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新闻主题	交流发电机的电枢反应与同步电抗的区别

 

摘要：同步发电机的电枢反应是指当同步发电机接通负载时，三相电枢绕组流经的电流产生的电枢旋转磁场对主磁极磁场产生的某种确定性的影响。其反应条件是同步发电机在输出功率时，电枢里有电流流过，这电流就会产生磁场，电枢电流产生的磁场将对主磁场发生作用，这就产生了电枢反应。在定子有电流的情况下，空载时是没有电枢反应的。

 

      一般具备电力知识都知道同步发电机转动，并接上三相对称负载后，定子绕组中会产生三相对称电流，及三相旋转磁场，此磁场称为电枢磁场。这样在气隙中就同时存在着两个旋转磁场，一个是由直流励磁电流产生的转子主磁场，另一个则是电枢磁场。这两个磁场以相同的转速，相同的方向旋转，两者之间没有相对运动。它们叠加在一起形成同步发电机气隙中的合成磁场这时同步发电机的感应电势是由气隙中的合成磁场感应产生的。因此，定子绕组电势不仅决定于转子磁场的强弱，而且还受电枢磁场的影响。由此可知，当同步发电机接负载运行时，由于电枢磁场的出现，气隙中的磁场由空载时的主磁场（磁极磁场）变为合成磁场，无论大小和位置都发生了变化，这种现象称为电枢反应。如果发电机所接的负载性质不同，那么定子绕组中的电流和电势的相位也不同，所以同步发电机电枢反应的程度不仅和定子电流大小有关，而且与负载性质有关。

 

一、同步发电机的电枢反应

 

下面以负载的不同情况，进一步来分析同步发电机的电枢反应。

1、纯电阻性负载时

      为便分析说同题，设定每相绕组只由一匝组成，一相绕组对称布置，励磁绕组磁势F1在空间按正弦分布。在发动机的带动下，以同步转速按逆时针方向旋转。

      旋转的主磁场将在定子三相绕组中产生三相对称的感应电势EO，中转子所画位置瞬间，A相绕组内的感应电势最大，电势方向用右手定则确定。其三相感应电势的向量图。由于接的是纯电阻性负载，电流和电势同相位，即u=0，因此，三相定子绕组各导体中的电流方向与电势方向一致，此时A相电流也达到最大值,同时表示电势和电流的方向。根据绕组中电流方向可以判断电枢旋转磁场磁势轴线的方向与转子磁极轴线相垂直。又由于电枢磁场与转子磁场都以同步转速n1旋转，因此，它们之间的相对位在任一瞬间都维持不变。电枢磁势FS在空间总是滞后于励磁磁势，两者相叠加，得合成磁势声FR。

      由此可知，当发电机接纯电阻性负载时，FS的轴线与Ff的轴线互相垂直，故称为横轴（或交轴）电枢磁势。由它产生的电枢反应叫做横轴电枢反应。电枢反应的结果，不但使气隙中的合成磁势FR的轴线方向逆转子旋转方向偏转一个角度θ，而且因转子磁极的前一半（即前极端）被电枢磁极削弱，转子磁极的后一半（即后极端）被电枢磁加强。主磁极半边增强半边减弱，在发电机铁心未饱和时，增加的磁通等于减少的磁通，使总的合成磁通保持不变。但是，通常同步发电机在正常运行时，其磁路总是呈饱和状态的，因而就使得磁路增加的磁通稍小于减少的磁通，使总的合成磁通稍有减少，然而，更主要的是使主磁场发生琦变（即歪扭），使同步发电机造成一定的影响。

2、纯电感性负载时

      当发电机接于电感性负载时，若不考虑电枢绕组的电阻，那么，在这种负载下的电枢电流，必然在相位上将滞后电势90°，即U=90°。在这种情况下，如果转子磁极的位置仍的瞬时位置一样，即仍然是A相绕组中的感应电势最大，其电势方向线圈内层符号所示。但由于电流IS的相位比电势EO滞后90°，所以电流IS的最大值要向后（顺时针方向）移动90°，此时绕组中电流的实际方向用中线圈外层符号表示，A相绕组中的电流为零，IS所产生的电枢磁势声FS的方向，用右手螺旋定则来判断。可见FS的方向也是在主磁极的轴线上，但与FS的方向相反，并对主磁极产生去磁作用。显然合成磁势FR与励磁磁势方向相同，但数值上减小了。这是同步发电机接入电感性负载时，端电压下降的主要原因。这时的电枢反应叫做纵轴（或直轴）去磁电枢反应。

3、纯电容性负载时

      在纯电容性负载的情况下，如果不考虑电枢绕组电阻的作用，那么IS在相位上就比E。超前90°，即U=90°。和前面讨论情况一样，当A相绕组正好在转子主磁极轴线上时，A相绕组中感应电势最大。但由于电流Is超前于电势EO90°，所以三相电枢电流产生的电枢磁势FS的轴线在空间前移90°。于是，电枢磁势FS也与主磁极轴线相重合，并且FS与声Ff方向相同。对主磁极磁场产生助磁作用，这就是同步发电机接电容性负载时，端电压上升的主要原因。这时的电枢反应叫做纵轴助磁电枢反应。

图1 发电机的电枢磁场展开图

图2 同步发电机对称负载的电枢反应示意图

 

 

 

二、电枢反应效应

 

典型的电枢反应效应主要有如下三种，即：

① 交轴电枢反应，在E0与Ia同相位时产生（若忽略电枢绕组电抗的影响，发电机相当于带纯阻性负载）；

② 直轴去磁电枢反应，在Ia滞后于E 0 90°时产生（此时发电机带纯感性负载）；

③ 直轴增磁电枢反应，在Ia超前于E 0 90°时产生（此时发电机带纯容性负载）。

 

三、同步电抗的物理意义

 

      同步电抗是同步电机的定子漏抗与电枢反应电抗之和，它是电路中的一种阻抗，用来描述电路对交流电的阻碍程度。在同步发电机中，各电抗的物理意义是不同的，它们分别对应着不同的电路元件。

（1）定子电抗

它是指定子线圈中的电感和电容的总和。定子电抗的作用是阻碍电流的流动，从而使发电机能够稳定地工作。定子电抗的大小取决于定子线圈的结构和材料，一般来说，定子电抗越大，发电机的稳定性就越好。

（2）转子电抗

它是指转子线圈中的电感和电容的总和。转子电抗的作用是产生磁场，从而使发电机能够产生电能。转子电抗的大小取决于转子线圈的结构和材料，一般来说，转子电抗越大，发电机的输出功率就越大。

（3）励磁电抗

它是指励磁线圈中的电感和电容的总和。励磁电抗的作用是控制发电机的输出电压，从而使发电机能够适应不同的负载。励磁电抗的大小取决于励磁线圈的结构和材料，一般来说，励磁电抗越大，发电机的输出电压就越稳定。

      同步发电机各电抗的物理意义是非常重要的，它们决定了发电机的电气特性和性能。在实际应用中，需要根据具体的需求和条件来选择合适的电抗，以保证发电机的稳定性和可靠性。

 

四、电枢反应电抗和同步电抗区别

 

      电枢反应电抗就是在同步发电机加上负载后，形成了回路，定子绕组，也就是电枢绕组中形成了电流，这个电流也会产生磁动势，叫电枢磁动势，这个电枢磁动势会影响励磁磁动势，这个叫电枢反应。电枢反应的结果根据负载类型的不同，分为三类。而电枢反应电抗就是来反应这个电枢反应磁动势对励磁磁动势的影响程度了。电枢反应电抗是电枢反应的外在特征，外在特性。对待同步电抗包含了电枢反应电抗，另外还有定子漏抗。这就是同步电抗和电枢反应电抗之间的关系，一个从属关系。

 1、定子漏电抗的确定

 

图3 发电机定子漏电抗

 

 

2、保梯电抗的测定

      实践表明由试验测得的零功率因数负载特性（如图3中虚线所示）与空载特性之间的特性三角形是变化的。其原因如下：

      首先考虑空载If=OD时的情况。此励磁电流全部作为有效励磁电流来产生气隙磁通，并在定子绕组中感应出气隙电动势Eδ=E=DB′外还产生少量的主极漏磁通。当电机在纯电感负载下运行且If=OK，Ifa=kadFa/Nf=DK时，虽然产生气隙合成磁通所对应的等效励磁电流Ifδ=OD，与空载时相同，但零功率因数负载时产生主极漏磁的励磁电流值却是比OD大得多的OK，因而主极漏磁将显著增大，从而使转子磁极和磁轭两段磁路更加饱和，整个主磁路的磁阻变大。这时尽管气隙合成磁动势不变，但气隙电动势受到磁路饱和度增加的影响，其数值将有所减少，即Eδ＜DB′，在扣除漏抗压降以后实际电压值为KP＜KA′，即U＜UN。故同样励磁电流下实际的零功率因数负载特性的电压值要低于前述的理想化曲线的电压值。

      上述分析表明，当考虑转子漏磁影响后，在空载特性和零功率因数负载特性之间的特性三角形是逐渐变的。在三相稳态短路时，对应于短路点，纵边为INXσ，横边为Ifa，这时的特性三角形称为短路三角形，而对应于额定点上所得的特性三角形称为保梯（Potier）三角形，相应的漏抗称为保梯电抗Xp，保梯电抗大于漏电抗。对隐极机极间漏磁很小，Xp＝（1.05～1.10）Xσ，而在凸极机中，Xp＝（1.1～1.3）Xσ。

 

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