MC-D2 · 电枢反应与同步电抗

电枢反应与同步电抗

负载电流流过时，电枢也会产生磁通，扰动励磁磁通。本课看这一效应如何随功率因数改变符号，并学会把所有效应归并为一个同步电抗。

滞后(感性)负载下，电枢反应是

空载时端电压等于感应电动势 E。带负载后，电枢电流 I 产生的磁通与励磁磁通合成，其效果取决于电流的相位，也就是功率因数。在把功率因数角滑块从滞后移到超前、观察相量和端电压如何变化之前，先选出：滞后负载下电枢反应是增强磁通还是削弱磁通。

功率因数角 φ (滞后 +, 超前 −)φ = 40°

用滑块连续改变功率因数角。金色 = V，蓝色 = jIXs，绿色 = E，橙色箭头是电枢电流 I 的方向。图中 E 和电流的大小固定，只转动相位。

端电压与电压调整率

V/E = 0.75 · ε = 33%

滞后负载不会增强磁通。增强磁通的增磁出现在超前(容性)负载下，那时端电压反而升高；滞后时正好相反。

滞后负载，反应是?

不吻合

负载电流扰动磁通

空载时只有励磁磁通，端电压等于感应电动势 E。负载电流流过时，电枢三相绕组也产生旋转磁场，这一电枢磁通与励磁磁通以相同转速一起旋转，合成为一个磁通。这个合成磁通就是实际的气隙磁通，决定端电压，所以带负载后端电压与空载时不同。变化多少、朝哪个方向变化，取决于电枢电流的相位。

观察no load: V = E

空载时端电压等于感应电动势。

功率因数定反应的符号

纯电阻负载(功率因数 1)下，电枢电流与感应电动势几乎同相，电枢磁通在空间上与励磁磁通垂直。它只使磁通侧向畸变，大小几乎不变，称为交磁。滞后(感性)负载下电流滞后，纯感性时滞后 90°，电枢磁通正面抵消并削弱励磁磁通(去磁)，磁通减小多少，端电压就下降多少。超前(容性)负载下则相反，电枢磁通帮助并增强励磁磁通(增磁)，端电压升高。同一台发电机，端电压会随负载功率因数而下降或升高。

选择Xs = Xreaction + ?

电枢反应电抗加上漏电抗就是同步电抗。

把一切效应归入同步电抗

电枢反应引起的磁通变化，最终表现为与电枢电流成正比的电压。这个电压与电流成正比、相位超前 90°，正是电抗压降的样子，所以把这一电枢反应电抗与绕组本身的漏电抗相加，归并为同步电抗 Xs。于是每相等效电路简化为 E = V + I(Ra + jXs)；电枢电阻 Ra 通常远小于同步电抗，常常忽略，写成 E = V + jIXs。电压调整率定义为 (E - V)/V，滞后负载时较大，超前负载时可能为负。图中的指示器也按同一式子计算，所以把功率因数角移向超前一侧，电压调整率就变为负值。

填空E = V + I ?

忽略电枢电阻时，E 等于 V 加 jIXs。

自己来ε = (E - V) / ?

电压调整率是感应电动势与端电压之差除以端电压。

回到第一屏

滞后负载下电枢反应是去磁，端电压下降了。负载电流产生的电枢磁通与励磁磁通合成：滞后时正面抵消削弱，超前时帮助增强，纯电阻时只使其侧向畸变，所以决定反应符号的是功率因数。这一磁通变化最终表现为与电流成正比、超前 90° 的电压，因此与漏电抗一起归并为同步电抗 Xs，得到 E = V + jIXs。连接空载 E 与负载 V 的这一个式子，解释了同步发电机的电压调整率，也支撑着下一单元的同步电动机和功率因数调节。

电枢反应：负载电流的电枢磁通与励磁磁通合成，其符号由功率因数决定。滞后=去磁(V↓)，超前=增磁(V↑)，纯电阻=交磁。把这一反应与漏电抗合并为 同步电抗 Xs，每相等效电路为 E = V + jIXs(忽略 Ra)，电压调整率为 (E - V)/V。

握住这一归并后

用一个同步电抗，就把带负载时的行为归结为 E = V + jIXs，现在可以把同一台电机当电动机运行了。在电动机中，负载角(E 与 V 的相位差)决定转矩，改变励磁，电枢电流的功率因数就从滞后移向超前。所以同步电动机在产生转矩的同时，还是调节功率因数的工具。下一单元(MC-D3)用负载角和励磁同时处理转矩和功率因数。