新聞主題	交流發(fā)電機的電樞反應(yīng)與同步電抗的區(qū)別

 

摘要：同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)是指當同步發(fā)電機接通負載時，三相電樞繞組流經(jīng)的電流產(chǎn)生的電樞旋轉(zhuǎn)磁場對主磁極磁場產(chǎn)生的某種確定性的影響。其反應(yīng)條件是同步發(fā)電機在輸出功率時，電樞里有電流流過，這電流就會產(chǎn)生磁場，電樞電流產(chǎn)生的磁場將對主磁場發(fā)生作用，這就產(chǎn)生了電樞反應(yīng)。在定子有電流的情況下，空載時是沒有電樞反應(yīng)的。

 

      一般具備電力知識都知道同步發(fā)電機轉(zhuǎn)動，并接上三相對稱負載后，定子繞組中會產(chǎn)生三相對稱電流，及三相旋轉(zhuǎn)磁場，此磁場稱為電樞磁場。這樣在氣隙中就同時存在著兩個旋轉(zhuǎn)磁場，一個是由直流勵磁電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子主磁場，另一個則是電樞磁場。這兩個磁場以相同的轉(zhuǎn)速，相同的方向旋轉(zhuǎn)，兩者之間沒有相對運動。它們疊加在一起形成同步發(fā)電機氣隙中的合成磁場這時同步發(fā)電機的感應(yīng)電勢是由氣隙中的合成磁場感應(yīng)產(chǎn)生的。因此，定子繞組電勢不僅決定于轉(zhuǎn)子磁場的強弱，而且還受電樞磁場的影響。由此可知，當同步發(fā)電機接負載運行時，由于電樞磁場的出現(xiàn)，氣隙中的磁場由空載時的主磁場（磁極磁場）變?yōu)楹铣纱艌觯瑹o論大小和位置都發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)。如果發(fā)電機所接的負載性質(zhì)不同，那么定子繞組中的電流和電勢的相位也不同，所以同步發(fā)電機電樞反應(yīng)的程度不僅和定子電流大小有關(guān)，而且與負載性質(zhì)有關(guān)。

 

一、同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)

 

下面以負載的不同情況，進一步來分析同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)。

1、純電阻性負載時

      為便分析說同題，設(shè)定每相繞組只由一匝組成，一相繞組對稱布置，勵磁繞組磁勢F1在空間按正弦分布。在發(fā)動機的帶動下，以同步轉(zhuǎn)速按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

      旋轉(zhuǎn)的主磁場將在定子三相繞組中產(chǎn)生三相對稱的感應(yīng)電勢EO，中轉(zhuǎn)子所畫位置瞬間，A相繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢最大，電勢方向用右手定則確定。其三相感應(yīng)電勢的向量圖。由于接的是純電阻性負載，電流和電勢同相位，即u=0，因此，三相定子繞組各導(dǎo)體中的電流方向與電勢方向一致，此時A相電流也達到最大值,同時表示電勢和電流的方向。根據(jù)繞組中電流方向可以判斷電樞旋轉(zhuǎn)磁場磁勢軸線的方向與轉(zhuǎn)子磁極軸線相垂直。又由于電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場都以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，因此，它們之間的相對位在任一瞬間都維持不變。電樞磁勢FS在空間總是滯后于勵磁磁勢，兩者相疊加，得合成磁勢聲FR。

      由此可知，當發(fā)電機接純電阻性負載時，F(xiàn)S的軸線與Ff的軸線互相垂直，故稱為橫軸（或交軸）電樞磁勢。由它產(chǎn)生的電樞反應(yīng)叫做橫軸電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的結(jié)果，不但使氣隙中的合成磁勢FR的軸線方向逆轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一個角度θ，而且因轉(zhuǎn)子磁極的前一半（即前極端）被電樞磁極削弱，轉(zhuǎn)子磁極的后一半（即后極端）被電樞磁加強。主磁極半邊增強半邊減弱，在發(fā)電機鐵心未飽和時，增加的磁通等于減少的磁通，使總的合成磁通保持不變。但是，通常同步發(fā)電機在正常運行時，其磁路總是呈飽和狀態(tài)的，因而就使得磁路增加的磁通稍小于減少的磁通，使總的合成磁通稍有減少，然而，更主要的是使主磁場發(fā)生琦變（即歪扭），使同步發(fā)電機造成一定的影響。

2、純電感性負載時

      當發(fā)電機接于電感性負載時，若不考慮電樞繞組的電阻，那么，在這種負載下的電樞電流，必然在相位上將滯后電勢90°，即U=90°。在這種情況下，如果轉(zhuǎn)子磁極的位置仍的瞬時位置一樣，即仍然是A相繞組中的感應(yīng)電勢最大，其電勢方向線圈內(nèi)層符號所示。但由于電流IS的相位比電勢EO滯后90°，所以電流IS的最大值要向后（順時針方向）移動90°，此時繞組中電流的實際方向用中線圈外層符號表示，A相繞組中的電流為零，IS所產(chǎn)生的電樞磁勢聲FS的方向，用右手螺旋定則來判斷。可見FS的方向也是在主磁極的軸線上，但與FS的方向相反，并對主磁極產(chǎn)生去磁作用。顯然合成磁勢FR與勵磁磁勢方向相同，但數(shù)值上減小了。這是同步發(fā)電機接入電感性負載時，端電壓下降的主要原因。這時的電樞反應(yīng)叫做縱軸（或直軸）去磁電樞反應(yīng)。

3、純電容性負載時

      在純電容性負載的情況下，如果不考慮電樞繞組電阻的作用，那么IS在相位上就比E。超前90°，即U=90°。和前面討論情況一樣，當A相繞組正好在轉(zhuǎn)子主磁極軸線上時，A相繞組中感應(yīng)電勢最大。但由于電流Is超前于電勢EO90°，所以三相電樞電流產(chǎn)生的電樞磁勢FS的軸線在空間前移90°。于是，電樞磁勢FS也與主磁極軸線相重合，并且FS與聲Ff方向相同。對主磁極磁場產(chǎn)生助磁作用，這就是同步發(fā)電機接電容性負載時，端電壓上升的主要原因。這時的電樞反應(yīng)叫做縱軸助磁電樞反應(yīng)。

圖1 發(fā)電機的電樞磁場展開圖

圖2 同步發(fā)電機對稱負載的電樞反應(yīng)示意圖

 

 

 

二、電樞反應(yīng)效應(yīng)

 

典型的電樞反應(yīng)效應(yīng)主要有如下三種，即：

① 交軸電樞反應(yīng)，在E0與Ia同相位時產(chǎn)生（若忽略電樞繞組電抗的影響，發(fā)電機相當于帶純阻性負載）；

② 直軸去磁電樞反應(yīng)，在Ia滯后于E 0 90°時產(chǎn)生（此時發(fā)電機帶純感性負載）；

③ 直軸增磁電樞反應(yīng)，在Ia超前于E 0 90°時產(chǎn)生（此時發(fā)電機帶純?nèi)菪载撦d）。

 

三、同步電抗的物理意義

 

      同步電抗是同步電機的定子漏抗與電樞反應(yīng)電抗之和，它是電路中的一種阻抗，用來描述電路對交流電的阻礙程度。在同步發(fā)電機中，各電抗的物理意義是不同的，它們分別對應(yīng)著不同的電路元件。

（1）定子電抗

它是指定子線圈中的電感和電容的總和。定子電抗的作用是阻礙電流的流動，從而使發(fā)電機能夠穩(wěn)定地工作。定子電抗的大小取決于定子線圈的結(jié)構(gòu)和材料，一般來說，定子電抗越大，發(fā)電機的穩(wěn)定性就越好。

（2）轉(zhuǎn)子電抗

它是指轉(zhuǎn)子線圈中的電感和電容的總和。轉(zhuǎn)子電抗的作用是產(chǎn)生磁場，從而使發(fā)電機能夠產(chǎn)生電能。轉(zhuǎn)子電抗的大小取決于轉(zhuǎn)子線圈的結(jié)構(gòu)和材料，一般來說，轉(zhuǎn)子電抗越大，發(fā)電機的輸出功率就越大。

（3）勵磁電抗

它是指勵磁線圈中的電感和電容的總和。勵磁電抗的作用是控制發(fā)電機的輸出電壓，從而使發(fā)電機能夠適應(yīng)不同的負載。勵磁電抗的大小取決于勵磁線圈的結(jié)構(gòu)和材料，一般來說，勵磁電抗越大，發(fā)電機的輸出電壓就越穩(wěn)定。

      同步發(fā)電機各電抗的物理意義是非常重要的，它們決定了發(fā)電機的電氣特性和性能。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和條件來選擇合適的電抗，以保證發(fā)電機的穩(wěn)定性和可靠性。

 

四、電樞反應(yīng)電抗和同步電抗區(qū)別

 

      電樞反應(yīng)電抗就是在同步發(fā)電機加上負載后，形成了回路，定子繞組，也就是電樞繞組中形成了電流，這個電流也會產(chǎn)生磁動勢，叫電樞磁動勢，這個電樞磁動勢會影響勵磁磁動勢，這個叫電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的結(jié)果根據(jù)負載類型的不同，分為三類。而電樞反應(yīng)電抗就是來反應(yīng)這個電樞反應(yīng)磁動勢對勵磁磁動勢的影響程度了。電樞反應(yīng)電抗是電樞反應(yīng)的外在特征，外在特性。對待同步電抗包含了電樞反應(yīng)電抗，另外還有定子漏抗。這就是同步電抗和電樞反應(yīng)電抗之間的關(guān)系，一個從屬關(guān)系。

 1、定子漏電抗的確定

 

圖3 發(fā)電機定子漏電抗

 

 

2、保梯電抗的測定

      實踐表明由試驗測得的零功率因數(shù)負載特性（如圖3中虛線所示）與空載特性之間的特性三角形是變化的。其原因如下：

      首先考慮空載If=OD時的情況。此勵磁電流全部作為有效勵磁電流來產(chǎn)生氣隙磁通，并在定子繞組中感應(yīng)出氣隙電動勢Eδ=E=DB′外還產(chǎn)生少量的主極漏磁通。當電機在純電感負載下運行且If=OK，Ifa=kadFa/Nf=DK時，雖然產(chǎn)生氣隙合成磁通所對應(yīng)的等效勵磁電流Ifδ=OD，與空載時相同，但零功率因數(shù)負載時產(chǎn)生主極漏磁的勵磁電流值卻是比OD大得多的OK，因而主極漏磁將顯著增大，從而使轉(zhuǎn)子磁極和磁軛兩段磁路更加飽和，整個主磁路的磁阻變大。這時盡管氣隙合成磁動勢不變，但氣隙電動勢受到磁路飽和度增加的影響，其數(shù)值將有所減少，即Eδ＜DB′，在扣除漏抗壓降以后實際電壓值為KP＜KA′，即U＜UN。故同樣勵磁電流下實際的零功率因數(shù)負載特性的電壓值要低于前述的理想化曲線的電壓值。

      上述分析表明，當考慮轉(zhuǎn)子漏磁影響后，在空載特性和零功率因數(shù)負載特性之間的特性三角形是逐漸變的。在三相穩(wěn)態(tài)短路時，對應(yīng)于短路點，縱邊為INXσ，橫邊為Ifa，這時的特性三角形稱為短路三角形，而對應(yīng)于額定點上所得的特性三角形稱為保梯（Potier）三角形，相應(yīng)的漏抗稱為保梯電抗Xp，保梯電抗大于漏電抗。對隱極機極間漏磁很小，Xp＝（1.05～1.10）Xσ，而在凸極機中，Xp＝（1.1～1.3）Xσ。

 

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