船舶同步发电机电压及无功功率自动调整
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船舶电气设备与系统
2020/4/25
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自励同步发电机的励磁电流，是由同步发电机本身的定子交流电， 通过静止的整流元件供给．自励同步发电机自励回路的单相原理 图，如图14-3所示。自励同步发电机的自励起压特性曲线，如图 14-4所示。
其中曲线1为同步发电机的空载特性曲线 U 0 f (Il )
引起电网电压波动的主要原因是负载变动。负载电流幅值变化或 负载性质变化都将引起发电机的电枢反应发生变化，从而引起发 电机端电压的变化。船舶负载多是感性的，且变化无规律。
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E&0
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当忽略发电机电枢电阻，用同步电抗来表征发电机电枢反应的程度 时，电压平衡方程式为：
曲线2为自励回路的理想励磁特性曲线
Il f (U )
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二、不可控相复励恒压的基本原理
同步发电机建立正常空载电压 U 0N 后，在船舶主开关合闸带负载
时，由于电枢反应的去磁作用和内部阻抗压降，其端电压 U 必然
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第一节 概述
维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一。然而，电 网电压是会经常变化的，船舶电网电压波动比陆上大电网电压波 动更为严重，其电压是否稳定取决于发电机的自动励磁调整装置 （自动电压调节器）性能。
励磁控制系统是发电机的重要组成部分，它的主要任务是根据发 电机的各种运行状态，向发电机的励磁系统提供一个可调的直流 电流，以稳定发电机的输出电压。性能优良、可靠性高的励磁系 统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的。
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船舶同步发电机电压及无功功率自动调整
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节
本章的主要讲解内容 概述 不可控相复励自励恒压励磁系统 电流叠加相复励自励恒压装置 电磁叠加的相复励自励恒压装置 带电压曲折绕组的相复励系统 晶闸管自励恒压励磁系统 可控相复励自励恒压励磁系统 无刷发电机励磁系统 船舶同步发电机组间无功功率自动分配
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3.按 I 和 cos 及 U f 调节
这类复合调节是将上述两种调压方式结合在一起，它是在按负载调节 的基础上采用自动电压调节器（AVR）。静态和动态特性都比较好， 是一种较理想的励磁调节装置。可控相复励自励恒压装置属于这种类 型。 目前主要采用的类型有：不可控相复励自励恒压励磁装置、可控相复 励自励恒压励磁装置、晶闸管自励恒压励磁装置、无刷同步发电机励磁 系统。
的允许范围之内，而且恢复的时间越快越好。这个动态指标，用
瞬态电压调整率 US 和电压恢复时间 tW 来衡量。
U S
U min (U max) U N UN
100 %
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2.强行励磁 由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装 置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅 速。解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁。也就是要求励磁 系统应能保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的 最大值。
U& E&0 jI&X S
可见，当 E&0 不变，而 I&变化，即电流幅值变化或 U 与 I 的夹角
变化时，都将引起电压 U 的幅值变化。
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一、对船用自动励磁装置的要求
基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基本要求是：简 单可靠；灵敏度高而稳定；保证电压为给定水平；具有一定的强行励 磁能力；合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素。在 一般稳定调整的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如图14-1 所示。
3.电磁兼容性 这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装 置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方 面。
4.自励起压性能 这是对自励类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起 动后能迅速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为 普遍。
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1.静态和动态特性的要求
当负载在一定范围内变化时，在不同的负载下，调压器应保证稳定
状态时的电压在允许的范围内。这个静态指标，用静态电压调整率
ΔUW 来衡量。
U W
UW UN UN
100 %
当较大负载突变时，瞬时电压变化很大，此瞬时电压也要在规定
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2.按负载电流 I 和功率因数 cos 调节
发电机电压的波动, 是由于负荷的变化和故障所引
起。如果被测量是发电机的负载电流 I 及功率因
数 cos 。再经调压器去调节励磁电流来稳定发电
机电压。这时被测量和被调量不同，故构成一个开 环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好。 不可控相复励自 励恒压装置属于这种类型。
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二、自励恒压装置的分类及调压原理 1.按发电机电压偏差 U 调节 发电机在运行中, 由于某种原因使得发电机输出 电压与给定的电压出现偏差 U 时, 调节器将 根据偏差电压的大小和极性输出校正信号, 对发 电机励磁电流进行调节。由于被检测量和被调量 都是发电机端电压，恒压装置与发电机构成一个 闭环调节系统，稳态特性比较好，静态电压调整 率一般均在土1％以内。晶闸管自励恒压装置属于 这种类型。
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第二节 不可控相复励自励恒压励磁系统
一、自励同步发电机自励起压基本原理
同步发电机按其励磁方式可分为他励和自励的两大类。
他励同步发电机的励磁电流是由同步发电机本身之外 的单独电源供电，通常是由一小容量的同轴励磁机供 电。目前在船舶中普遍使用的是带交流励磁机，经过 旋转整流桥的他励发电机励磁系统，称为无刷同步发 电机励磁系统，如图14-2所示。
同步发电机无功功率的调节方法
同步发电机无功功率的调节方法无功功率是指交流电路中由于电压和电流之间的相位差而产生的功率，它不直接参与功率传输，但对于电网的稳定运行至关重要。
同步发电机作为电力系统的稳定供应装置，其无功功率的调节对于维持电网的电压稳定以及稳定供电至关重要。
一、励磁调节励磁调节通过调节同步发电机的励磁电流来调节无功功率。
励磁调节是一种简单而有效的调节方法，其基本原理是增加或减小励磁电流，从而调整同步发电机的无功功率输出。
励磁调节可以通过手动方式进行，也可以采用自动控制系统进行。
手动调节需要操作员根据系统需求和运行状况来调节励磁电流，以实现无功功率的调节。
而自动控制系统则是通过测量电网的电压和频率等参数，并根据设定的无功功率输出需求来自动调节励磁电流。
励磁调节的关键是根据系统需求和运行状况来确定励磁电流的大小。
在发电机负荷增加时，应适当增加励磁电流，以提供足够的无功功率支持电网的电压稳定性；而在发电机负荷减少时，则应适当降低励磁电流，避免过量的无功功率对电网造成负担。
二、自动电压调节(AVR)自动电压调节是一种使用自动调压器来调节发电机的励磁电压，从而调节无功功率的方法。
自动调压器通过测量发电机的端电压并与设定值进行比较，来自动调节励磁电压，以实现无功功率的调节。
自动电压调节主要通过控制自动调压器的输出电压来调节发电机的励磁电流。
当电压低于设定值时，自动调压器会增加励磁电压，从而增加无功功率输出；而当电压高于设定值时，自动调压器会减小励磁电压，以减小无功功率输出。
自动电压调节可以根据电网的需求和发电机的运行状况来自动调节励磁电流，从而实现无功功率的调节。
同时，自动电压调节还可以结合其他控制系统，如电压和无功功率控制系统，以实现更精确的调节。
总结起来，同步发电机无功功率的调节方法主要包括励磁调节和自动电压调节。
励磁调节通过调节励磁电流来调节无功功率输出，可以手动或自动进行；而自动电压调节则通过自动调压器来调节励磁电压，实现无功功率的自动调节。
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基于参数灵活配置的虚拟同步发电机在船舶自主电力系统中的应用
基于参数灵活配置的虚拟同步发电机在船舶自主电力系统中的应用庞宇;刘宏达;戴成【摘要】随着全球能源危机和环境污染的不断加剧,绿色环保是船舶未来的发展方向,各国研究者都在积极探索新能源在船舶平台上的应用技术,以实现船舶节能减排的目标.文章针对具有船舶特质的电力系统因新能源融入造成的脆性源增加和系统惯量减少所导致系统容易失稳抗干扰能力差、多种分布式电源之间功率的协调分配等问题进行研究,提出在船舶多模式电站中可采用一种基于虚拟同步发电机原理的并网逆变器控制策略,因其具有类似同步发电机输出阻抗大、转动惯量大和功率按下垂特性分配的特点,适用于船舶电力系统这类自主电力系统;还设计了虚拟惯量和阻尼系数的自适应调节策略,充分利用VSG虚拟惯量和阻尼系数灵活可调的优势,在不同工况下有效解决新能源设备和负荷突变引起的频率和功率的波动;通过仿真验证该控制策略在船舶新能源技术中的可行性.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2017(028)003【总页数】11页(P61-71)【关键词】绿色船舶;船舶新能源;虚拟同步发电机;自适应调节;船舶自主电力系统【作者】庞宇;刘宏达;戴成【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨 150001;中国船舶及海洋工程设计研究院上海 200011;哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】U665.1发展低碳技术、提高能源利用效率、开发并利用可再生能源（RE）现已成为人们的关注点。
海运因其运输成本和运力的综合优势，一直是世界贸易运输最重要的方式。
船用燃料以重油为主，其燃烧生成物包括：CO2、NOX、SOX和碳粒［1-2］。
载重量为20 000 t、航速为15 kn的船，每天的燃油消耗就高达65 t，对应的CO2排放量会高达202 t。
换言之，船舶在完成世界贸易运输的同时，也成为移动的污染源，港口、海峡和一些航线密集船舶流量大的海区更是如此［3-4］。
船电 期末考试范围
第1章电与磁1、磁感应强度：磁通：磁场强度：磁动势：磁导率：2、铁磁材料的性质：高导磁性、磁饱和性、磁滞性。
铁磁材料的类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。
磁路的欧姆定律：电磁力：感应电动势: 3、电磁感应现象有两种表现形式：当运动的导体切割磁力线时，在导体内产生感应电动势；当穿过线圈的磁通发生变化时，在线圈内产生感应电动势。
4、铁心线圈交流电路中的电压和电流之间的关系：主磁电动势e的有效值：5、铁损包括涡流损失和磁滞损失。
电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。
6、直流电磁铁没有铁损。
交流电磁铁具有铁损，所以铁心一般都是硅钢片叠成，采用硅钢材料及叠片形式的目的都是增加涡流回路中的电阻来减小涡流损耗。
所以在直流电中，线圈匝数较多，直径小；在交流电中线圈的匝数较少，线径大。
7、交流接触器铁心卡住后，为了平衡恒定的磁通或吸力，电流就增大，时间稍长，线圈则烧毁。
第2章变压器1、额定视在功率：2、磁势平衡关系: 变比：电压平衡方程：变压器的折算：3、空载损耗包括消耗在原边线组电阻r上的铜损和消耗在励磁电阻r上的铁损两部分。
铜损、铁损相等时，变压器的效率最大。
4、变压器的电压变化率：变压器的电压变化率一般在4%——6%之间。
变压器的短路电压：5、变流原理：在变压器原副边绕组匝数比一定时，原边电流与副边电流成正比。
即6、阻抗变换原理：当副边接上负载Z时，经过变压器，这个阻抗反映到原边，即从输入端看进去，其值为当负载电阻与信号源电阻相等时，该信号源的输出功率为最大。
因此对于一个低阻值的负载，可通过变压器进行阻抗变化后，使之与信号源的内阻相等或接近，从而获得最大输出功率。
7、三相电压变换的方法主要有三相组合变压器变压和三相变压器变压。
8、同名端的判别：变流测定法，若U>U时，说明2和4为异名端；若U<U时，说明2和4为同名端。
直流测定法，若开关闭合瞬间，指针正偏，则1和3为同名端；指针反偏，则1和3为异名端。
船舶电力系统频率及有功功率自动调整
Ii = 0
( U+ Upi) / R = 0 整理ppt
U= -Upi /n
各均功电阻R上的电压为 URi= Ii R =U+Upi=U+Kp Pi (Upi= Kp Pi )
/ = Kp Pi -Upi n
/ = Kp Pi - Kp Pi n
= Kp(Pi -Pi /n)
下平移，系统频率减小，直到f = fe， usri = 0，调整
完毕。
整理ppt
功率分配的调整
假设条件：均功分配过程中频率保持为额定值。 这样，频率变换器输出为零，“2、3”点等电位，功 率变换器可视为一个电压源，并忽略其内阻，见等 效电路。 各调节器的输入信号就是各自的均功电阻上的电压 信号。 设有n台并联运行，“3”到“1”端的电压为U 各均功电阻R上的电压、电流分别为Uri、Ii U=I1 R - UP1 = I2 R - UP2 = In R - Upn = Ii R - UPi
当 dn* / dt =0 频率恒定，说明功率平衡；
若负载增加，油门尚未变化，Pg*不变，功率平衡被破坏，
dn* / dt 0，频率下降
可见，负载变化时，整理要pp保t 持频率恒定，应相应地调整原动机的 油门，保持功率平衡。这部分工作由调速器完成。
2 （离心式）调速器基本原理及特性
A 结构：主要由飞铁3、套筒5、弹簧6、杠杆7、拉杆8组成
整理ppt
（3）要有一定的死区，防止工作太频繁 (具体电路)
整理ppt
2 自动调频调载的方法
1） 虚有差调整法 方框图：（三点式网络） 基本原理分析： 频率调整： 假设条件：各台发电机有功功率已均分
这样，“4”点为等电位，见等效电路。 若f > fe
浅谈DP2海工船舶电站管理系统
3.2 发电机组保护功能
PMS 能够保证船舶电站供电的可靠性，同时也能对发电机 组起到保护作用。当辅助柴油发电机组在供电过程中，因故发 生次要报警（如滑油压力偏低、冷却水温度偏高等），PMS 将发 送启动信号到备用机组，备用机组启动并同步并车，并车完成 以后再转移负载，等故障机组负载转移完成后，发出解列指令， 再将该机组 ACB 分闸并停车。当辅助柴油发电机组的故障到 达保护装置的动作极限（如超速、冷却水高温、滑油压力低压） 时，PMS 将发出启动备用机组的信号，待备用机组启动成功立 即切除故障机组，以短时断电交换机组的方式进行处理。待故 障机组停机后，在故障信号未复位之前进行抑制启动。
本船 PMS 具有半自动模式和自动模式两种。发电机在半 自动模式下，操作人员可以在发电机对应的 PMS 控制进行操作 实现发电机的手动启动、自动停止以及主开关、联络开关的合 闸分闸操作。当设置为自动模式时，PMS 会根据电网实际用电 情况以及相应的工况，灵活地进行选择发电机的工作数量以及 发电机种类，提供最优最安全的运行。
（下转第219页）
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计算机工程应用技术
本栏目责任编辑：梁 书
第 17 卷第 16 期 (2021 年 6 月)
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
船电设备——第十五章电力系统频率及有功功率自动调整
结论： 结论：
负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证 系统的频率变化在一定的允许范围内， 系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配 置（用以维持转速恒定的）调速器。 用以维持转速恒定的）
f
f0
1 1' 2' 2
P 1 2
0
P 1
P
转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时， 转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时，
必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 1号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 2号机组增油门，曲线上移（负荷增大） 号机组增油门，曲线上移（负荷增大）
2
去磁电枢反应
E0↓
15.1. 15.1. 电力系统有功功率自动调整基础知识 1.电力系统频率波动的原因及其影响 1.电力系统频率波动的原因及其影响 pn 的关系： 电网频率f 与发电机转速n的关系： f = 60
的变化导致电网频率 即：发电机转速n的变化导致电网频率 的变化 发电机转速 的变化导致电网频率f 与油门有关） 设原动机输入功率为PT（与油门有关），发电机负荷功率为PF 时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 当PT＝PF时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加△PF，而由 于机械惯性， 于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化
输出电功率sui有功puicos同步发电机的负载运行输出无功q从而导致端电压下降为维持端电压不变则需增大励磁电流i若输出无功q不变增大励磁电流i则端电压u上升输出有功p下降为维持不变则需增大原动机输入功率柴油机油门若输出有功p不变增大油门则端电压频率上升若输出无功q励磁电流i端电压u输出有功p油门频率60pn电网频率f与发电机转速n的关系
船舶电站_船舶同步发电机电压及无功功率自动调整的设计
他
交流同步发电机励磁系统分类
电流迭加 电抗移相 (1) 电压迭加 (2)谐振式 不可控相复励 电磁迭加 (3)磁分路 曲折联接 (4) (1)可控电流互感器 可控相复励 可控硅 (2)控制励磁电流交流侧分流 静止自励 (不可控相复励 饱和电抗器 电压校正) (3)控制励磁电流直流侧分流 (1)无电流复合 可控硅励磁 (2)有电流复合 (1)基本型 三次谐波励磁 (2)基波 三次谐波混合励磁 (3)混合励磁 电压校正器
励磁电流：
• 设发电机磁路不饱和，令
K I ，则 E 1 f
jX 1 d I U I f K1 K1
• 空载时I=0，为了维持空载电压，发电机需要空载励磁电 流；负载时，为了保持端电压U不变，励磁电流必须增 加第二部份，用来补偿电枢反应的作用。
发电机恒压的 励磁电流规律
jX 1 d If U I K1 K1
励磁电流的第一部分与端电压有关，叫电压分量。 第二部分与负载电流有关，叫电流分量。
相复励原理 • 原理 – 发电机恒压的励磁电流规律 • 分类： – 一、电流相加相复励 – 二、电磁相加相复励
一、电流相加相复励装置
G TA L UR LC
国标规定--2
• 1996年版中国船级社的《钢质海船入级与建造规范》4. 1.7.2条规定
– 由调速特性符合第3篇第7章或第8章或第9章要求的原动机驱动 的交流发电机连其励磁系统，应能在负载自空载至额定负载范 围内，且其功率因数为额定值情况下，保持其稳定电压的变化 率在额定电压的 2. 5%以内。应急发电机可允许为 3.5%以内。
船舶发电机AVR的作用
船舶发电机AVR的作用[复制链接]捷发机电1141主题1177帖子1451积分管理员积分1451•发消息电梯直达楼主发表于 2015-6-15 13:11:51 |只看该作者|只看大图船舶发电机AVR有以下几方面的作用：（1）在船舶电力系统的正常工况下，维持发电机的端电压不变。
（2）为了保持发电机组并联运行的稳定，合理分配各并联发电机间的无功功率。
（3）在船舶电力系统发生短路故障时，为了提高发电机组并联运行的稳定性以及其它继电保护动统强行励磁。
浅谈船舶发电机自动调压系统樊夏军摘要：从当前的发展的形势看，调压系统已经成为交流同步发电机中最重要，最核心的组成部分的性能有着至关重要的作用。
本文主要论述同步发电机系统调压系统作用和工作原理及采用相复励变置的励磁调压系统。
同时分析了几个典型调压系统。
关键词：调差电压整定 AVR 相复励装置带AVR的相复励装置0 引言：船舶电网是一个有限量电网，一般只有一个或者两个电站组成，故电站的容量就是电网的容量。
3～4台发电机组成，所以每台发电机就是能量的源泉。
当船舶电力系统负荷发生变化而引起电网电压发电机励磁以维持电压在一定的精度内。
完成这一步骤的就是发电机的自动调压系统。
当然，发电机迅速达到额定电压。
因此，调压系统对于船舶电网有着重大作用及意义。
1 交流发电机需要电压调节器必要性交流发电机为什么需要电压调节器呢？①从外部原因来说：交流发电机需要自动电压调节器的理由有两点。
首先，当大容量的电动机启动时，会产生强大的启动电流，由于船舶电网是一个有限量电网，从并且电动机的启动电流基本上都是无功电流，当这个无功电流流过发电机时，加强了发电机交轴去磁幅度的下降。
其次，当外部电路发生短路时，为了使得短路点迅速脱离电网，保护系统需立即动作，速工作，发电机必须进行强励磁以维持一定幅值的端电压使保护系统投入工作。
显而易见靠手动调节因此必须要有自动电压调节器进行电压控制。
②从发电机内部而言：当发电机在原动机的驱动下运转后，转子绕组流过电流，产生气隙磁场，上，见图1-1。
发电机无功有功调节
以前曾经有同事和我讨论过这个问题，我查阅了大量资料，在我的笔记本上写下了一篇文章，下边就是文章中的相关内容，愿对您有用！一.问题的提出《电机学》一书中详细阐述了调节发电机有功功率和无功功率时两者之间的相互影响，最终得出一个众所周知的结论，即调节无功时，有功不变，调节有功时，无功反方向变化。
但是在实际生产过程中，绝大多数机组，在没有人为干预的情况下，调节有功时，无功功率基本不会出现《电机学》理论中所描述的那种规律发生反方向变化的，当然不排除轻微反方向变化以及无功不变的现象出现，但是大多数情况下两者是同方向变化的，即增加有功，无功也增加，减少有功，无功也减少。
这种现象引起了不少疑问，在此便详细分析一下实际生产过程中，机组的无功功率到底是如何随着有功功率变化的，为什么会出现与理论书中结论相反的情况。
二.无功变化的理论分析（一）纯电机角度的分析：第一种方法利用电枢反应的原理进行分析，如果忽略励磁调节器的话，在《电机学》的同步电机电枢反应章节中有提到，增加无功，有功不变，增加有功，无功变小。
这是因为，励磁如果是恒定不变的，那么在增加有功的时候，励磁用于交轴电枢反应的部分就多了，因为有功功率是靠电机的交轴电枢反应来实现的，那么用于直轴电枢反应的部分就少了，而无功功率正是由直轴电枢反应来实现的，这样加有功的时候无功就会降低，当然电压也就会适当降低。
等于是固定不变就那么多的励磁电流，要么用作交轴反应来实现有功，要么就用作直轴反应来实现无功，在加有功时，交轴电枢反应用的励磁多了，那么励磁分给直轴电枢反应来实现无功的部分就少了。
所以由于电枢反应，增加有功功率会产生去磁作用，最终导致发电机欠磁，无功功率降低，电压降低。
第二种方法利用发电机功角变化来进行分析，前提同样是励磁保持恒定，发电机能否送出无功以及送出无功的多少与电压差ΔU有关，这个电压差ΔU是指发电机的电动势E0和端电压UN的同相部分的电压差，注意是同相部分的电压差，具体可参照《电机学》中的同步发电机迟相运行时的相量图，相量图是以发电机端电压UN为一个参考相量，即NU为一个垂直向上的箭头，其保持固定不动。