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你聽過感應電機的神奇轉換嗎？它如何在發電和電動之間自由切換？
感應電機，又稱為異步發電機，是一種交變電流（AC）電動發電機，利用感應馬達的原理來產生電力。這種發電機的運行原理十分獨特，它的轉子速率必須超過同步速度才能發電。簡單來說，普通的交流感應馬達無需任何內部修改便能作為發電機使用。
感應發電機在設計上相對簡單，因此被廣泛應用於小型水電廠、風力發電機，或用於將高壓氣流降至低壓。
感應發電機的運作依賴一個核心概念：當轉子速度超過同步速度，感應發電機就會開始產生電流。這一速度的區別稱為「滑移」，它通常以同步速度的百分比來表達。當這台發電機以適當的速度運行時，它便能輸送出有用的電力量。
運作原理
一台感應發電機的核心運作在於當它的轉子被機械驅動快於同步速度時，會產生電流。以四極馬達為例，這台馬達在60赫茲的電源下，其同步速度為每分鐘1800轉。而450赫茲則為每分鐘1500轉。當轉子以1450 RPM運行時，相對於1500 RPM的同步速度，其滑移為+3.3%。這樣的運行狀態使得馬達的定子磁場產生感應電流並進一步驅動轉子。
當轉子速度提高至同步速度之上，發電機便能向電力系統提供實際功率，這一過程非常依賴於外部的驅動源，例如渦輪機或引擎。
激發需求
感應馬達以及發電機都需要一個外部電源來激發定子繞組，以產生旋轉磁場。這引導出感應轉子的電流，進而使發電機能夠正常運作。無論是在發電模式還是作為馬達，感應機都會消耗無功功率，因此外部的激發源是不可或缺的。
主動電力與反應性電力
感應發電機的主動功率與滑移量被強烈相關。當轉子速度增加至1800 RPM以上，甚至達到1860 RPM時，發電機便能輸出全額功率。如果主動源未能提供足夠的驅動力，轉速將保持在這個範圍內的某一點。
感應發電機的極限受發電機繞組的額定電流所限制，並且在不同的狀態下，發電機的反應性電力需求也會有所不同。
與電網和獨立系統的連接
感應發電機在連接到獨立發電系統時，需要一個電容器來提供必要的反應性電力。而在連接到電網時，它則會從電網中接受反應性功率，以維持其所需的電磁空間。對於電網連接的系統而言，其頻率和電壓將根據電網的規模而變化，與獨立系統相比，其運作方式較為簡單。
應用範疇
感應發電機因其能在不同的轉速下產生實用電力而廣受歡迎，特別是在風力和微水力發電安裝中。這類發電機的機械結構簡單且耐用，無需刷子或換向器，故其維護需求低。
雖然感應發電機具備多樣化的應用潛力，但其缺陷也不容忽視，特別是在負載過高時，將使系統無法繼續發電。
舉例說明
以一台10馬力、1760轉/分鐘、440伏特的三相感應馬達為例，其全載電流為10安培，造成其發動所需的電容為每相1523 VAR。但若負載過大，則必須此次擴充電容器的視數才能確保發電機正常運行。
隨著可再生能源技術的推廣，感應電機應用的潛力和不斷變化的需求展示了其未來發展的機會與挑戰。而這一技術在如何靈活運用與發展中，最終或許會成為我們能源使用效率提升的關鍵因素，這是否會激發出更多創新呢？
