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    2. 發電機運行分析(二)

      交磁作用

      交磁作用

      轉子磁勢與電樞(定子)磁勢間的夾角為90°,隨負載電感、純電阻或電容特性而改變之間夾角,夾角的位置不同所引起的電樞反應亦不同,對整體電機而言更有重大影響。 Ψ=負載時電壓與電流的夾角。

      Ψ=0或者180度 純電阻負載

      此時\( \overrightharpoon{F}_a \)和\( \overrightharpoon{F}_f \)之間的夾角爲90度或者270度,即二者正交,轉子磁勢作用在直軸上,而電樞磁勢作用在交軸上,電極反應的結果使得合成磁勢的軸線位置產生一定的偏移,幅值發生一定的變化。這種作用在交軸上的電樞反應稱為交軸電樞反應,簡稱交磁作用。

      去磁作用

      去磁作用

      Ψ=90° 純電抗負載

      此時\( \overrightharpoon{F}_a \)與\( \overrightharpoon{F}_f \)之間的夾角為180度,即二者反相,轉子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上,方向相反,電樞反應為純去磁作用,合成磁勢的幅值(電壓)減小,這一電樞反應稱為直軸去磁電樞反應。

      增磁作用

      增磁作用

      Ψ=-90° 純電容負載

      此時\( \overrightharpoon{F}_a \)與\( \overrightharpoon{F}_f \)之間的夾角為0°,即二者同相,轉子磁勢和電樞磁勢一同作用在直軸上,方向相同,電樞反應為純增磁作用,合成磁勢的幅值(電壓)加大,這一電樞反應稱為直軸增磁電樞反應。

      一般負載

      一般負載

      一般情況下(為任意角度時)

      參看上圖,可將\( \dot{I}_a \)分解為直軸分量\( \dot{I}_d \)和交軸分量\( \dot{I}_q \),\( \dot{I}_d \)產生直軸電樞趨勢\( \overrightharpoon{F} \)ad,\( \overrightharpoon{F} \)ad與\( \overrightharpoon{F}_f \),同相或反相,起增磁或者去磁作用:\( \dot{I}_q \)產生交軸電樞趨勢\( \overrightharpoon{F} \)aq,\( \overrightharpoon{F} \)ad 與\( \overrightharpoon{F}_f \)正交,起交磁作用。

      主磁通 / 漏磁通

      主磁通/漏磁通
      旋轉磁勢在電機內部會產生磁通,根據磁通的流通路徑和性質將其分為主磁通和漏磁通。
      • 一、主磁通
        • 當三相對稱電樞電流流過電樞繞組時,將產生旋轉的電樞磁勢,電機內部產生跨過氣隙的電樞反應主磁通(圖左黃色線)轉子繞組切割主磁通並在產生感應電流;
      • 二、漏磁通
        • 槽漏磁通:出槽的一壁橫越至槽的另一壁的不通過氣的漏磁通(圖左白色線)。
        • 端部漏磁通:定子繞組端部的漏磁通(右圖)。
        • 漏電抗:漏磁通在定子繞組中會感應漏磁電勢,該電勢用漏抗壓降表示\(\dot{E}_{1\sigma} = -j\dot{I}_1X_{1\sigma}\):其中X稱為漏電抗。
        • 轉子繞組通過電流時,也會有漏磁通。
      • 三、影響漏電抗電小的因素
        • 漏電抗對電機的性能有很大的影響。
        • 電抗公式:\( X = 2{\pi}fL = 2{\pi}f(\dfrac{N{\Phi}}{i}) = 2{\pi}f\dfrac{N}{i}(\dfrac{N_i}{R_m}) = 2{\pi}f\dfrac{N^2}{R_m} \)
      • 電流頻率,繞組匝數,漏磁路的磁阻是決定漏磁通大小的主要因素。

      同步電抗

      同步電抗

      電樞反應的電抗大小和電樞反應磁通\( \dot{\Phi}_a \)所經過磁路的磁阻成反比,磁阻與\( \overrightharpoon{F}_a \)電樞磁勢軸線的位置有關。對於凸極電機而言,當\( \overrightharpoon{F}_a \)和\( \overrightharpoon{F}_f \)重合時,\( \dot{\Phi}_a \)經過直軸氣隙和鐵心而閉合 (這條磁路稱為直軸磁路),如左圖所示。此時由於直軸磁路中的氣隙較短,磁阻較小,所以電樞反應電抗就較大。
      當\( \overrightharpoon{F}_a \)和\( \overrightharpoon{F}_f \)正交時,即\( \overrightharpoon{F}_a \)和磁極的軸線垂直時\( \dot{\Phi}_a \)經過交軸氣隙和鐵心而閉合(這條磁路稱為交軸磁路),如右圖所示。此時由於交軸磁路中的氣隙較長,磁阻較大,所以電樞反應電抗就較小。一般情況下, \( \overrightharpoon{F}_a \)和\( \overrightharpoon{F}_f \)之間的夾角由負載的性質決定,為90+Ψ, \( \Phi_a \)的流通路徑介於直軸磁路和交軸磁路之間,電樞反應電抗的大小也就介於最大和最小之間。

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