时，定子绕组回路的磁通?将正弦规律作周期性的变化，可表示为：
?=?msin? ?m为磁通==最大值
若转子转动的角频率为?=2?f时，(f为转子转动的频率，设为两极电动机)，则对应时刻t，磁通可表示为：
?=?msin?t （3-1） 故在各绕组上都感应有电动势e。可表示为： e= -N
d?=?N?msin(?t-90?) （3-2） dt =Emsin(?t-90?)
N为绕组的匝数，Em= ?N?m是电动势的最大值。其相位比磁通滞后90?。
由于定子绕组是对称的，故在其上感应的三相电动势亦是对称的，A,B,C三相电动势可依次表示为：
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e?=?msin?t (参考量) （3-3） eB=?msin(?t-120?) （3-4） eC= ?msin(?t+120?) （3-5）各相的端电压等于相电动势，可表示为：
（3-6） UA=?msin?t （参考量）
UB=?msin(?t-120?) （3-7） UC= ?msin(?t+120?) （3-8）则加在电容组各电容器的电压是对称的线电压，可表示为： UAB=3?msin(?t+30?) （3-9） UBC=3?msin(?t-90?) （3-10） UCA=3?msin(?t+150?) （3-11）这样，就有三相对称电流(电容电流)通过电容器进人相绕组构成闭合回路。我们知道，三相对称的绕组通人三相交流电就会产生一个旋转磁场，旋转磁场在转子导体感应产生导体回路电流，回路电流使转子产生磁场。因为电容电流的相位比其相应的端电压超前90?，所以，转子感应电流产生的磁场与原始定子绕组产生感应电动势的磁场同向，增大了产生感应电动势的磁场，因此绕组的感应电动势得以增大，电动势增大后，使电容电流随之增大，如此循环下去，最后绕组电动势达到额定值，异步发电机就发出电来。
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从以上分析知道，要使异步发电机产生所需要的电动势，必须有足够强度的转子磁极，而要有足够强度的转子磁极，必须有足够大的三相电容电流，要有足够大的电容电流，在一定的电压下，必须有容量足够大的电容器组。实验证明，要使发电机的空载电压达到额定值、电容电流(励磁电流)等于电动机的空载电流，如电容器组为三角形联接时，如图1所示，则所需的总电容量C按下式计算。
C=
3I0 ?106?F （3-12）
2?fUn式中I。为电动机的空载电流，一般为其额定电流的30﹪U。为额定电压，亦是发电机的额定电压，f为额定频率。
从图3-1看到，电容器承受的电压是线电压，电容器的额定耐压值应是线电压的最大值。但实验证明，如额定电压为380V，电容器耐压值达到400V时，即可正常发电。如电容器的耐压值不到400V，应把电容器接成星形后再接在相线上，如图2所示。这种联接方法，电容总量是图3-1接法的电容总量的3倍。如图3-2：
图3-2电容器星形接法
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3.1.3 三相异步发电机电容器的选择
自励三相异步发电机一般接自两种作用的电容器，一种称主电容器固定地接在异步电动机的定子绕组上，另一组称辅助电容器分别接在配电线路上，即在负载端接辅助电容器。主电容器为三相异步发电机工作提供空载励磁电流，而辅助电容则用于供给增加负载时所需的励磁电流，补偿负载所引起的压降，使发电机电压保持稳定，辅助电容器电容I可调节。发电机要有良好的运行特性，合理选择电容器是关键，这里就选择电容器的实用方法介绍如下。 1. 空载时电容量（即主电容量）的近似计算
为了减少发电机激磁用电容量，在三相发电机中，一般将电容器接成三角形，这种接线需要三组电容器，当空载额定电压时，每相电容器(即主电容器)的电容备可按下式计算。
C=
Ir2?3fUN×106 ?f （3-13）
式中 UN——发电机的额定线电压 V； Ir——激磁电流的无功分量，线电流 A； f ——频率 Hz ； 其中
Ir=I01?cos2?0 cos?0≈0.2～0.3
I0---发电机的额定电压时的空载线电流，可取电动机额定电流的
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异步发电机介绍及应用
