發電機運行分析(二)

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

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

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

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_1σ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

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。一般情况下， \( \overrightharpoon{F}_a \)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。