邯郸市赵王安养园:同步发电机负载运行和电枢反应

励磁电势。
★当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流 ，我们知道，当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度旋转的旋转磁势。
★由此可见，负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁势--电枢旋转磁势。因此，同步发电机接上三相对称负载以后，电机中除了随轴同转的转子磁势(称为机械旋转磁势)外，又多了一个电枢旋转磁势(称为电气旋转磁势) 。
★ 参看异步电机篇的介绍，不难证明这两个旋转磁势的转速均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可以用矢量加法将其合成为一个合成磁势。
★ 气隙磁场可以看成是由合成磁势在电机的气隙中建立起来的磁场。 也是以同步转速旋转的旋转磁场。 可见同步发电机负载以后，电机内部的磁势和磁场将发生显著变化，这一变化主要由电枢磁势的出现所致。

电枢反应
▲电枢磁势的存在，将使气隙磁场的大小和位置发生变化，我们把这一现象称为电枢反应。电枢反应会对电机性能产生重大影响。
▲电枢反应的情况决定于空间相量和之间的夹角，而这一夹角又和时间相量E0 和Ia 之间的相位差y相关连。y称为内功率因数角，其大小由负载的性质决定。
时空相量图: 如图16.4 所示的瞬间，A相绕组中感应电势达到最大值，此时如果y=0 ，即A相电流和同相位，则亦达到最大值。
▲由异步电机篇的介绍可知，电枢磁势(三相合成磁势)的轴线在此瞬间将和A相线圈的轴线重合。
▲ 一般情况下，(时间相量)滞后或超前于(时间相量)y 电角度时，(空间相量)的轴线位置也滞后或超前于A 相绕组的轴线y电角度。即和在时间上的相位差等于的轴线和A相绕组轴线的空间角度差。
▲以上结论虽然是在一个特殊的瞬间(磁极轴线和A相绕组轴线正交时)得出的，由于和同速同步旋转，故在负载一定的情况下，和的空间相位差等于90+y 电角度。
▲为了分析方便，人们常将时间相量,,,U 和空间相量,,画一起构成所谓的时空相量图(见图16.4)。在时空相量图中和Ff (处于磁极轴线方向，称为直轴，用d表示)重合，滞后于90°电角度 (处于相邻一对磁极的中性线位置，称为交轴，用q 表示)，和之间的相位差y由负载性质决定，和重合。 利用时空相量图(图16.5) ，可以方便地分析不同负载情况时同步发电机电枢反应的情况。',1)">
y=0或者180度
此时和Ff之间的夹角为90度或者270度 ，即二者正交，转子磁势作用在直轴上，而电枢磁势作用在交轴上，电枢反应的结果使得合成磁势的轴线位置产生一定的偏移，幅值发生一定的变化。这种作用在交轴上的电枢反应称为交轴电枢反应，简称交磁作用。
y=90
此时与之间的夹角为180度 ，即二者反相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相反，电枢反应为纯去磁作用，合成磁势的幅值减小，这一电枢反应称为直轴去磁电枢反应。
y=-90
此时与之间的夹角为0，即二者同相，转子磁势和电枢磁势一同作用在直轴上，方向相同，电枢反应为纯增磁作用，合成磁势的幅值加大，这一电枢反应称为直轴增磁电枢反应。

同步电抗和电枢反应电抗
当三相对称电枢电流流过电枢绕组时，将产生旋转的电枢磁势，将在电机内部产生跨过气隙的电枢反应磁通和不通过气隙的漏磁通，和将分别在电枢各相绕组中感应出电枢反应电势和漏磁电势。与电枢电流的大小成正比(不计饱和)，比例常数称为电枢反应电抗。考虑到相位关系后，每相电枢反应电势为：
（16-3)
电枢反应电抗的大小和电枢反应磁通所经过磁路的磁阻成反比，磁阻与电枢磁势轴线的位置有关。对于凸极电机而言，当和重合时，经过直轴气隙和铁心而闭合（这条磁路称为直轴磁路），如图16.6a 所示。此时由于直轴磁路中的气隙较短，磁阻较小，所以电枢反应电抗就较大。当和正交时，即和磁极的轴线垂直时，经过交轴气隙和铁心而闭合（这条磁路称为交轴磁路），如图16.6b所示。此时由于交轴磁路中的气隙较长，磁阻较大，所以电枢反应电抗就较小。一般情况下，和之间的夹角由负载的性质决定，为 90+y，的流通路径介于直轴磁路和交轴磁路之间，电枢反应电抗的大小也就介于最大和最小之间。 由于和之间的夹角受制于内功率因数角(即负载的性质)，不同负载时，和之间的夹角不同，对应的也就不同，这给分析问题带来了诸多不便。为了解决这一问题，人们采用了正交分解法和叠加原理，将看成是其直轴分量和交轴分量的叠加，并认为单独激励直轴电枢反应磁通，其流通路径为直轴磁路，对应有一个固定的直轴电枢反应电抗,并在定子每相绕组中产生直轴电枢反应电势；单独激励交轴电枢反应磁通，其流通路径为交轴磁路，对应有一个固定的交轴电枢反应电抗，并在电枢每相绕组中产生交轴电枢反应电势。电枢绕组总的电枢反应电势可以写为
(16-4)
考虑到漏磁通引起的漏抗电势=-j(为电枢绕组的漏电抗)后，电枢绕组中由电枢电流引起的总的感应电势为
(16-5)
其中=+定义为直轴同步电抗，=Xaq+定义为交轴同步电抗。 对于隐极电机来说，由于电枢为圆柱体，忽略转子齿槽分布所引起的气隙些微不均匀后，可以认为隐极电机直轴磁路和交轴磁路的磁阻相等，直轴和交轴电枢反应电抗相等，即==，结合=+，并代入式(16-5)可得
(16-6)
式中,定义为隐极电机的同步电抗。 由定义可知，同步电抗包括两部分：电枢绕组的漏电抗和电枢反应电抗。在实用上，常将二者作为一个整体参数来处理，这样便于分析和测量。
一般情况下(y为任意角度时)
参看图16.5c和d，可将分解为直轴分量和交轴分量，产生直轴电枢磁势F，与同相或反相，起增磁或者去磁作用；产生交轴电枢磁势，与正交，起交磁作用。



? 西安交通大学电机教研室 版权所有，侵权必究 2000.12?