Применение
Применение асинхронных генераторов (АГ) ограничивается тем, что они являются генераторами активной мощности и потребителями (извне) реактивной мощности. Следовательно, АГ способны работать лишь в системах, в которых имеются источники реактивной мощности. Таковыми могут быть либо система, в которой источником реактивной мощности является синхронная машина, выполняющая в том числе и функцию синхронного компенсатора, либо система, в которой источник реактивной мощности – батарея конденсаторов.
Асинхронные генераторы используются в качестве генераторов пиковых нагрузок на малых гидроэлектростанциях, работающих без обслуживающего персонала, так как они могут эксплуатироваться без систем регулирования частоты и напряжения. Известно также использование АГ в качестве генераторов ветроэнергетических станций.
Иногда асинхронную машину удобно использовать и в двигательном и в генераторном режимах.
В так называемых балансирных асинхронных машинах (серия АКБ) двигательный режим используется для холодной обкатки двигателей внутреннего сгорания. При горячей обкатке запускают двигатель внутреннего сгорания, асинхронная машина переходит в генераторный режим, нагружая тормозным моментом двигатель и рекуперируя энергию в сеть.
В авиации двигательный режим используется для запуска авиадвигателей, а в генераторном режиме формируется бортовая сеть трехфазного и постоянного (через выпрямитель) тока.
В системах автоматического управления, следящего электропривода, в вычислительных устройствах применяются асинхронные тахогенераторы с полым или короткозамкнутым ротором для преобразования частоты вращения вала в электрическое напряжение.
Генераторный режим асинхронной машины с фазным ротором используется в каскадных соединениях электрических машин, имеющих механическую связь и позволяющих получить от каскада специальные механические характеристики, а также в системах синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой.
Асинхронные генераторы отличаются высокой надежностью и простотой обслуживания в эксплуатации, они легко включаются на параллельную работу даже при сравнительно больших рассогласованиях угловых скоростей. Форма кривой напряжения АГ ближе к синусоидальной, чем у синхронных генераторов при работе на одну и ту же нагрузку.
Теоретические сведения
При повышении частоты вращения сверх частоты вращения холостого хода (за счет приводного двигателя) асинхронная машина переходит в генераторный режим, последовательно покрывая механические и добавочные потери холостого хода, электрические (холостого хода) и основные магнитные потери в статоре за счет механической мощности приводного двигателя. При этом ротор вращается быстрее (wр) вращающегося магнитного поля (w1), и скольжение
,
эдс и ток ротора меняют знаки. Электромагнитный момент становится тормозным. Меняет свою фазу на 180° и активный ток статора, определяемый величиной активной нагрузки генератора.
Следует отметить, что реактивная составляющая тока статора, определяемая величинами намагничивающего тока и тока, компенсирующего мощности полей рассеивания обмоток статора и ротора в генераторном режиме, как и в двигательном, будет иметь одну и ту же фазу (индуктивный характер по отношению к напряжению сети).
Диаграмма преобразования мощности асинхронного генератора приведена на рис. 5.1.
Работа асинхронной машины в генераторном режиме на сеть большой мощности (U c = const, f 1 = const) описывается такими же уравнениями, схемой замещения и круговой диаграммой (нижняя часть окружности), как и в двигательном режиме, за исключением знака скольжения (s < 0, см. рис. 5.2 и 5.6). Напряжение и частота генератора совпадают с таковыми в сети. Полезная мощность генератора зависит только от частоты вращения ротора, устанавливающейся автоматически, соответственно, мощности привода (в зоне докритических скольжений генератора).
Рис. 5.1. Энергетическая диаграмма асинхронного генератора:
Р 1 – механическая мощность на валу; Р мех – механические потери; Р э2 – потери в обмотке ротора; Р эм – электромагнитная мощность; Р доб – добавочные потери; Р э1 – потери в обмотке статора; Р ст –
потери в стали; Р 2 – полезная мощность генератора
При работе АГ на сеть соизмеримой мощности постоянство U c и f c обеспечивается соответствующим перевозбуждением синхронных машин, работающих на сеть и компенсирующих реактивную составляющую тока АГ и нагрузки сети.
При автономной работе АГ реактивная составляющая тока АГ и нагрузки компенсируется за счет емкостного тока в батарее конденсаторов. Схема замещения фазы АГ, формирующего автономную сеть
с нагрузкой z н, приведена на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Схема замещения самовозбуждающегося АГ
Процесс самовозбуждения АГ поясняет рис. 5.3. Остаточную эдс АГ, обусловленную намагниченностью ротора Е ос, при ее пропадании восстанавливают кратковременным включением обмотки статора на сеть. В режиме холостого хода I c = I m, и для самовозбуждения АГ до эдс Е 10 требуется емкость конденсатора в фазе
.
При нагрузке АГ (рост абсолютного значения s) напряжение снижается вследствие внутреннего падения напряжения и снижения эдс Е 1 в результате уменьшения частоты сети при wр = const.
,
где учтено, что s < 0.
Наиболее эффективна стабилизация напряжения дополнительными регулирующими конденсаторами (варикондами). При этом конденсаторы не только компенсируют реактивный ток АГ, но и меняют рабочую точку на магнитной характеристике генератора, компенсируя внутреннее падение напряжения.
Рис. 5.3. Процесс самовозбуждения АГ:
1 – характеристика холостого хода АГ; 2 – зависимость
напряжения на конденсаторе от тока конденсатора 
Стабилизация напряжения с ростом s возможна за счет увеличения wр и, следовательно, f 1. Остальные способы регулирования напряжения связаны с усложнением конструкции АГ (подмагничивание спинки статора) либо с применением стабилизаторов различных типов.
Цели работы
1. Составление рабочих схем для выполнения экспериментов, соответствующих конкретным пунктам программы работы, техническим данным испытуемой машины и возможностям испытательного стенда с указанием шкал измерительных приборов, пусковой и регулирующей аппаратуры, предельных значений величин.
2. Составление протокола эксперимента.
3. Получение практических навыков сборки монтажной схемы по принципиальной рабочей схеме эксперимента.
4. Овладение техникой проведения эксперимента.
5. Освоение способов и методов обработки результатов эксперимента.
6. Приобретение навыков анализа результатов эксперимента на базе теории работы асинхронной машины в генераторном режиме.
ПОрядок выполнения работы
Экспериментальная часть
1. Провести опыт холостого хода и снять зависимости I 10 и P 10 в функции подводимого напряжения.
2. Провести опыт короткого замыкания и снять две точки функций I 1к и P 1к = f (U 1к) вблизи I 1к = I н.
3. Измерить остаточную эдс асинхронного генератора и осуществить процесс самовозбуждения на холостом ходу.
4. Провести опыт нагрузки АГ при работе на сеть 
.
5. Провести опыт нагрузки АГ при работе на автономную активную нагрузку при 
.