06-发电机电枢反应
同步发电机电枢反应
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
电枢反 应性质 交轴
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对电机的影响
波形 畸变 削弱 增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变 不变 下降 下降
U 不变 下降 上升 下降 上升
.
q轴 A轴 轴 轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴 轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角 内功率因数角Ψ=-900
大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
三个角
准备工作
电枢反应
1 简介
对称负载时，电枢磁动势对主极磁场基波产生的影响，这种现象称为电枢反应。
当电枢绕组中没有电流通过时，由磁极所形成的磁场称为主磁场，近似按正弦规律分布。
当电枢绕组中有电流通过时，绕组本身产生一个磁场，称为电枢磁场。
电枢磁场对主磁场的作用将使主磁场发生畸变,产生电枢反应;
(1)纯电阻性负载时的电枢反应
电枢磁场的电动势与电流相位相同，电枢磁场使主磁场发生畸变，一半加强，一半削弱；
（2）纯电感性负载时的电枢反应
电枢磁场的电流滞后于电动势90度，电枢磁场产生的电动势与主磁场产生的电动势方向相反，因此削弱了主磁场电动势，这就是为什么三相电路中含有电感性元件时电压下降的原因；这时叫做纵轴去磁电枢反应
（3）纯电容性负载时的电枢反应
电枢磁场的电流超前于电动势90度，因电枢磁场与主磁场成90度，电枢磁场产生的电动势与主磁场产生的电动势方向相同，因此加强了主磁场电动势，这就是为什么三相电路中含有电容性元件时端电压上升的原因；这时叫做纵轴辅助磁电枢反应。
2 电枢反应对直流电机的工作影响
电枢反应对直流电机的工作影响很大，使磁极半边的磁场加强；另半边的磁场减弱，负载越大，电枢反应引起的磁场畸变越强烈，其结果将破坏电枢绕组元件的正常换向，易引起火花，使电机工作条件恶化。
同时电枢反应将使极靴尖处磁通密集，造成换向片间的最大电压过高，也易引起火花甚至造成电机环火。
3 削弱电枢反应影响的方法
加装附加磁极以便使畸变的磁通得以补偿。
对大型电机，在主磁极的顶部加装补偿绕组可使磁通分布畸变得以修正。
电枢反应改善措施
电枢反应改善措施电枢反应是指电动机在启动和停止时产生的电磁力矩，这种反应会对电动机的性能和稳定性产生影响。
为了解决电枢反应带来的问题，需要采取一系列的改善措施。
本文将从减小电枢反应的影响、提高电动机的性能和稳定性等方面，探讨电枢反应改善措施。
一、减小电枢反应的影响。
1. 采用适当的电磁设计，在电动机的设计过程中，可以通过合理的电磁设计来减小电枢反应的影响。
例如，可以采用适当的电磁参数，优化电磁结构，使得电枢反应对电动机的影响降到最低。
2. 采用适当的电枢绕组设计，电枢绕组的设计也会对电枢反应产生影响。
可以通过合理的电枢绕组设计，减小电枢反应的影响。
例如，可以采用合适的绕组方式和绕组参数，使得电枢反应对电动机的影响降到最低。
3. 采用适当的电枢绕组材料，电枢绕组材料的选择也会对电枢反应产生影响。
可以通过选择合适的电枢绕组材料，减小电枢反应的影响。
例如，可以采用低电阻、低温升的电枢绕组材料，使得电枢反应对电动机的影响降到最低。
二、提高电动机的性能和稳定性。
1. 优化电动机的控制系统，通过优化电动机的控制系统，可以提高电动机的性能和稳定性。
例如，可以采用先进的控制算法，提高电动机的响应速度和控制精度，使得电动机在启动和停止时的电枢反应影响降到最低。
2. 采用适当的降温措施，电动机在运行过程中会产生热量，如果不能有效地散热，就会影响电动机的性能和稳定性。
可以通过采用适当的降温措施，提高电动机的散热效果，使得电动机在启动和停止时的电枢反应影响降到最低。
3. 采用适当的绝缘材料，电动机在运行过程中会产生较大的电磁场，如果不能有效地绝缘，就会影响电动机的性能和稳定性。
可以通过采用适当的绝缘材料，提高电动机的绝缘效果，使得电动机在启动和停止时的电枢反应影响降到最低。
三、结语。
通过以上改善措施，可以有效地减小电枢反应的影响，提高电动机的性能和稳定性。
在实际应用中，需要根据具体的情况来选择合适的改善措施，以达到最佳的效果。
电枢反应
S
B C
X
=0°，定子电流产生的电枢磁场对转子载流导体产生 的电磁力对发电机转子起制动作用，使发电机转速下降。
A
2.电感性负载
E 0
M
Z n
N
Y
-
2
0
N A相
2
t
B
S
C
X
I
B相 b
C相
E 0A
-
2
0
a c
2
t
E 0C
E 0B
Hale Waihona Puke AF1Z 结论： n
Fa
N
Y
S
B C
X 电感性负载时，三相绕组合成基波磁动势相量 位于转子的直轴，因此称为直轴去磁电枢反应。 电枢磁场对转子载流导体产生的电磁力不形成 电磁转矩，但会使气隙磁场减弱，导致发电机 端电压降低。
在转子上装有由直流励磁的磁极，用原动机把 转子带到同步转速 → 转子绕组加励磁电流 (直流) → 产生旋转磁场 → 定子绕组切割磁 力线产生三相对称感应电势 → 发电机出线端 三相对称电压。
3、电枢反应
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流 会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。
二、不同性质负载情况下的电枢反应性质
C
4.阻感性负载
E 0A E 0A E 0A
=
E 0C
E 0B
阻感性负载
+
E 0C
电感性负载
E 0B
E 0C
电阻性负载
E 0B
结论： 阻感性负载时， 0°< <90° ，电枢磁场对 转子载流导体产生的电磁力既对发电机转子起 制动作用，使发电机转速下降，又使气隙磁场 减弱，导致发电机端电压降低。
简述电枢反应的概念
简述电枢反应的概念电枢反应是指在直流电机中，由于电流通过电枢产生的磁场与磁极场相互作用而引起的电枢磁通的变化。
当电机电流流过电枢时，电流会在电枢绕组中产生磁场，这个磁场与电机的磁极场相互作用，导致了电机中的磁场分布发生变化。
电枢反应的主要影响是导致电枢磁通增加或减小，这将影响电机的电磁转矩和电机的性能。
具体而言，电枢反应会引起以下几个方面的影响：1. 磁场形状变化：电枢磁场与磁极场相互作用后，电机的磁场分布会发生变化，磁场的形状会被扭曲、变形。
2. 磁场强度变化：电枢反应会使电机中的磁场强度有所变化，磁通的大小可能会增加或减小，进而影响电机的运行特性。
3. 磁场偏移：电枢反应会导致电机中磁场的偏移。
在没有电枢反应的情况下，电机中的磁场是均匀分布的，而电枢反应会导致磁场集中在电枢所在的区域。
4. 磁场倾斜：电枢反应还会引起电机磁场的倾斜。
在没有电枢反应的情况下，电机磁场是沿着磁极轴线均匀分布的，而电枢反应会导致磁场在轴向上发生倾斜。
5. 磁通获取和损失：电枢反应会使电机的磁通发生变化，从而导致电机的磁通获取和损失的变化。
磁通的变化会影响电机的电磁转矩和输出功率。
电枢反应的产生是由于电枢磁场与磁极场相互作用的结果，主要受到以下几个因素的影响：1. 电枢电流：电枢反应的大小与电枢电流的大小成正比。
电枢电流越大，电枢反应越强。
2. 磁极磁场：磁极的磁场强度越大，电枢反应越强。
因此，采用较强的磁极可以减小电枢反应的影响。
3. 磁极位置：磁极相对于电枢的位置会影响电枢反应的大小。
当磁极靠近电枢时，电枢反应越强。
为了减小电枢反应的影响，常常采取以下一些措施：1. 采用补偿绕组：在电机的极间或极端设置补偿绕组，通过电流的反向作用使电机磁场的分布更均匀。
2. 采用磁极削弱技术：通过在磁极上钻孔或切割磁极来减小磁场的强度，以降低磁极与电枢的相互作用，减小电枢反应的影响。
3. 选择适当的电枢绕组形式：不同绕组形式的电枢对电枢反应的敏感程度也不同。
发电机电枢反应
ZB
直轴去磁电枢反应
5
• 内功率因数角Ψ=-900
时轴
.
E0A
q轴 A轴
Y
C
.
.
IA ψ
I B d轴 Ff
Fa
A
N
.
.
.
E0B
E 0C
IC
Z
直轴助磁电枢反应
SX
B
6
• 内功率因数角00<Ψ<900
q轴 A轴
时轴
.
E0A
Y
C
.
IC
.
ψ IA
d轴 Ff
Ψ+900
Fa
AN
SX
.
.
.
E0B
E0C I B
电枢反应的概念
•
I Fa
I f
Ff
F F f Fa
• 电枢反应: 电枢磁通势的基波
在气隙中使气隙磁通的大小及位
置均发生变化, 这种影响称为电
枢反应.
1
励磁磁势和电枢磁势的区别
基波 大小
波形
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定
电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
2
准备工作
• 三个角
•
•
内功率因数角 : 是 E0 与I 的时间相位角, 与电机参数及负载有关;
•
•
外功率因数角 : 是U 与I 的时间相位角,与负载有关;
•
•
功率角(功角) : 是 E0 与U 的时间相位角.三者关系:
• 四个轴
直轴（纵轴、d 轴）：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴）：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。
直流电机电枢反应定义
直流电机电枢反应定义
直流电机电枢反应是指在直流电机工作时，由于电流通过电枢线圈产生的磁场与外加磁场（由永磁体或电磁体产生）相互作用而产生的现象。
这种相互作用会导致电枢线圈磁通的改变，影响电机的工作性能。
电枢反应主要表现为磁势移位和磁势变形。
具体来说，当直流电机的电流通过电枢线圈时，电枢线圈产生的磁场会与永磁体或电磁体产生的磁场相互作用。
如果电枢线圈产生的磁场方向与外加磁场方向相同，则两者会叠加，使得部分磁通偏离了永磁体或电磁体的磁场方向。
这种磁势移位会导致转子绕组的磁通随电机的负载变化而偏离永磁体或电磁体的磁场方向。
另外，电枢线圈产生的磁场也会影响永磁体或电磁体产生的磁场分布。
在电枢线圈周围，磁场的分布会发生变化，使得原本均匀的磁场出现了磁势变形的现象。
这种磁势变形会导致电机的磁链变化，并对电机的性能产生一定的影响。
因此，直流电机的电枢反应需要在设计和运行电机时进行考虑，以减小对电机性能的不利影响。
一般采取的措施包括：采用磁极补偿、调整电枢绕组结构、增加正极励磁等方法，来抵消或减小电枢反应产生的不利影响。
电枢反应(精讲)
§――电枢反应直流电机负载后，电枢绕组有电流通过，简称电枢磁场，而电枢磁场对主磁场的影响就称为电枢反应。
具体分析如下：当电机带上负载后，电枢绕组中有电流通过，电枢电流将产生电枢磁动势，此时电机的气隙磁场由主磁场和电枢两个磁场共同决定。
电枢磁动势的出现，使气隙磁场发生畸变，即电枢反应。
在直流电机中，不管电枢绕组是哪种型式，各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢外表上电流分布的分界线。
电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。
一、交轴电枢磁势Faq电枢磁场如左图，假设电枢上半周的电流为流出，下半周为流入，根据右手螺旋定则，该电枢磁动势建立的磁场如虚线所示。
从图可见，电枢磁动势的轴线总是与电刷轴线重合。
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴，与主极轴线重合的轴线称为直轴；所以当电刷位于几何中性线上时，电枢磁动势时交轴电枢磁动势。
左图是直流电机电流分布和电枢磁场情况示意图，为便于分析让其展开成右图。
设直轴线上与电枢外圆的交点为0点，在距0点的 x 处作一闭合磁力线回路。
据安培回路定律研究该闭路，该闭路可包围的总电流数即为总磁势Fa：因为设 A 是沿电枢外表周长方向单位长度上的安培导体数：ZaiaA=-------〔安培导体数/cm)∏Da式中：Za――电枢绕组的总导体数；D――电枢外径；ia――电枢电流。
则闭路总磁势为Fa＝2xA ，略去铁内磁阻则每个气隙所消耗的磁势为Faq＝A×x。
交轴电枢磁势Faq〔x〕的分布为呈三角波〔略去齿槽影响时〕，则电枢磁密的分布波形是――"马鞍形"波。
如上右图ba〔x〕。
二、直轴电枢磁势Fad如以下图此图当电刷不在几何中线时，设移过一个小角度β，除了交轴电枢磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。
电枢磁势分解成两个分量Faq和Fad即Fa＝Fad＋Fad三、直轴电枢反应假设电机为发电机时，电刷顺转向移动β角。
直轴电枢反应仅存在于电刷不与几何中线处导体接触时，此时也存在交轴电枢反应〔以后分析〕，现在单独分析直轴电枢磁势的影响。
浅议发电机电枢反应对能量转换和电压的影响及对策
浅议发电机电枢反应对能量转换和电压的影响及对策摘要：发电机是发电厂的核心设备，其运行特性会随负载状态发生变化，电枢反应是同步发电机负载运行时的重要物理现象。
发电机电枢反应的特性不仅与定子电流大小有关，还与负载的性质有关。
电枢反应的结果不仅直接影响电枢绕组感应电动势的大小、波形以及与电动势有关的其他各物理量，还直接影响电机的机电能量转换及运行性能。
关键词：发电机电枢反应影响对策同步发电机是实现机—电转化的重要设备，是电能产生的源头，当发电机运行时，气隙磁场由转子主磁场和电枢磁场共同作用形成。
电枢磁场的存在使气隙磁场的大小、位置或波形都发生变化，即存在电枢反应。
本文就电枢反应的产生、特征、影响及对策做一些粗浅的分析。
一、发电机电枢反应的定义发电机电枢磁动势对主磁场基波产生的影响称之为发电机的电枢反应。
空载运行时，定子绕组开路，只有以同步转速旋转的转子磁场，该磁场产生基波主磁通Ф0，在气隙中只有转子励磁电流I f产生的与转子一同旋转的励磁磁动势，定子绕组感应电动势保持恒定，只要转子励磁电流不变，定子绕组的磁场就保持不变。
当负载后运行后，定子绕组电流产生一个与转子同步旋转电枢磁动势，其基波分量为，与在空间上相对静止，方向相同，转速相同。
此时，气隙合成磁场由与共同建立，即：=+。
尽管转子励磁电流不变，但气隙磁场已完全不同于空载时的磁场，感应电动势不再是负载前的。
二、发电机电枢反应的表现形式及性质同步发电机电枢反应的性质（去磁、助磁或交磁），取决于电枢磁动势基波与励磁磁动势基波的大小及其空间相对位置。
分析电枢反应的性质时，可以将电枢磁动势基波与励磁电动势基波在空间的位置归结为研究电动势与定子电流I在时间上的内功率因数角之间的相位差关系。
现以凸极式发电机为例，分析不同内功率因数角时的电枢反应的性质。
1.内功率因数角ψ=00时内功率因数角ψ=0 0时，定子电流与空载同相位，此时=0，=，电枢磁动势的轴线位于交轴（q轴）上，滞后励磁磁动势900，存在交轴电枢反应，气隙合成磁场= +，使气隙磁场轴线从空载时的直轴处逆转向后移了一个角度，表现形式为交轴反应，特点：使磁场轴线改变位置，电磁转矩为制动转矩；向量与同相，表明发电机向电网输送功率，同步电机处于发电运行状态。
电枢反应
3、电枢反应
当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流 当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流 会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。 会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。
二、不同性质负载情况下的电枢反应性质
ɺ I 空载磁动势 E0 ，电枢电流 ɺ ， 内功率因数角。 空载磁动势与电枢电流的相位差ψ --内功率因数角 空载磁动势与电枢电流的相位差ψ --内功率因数角。
三、总结 1、带电阻性负载时，ψ角为0°，产生交轴电 带电阻性负载时， 角为0 枢反应，降低发电机转速，实现机电能量转换， 枢反应，降低发电机转速，实现机电能量转换， 向系统输送有功功率。 向系统输送有功功率。 2、带电感性负载时，ψ角为90°，产生直轴去 带电感性负载时， 角为90° 90 磁电枢反应，降低发电机机端电压， 磁电枢反应，降低发电机机端电压，向系统输 送无功功率。 送无功功率。 3、带电容性负载时，ψ角为-90°，产生直轴 带电容性负载时， 角为-90° 助磁电枢反应，使发电机机端电压升高。 助磁电枢反应，使发电机机端电压升高。 <90° 4、带阻感性负载时，0°< ψ <90°，同时向 带阻感性负载时， 系统输送有功功率和无功功率。 系统输送有功功率和无功功率。
π
C相 相
ɺ E0A
-
π
2
0
a c
2
ωt
ɺ E0C ɺ E0B
A
F1
Z 结论： 结论： n
Fa
N
Y
S
B C
X 电感性负载时， 电感性负载时，三相绕组合成基波磁动势相量 位于转子的直轴，因此称为直轴去磁电枢反应。 位于转子的直轴，因此称为直轴去磁电枢反应。 电枢磁场对转子载流导体产生的电磁力不形成 电磁转矩，但会使气隙磁场减弱， 电磁转矩，但会使气隙磁场减弱，导致发电机 端电压降低。 端电压降低。
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大小
位置
转速
励磁磁 正弦 恒定，由励 由转子位 由原动机的 势 波 磁电流决定 置决定 转速决定 电枢反 正弦 恒定，由电 由电流瞬 由电流的f 应磁势 波 枢电流决定 时值决定 和P决定
3
三个角
准备工作
内功率因数角 : 是 E 0 与 I 的时间相位角 与电机参数及负载有关 Ψ , ;
外功率因数角 : 是U 与 I 的时间相位角与负载有关 , ;
同步发电机电枢反应
Armature reaction of synchronous generator
1
电枢反应的概念
I
F
f
a
If F F
δ
= F
f
+ F
a
电枢反应: 电枢磁通势的基波
在气隙中使气隙磁通的大小及位 置均发生变化, 这种影响称为电 枢反应.
2
励磁磁势和电枢磁势的区别
基波 波形
.
q轴 A轴 轴 轴
E0 A
.
Fa Fδ
Y C
I
.
A
Ψ+90 Ψ+90
0
d轴 轴
Ff
.
A
N
E 0C
. I
C
. I
S
X
B
E0B
Z B
交轴电枢反应
5
内功率因数角Ψ=900 内功率因数角
时轴
.
q轴 A轴
E0A
.
Y
C
IC
ψ
. .
d轴
Ff
IA
.
A
N
Z B
S
Fa
X
E 0C
.
IB
E 0B
直轴去磁电枢反应
6
内功率因数角 内功率因数角Ψ=-900
负载性质
R L C R 、L R 、C
9
F aq
Ψ+900
直、去
F ad
Ψ+900 Ψ+900 Ψ+900
F ad
Faq+Fad Faq+Fad
直、助
交、直去 削弱 交、直助 增强
电枢磁势和电枢电流分量
Fa = F
ad
+F
aq
I = Id+ Iq
直轴分量 F ad = F a sin Ψ 交轴分量 F aq = F a cos Ψ I q = I cos Ψ I d = I sin Ψ
功率角(功角)δ : 是 E 0 与U 的时间相位角三者关系: Ψ = + δ .
四个轴
直轴（纵轴、d 轴） ：主磁极轴线位置。 交轴（横轴、q 轴） ：与直轴成 900 电角度的位置。 相轴： 每相绕组的轴线位置。 时轴: 时间相量在其上投影可得瞬时值
4
内功率因数角 内功率因数角Ψ=00
时轴
q轴 A轴
时轴
.
E0A
.
.
Y
C
IA ψ
.
.
IB
d轴 Ff
.
Fa
A
N
S
X
E 0C
IC
E 0B
Z
B
直轴助磁电枢反应
7
内功率因数角 0<Ψ<900 内功率因数角0
时轴
.
q轴 A轴
E0 A
.
Y
C
Ψ+900 Ψ+90
IC
.
ψ IA
.
d轴
.
Ff
A
Fa S
X
N
.
E 0C
IB
E0B
Z B
既有交轴又有直轴去磁电枢反应
10
11
当忽略电机本身参数, ψ≈φ=00, I ≈ I , 有功电流产生电磁力, 并形成电磁转矩Tem
q a
n1
Tem
12
当忽略电机本身参数, ψ≈φ=900, I ≈ I , 无功电流产生电磁力, 不形成电磁转矩
d r
Y n1 n A S Z B Φad
13
N
C
If X
8
当ψ角为不同值的电枢反应
位置 Ψ=00 Ψ=900 Ψ=Ψ=-900
00<Ψ<900 -900<Ψ<00
Fa
F f Fa
夹角
Fa 记作
畸变 削弱 增强
Ψ=
q轴 d轴 d轴 d 、q 轴 d 、q 轴
Ψ+900
Fδ
n(f) 下降
不变 不变 下降 下降
U 不变 下降 上升 下降 上升