船舶电气课件

第一章电与磁概述电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电”和“磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起的；不过当时我们用一个线性的电路参数“电感”来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。

第一章电与磁

本章主要讲解内容

第一节

磁场的基本概念和基本物理量

第二节

铁磁材料的磁性能

第三节磁路的基本概念

第四节

电磁感应第一节磁场的基本概念和基本物理量一、磁场的基本概念

1．磁场与磁力线

（1）磁场:当小磁针靠近永久磁铁时会发生偏转现象，这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质称为磁场。

（2）磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。在磁铁的外部，磁力线从N极出发，经外部空间进入S极；再由S极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。

返回本章图1-1条形磁铁的磁场返回（3）磁场方向l1曲线上a点的磁场方向即为a点切线l2的方向，（4）磁场强弱磁力线的疏密反映了磁场各处磁性的强弱程度；靠近磁铁两端的磁力线密，磁场就强，远离磁铁两端的磁力线疏，磁场就弱。返回2．电流的磁效应除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导线(或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，这说明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象，称为电流的磁效应。磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。（a）通电直导体（b）通电螺线管线圈图1-2磁场与电流的方向返回2．电流的磁效应磁场方向的确定：（a）右手握住直导体，拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向即为磁场方向。（b）右手握住线圈，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向即为螺旋管内部的磁场方向。二、磁场的基本物理量

1．磁感应强度B磁感应强度B

是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。其定义式为:q-电荷所带电量，单位是库伦（C）B-磁感应强度，单位是特斯拉（Tesla）V-电荷运动速度，单位是米/秒（m/s）f-电磁力，单位是牛顿（N）

均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、方向相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀磁场）。在均匀磁场中I–

通人导体的电流单位是安培(A)

f

-电磁力，单位是牛顿（N）l

-导体长度，单位是米(m)

2．磁通定义：

磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向的面积的乘积定义式：B

单位：特斯拉（Tesla）φ

单位：韦伯（Wb）

3．磁场强度

磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。

B

单位：特斯拉

单位：安/米

单位：亨/米IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示

F=NI(磁势单位为A)

4．磁导率（导磁系数）和相对磁导率

（1）磁导率

定义：表征各种材料导磁能力的物理量。定义式：μ=B/H(H/m)

（2）相对磁导率

定义：一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率。定义式：μr=μ/μ0第二节铁磁材料的磁性能

为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能改善，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁材料及其性质作简要说明。返回本章说明1.高导磁性（a）(b)

图1-3磁性材料的磁化思考：磁畴、磁化2.磁饱和性图1-4磁化曲线图1-5与H的关系非饱和段：oa、ab段半饱和段：bc段饱和段：c点以后图1-43.磁滞性

如果励磁线圈中通入交变励磁电流,对铁心进行反复磁化，磁感应强的变化总是滞后于磁场强度的变化,这种现象称为磁滞现象.为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。图1-6磁滞回线由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。铁磁材料的类型⑴软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，例如可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。⑵永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等。⑶矩磁材料

具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注意。注意啦！！！第三节磁路的基本概念一、磁路

在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备

中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁

通的路径，磁通主要在这部分空间内闭合，其周围

则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径

称为磁路。

返回本章？磁路图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）为电磁继电器的磁路，图1-8（c）为单相铁心式变压器的磁路，图1-8（d）为四极转枢式电机的磁路；图1-8几种常见磁路几种常见的磁路二、磁路的基本定律与磁路的特点

磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系数大几千倍。因此，在磁路中漏磁现象比电路中漏电的现象大为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为漏磁通。（a）（b）图1-9磁路中的磁场分布磁路定律磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环路定律导来的。图1-10有分支磁路的分配1.磁路的基尔霍夫第一定律

在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应恒等于零。

2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势的代数和。综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而且，磁路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。另外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别，即磁通并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量，与电路中的焦耳-楞次定律相似的磁路定律是不存在的。对比思考三、恒定磁通无分支磁路的计算

磁路的计算可以分为两类：（1）已知磁通求磁势；（2）已知磁势求磁通。

在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支

磁路。

练习一下计算无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列步骤进行：1.按照材料和截面的不同进行分段；2.作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段的截面S1、S2…和长度l1、l2

…；3.按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：

4.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的磁感应强度B1、B2……找出与它们相对应的磁场强度H1、H2……5.按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率μ0=

4π×10-7H/m，由空气隙的磁感应强度B0

计算其磁场强度H0

：注意第四节电磁感应

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中，广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。返回本章你知道吗一、电磁感应定律1.电磁感应现象1820年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。法拉第很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究了10余年后，终于在1831年第一次发现了电磁感应现象，并总结出电磁感应定律。什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是什么？如图1-12

图1-12线圈的感应电势返回2.电磁感应定律为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如图1-13所示设在时刻t1穿过导线回路的磁通量是φ1，在时刻t2

穿过导线回路的磁通量是φ2

，那么，在这段时间内穿过回路的磁通量的变化是，则磁通量的变化率反映了磁通量变化的快慢和趋势。图1-13法拉第电磁感应定律精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过回路的磁通量的变化率。这个结论叫做法拉第电磁感应定律。即：

（1-17）

式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。

式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相同，均为，则，称为磁链或全磁通。则式（1-17）可表达为

说明由愣次定律可知，感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通量的变化（增加或少）。即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。感应电动势的方向图1-14感应电动势方向的确定返回如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过线圈的磁通φ1的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通φ2的方向与穿过它的磁铁磁通φ1方向相反，再根据右手定则知感应电流i从线圈内部a流向b，而感应电动势eL的方向与其一致，由a经线圈内部指向b，而线圈两端的电压由b指向a如图1-14所示。感应电动势的确定一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决定：（1-19）式中的负号体现了感应电动势eL的方向总是与磁通Φ的增量相关。三、自感系数当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而在线圈自身所引起的感应现象通常叫做自感现象，所产生的电动势叫做自感电动势。如图1-17实验。（a）（b）图1-17自感现象的演示自感现象（1-21）

（1-22）

（1-23）式1-23相量图如图1-18所示。

图1-18由式1-23可以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L越大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例系数L称为自感系数，简称自感（电感）。根据式（1-21）和式（1-22）也有自感的两种定义。据式（1-22），自感在数值上等于线圈中电流强度变化率为1单位时，在这线圈中产生的感应电动势；或者，据式（1-21），自感在数值上等于线圈中电流强度为1单位时通过线圈自身的磁通匝链数。对式1-23的阐述三、铁心线圈电路铁心线圈分为两种：

1.通直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈；

2.通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压器及各种交流电器的线圈。A.直流铁心线圈的磁路

通直流电励磁的直流铁心线圈的磁路的分析比较简单，因为励磁电流是直流，产生的磁通是固定的，由式

(1-22)知在线圈和铁心中不会感生电动势，在一定的直流电压U下,线圈中的电流I只和线圈本身的电阻R有关，即。这就是为什么交流线圈不能随意接直流电源的原因。直流铁心线圈的磁路B.交流铁心线圈的磁路

外加电压与磁通φ的关系，转换为相量形式：注：（1）在相位上，磁通φ滞后于外加电压90°

（2）磁通的极大值φm取决于外加正弦电压的有效值与频率。

交流铁心线圈的磁路四、功率损耗与涡电流

图1-21涡电流磁滞损耗有功损耗涡流损耗功率损耗磁滞损耗(ΔPh)：当铁磁体被反复磁化时,由于磁滞原因而引起的功率损耗。涡流损耗(ΔPe)：当铁心中磁通发生变化时,在铁心内引起感应电动势和电流(即涡流)。由于涡流在铁心中造成的功率损耗。图1-22变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施图1-23转速记原理应用五、电磁铁

电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁，再由衔带动控制触点闭合、断开或衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。如图1-24所示的是某种电磁铁的结构型式。图1-24电磁铁结构图电磁铁结构IU直流励磁线圈电路的特点（R

为线圈的电阻）1.直流电磁铁直流电磁铁U一定I一定磁动势F=IN一定磁通和磁阻成反比

（线圈中没有反电动势）IU交流励磁线圈电路的特点ui2.交流电磁铁交流激励线圈中产生感应电势ui交流电磁铁电路方程：的感应电势和产生一般情况下很小假设则ui有效值相量交流磁路中磁阻Rm对电流的影响电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压不变,则Φ基本不变。iu图2-1单相变压器的原理图第二章变压器本章主要讲解内容第一节变压器的用途及分类第二节变压器的基本结构和铭牌第三节变压器的工作原理及运行特性第四节三相变压器的磁路系统第五节变压器的联接组及三相变压器的运行问题第六节自耦变压器及仪用互感器第一节变压器的用途及分类

一、变压器的用途（1）从输电方面来说，采用高压输电较为经济，因为当

输送功率一定时，电压越高，输电线上的电流越

小，输电线截面小，可以节省有色金属；当输电距

离、输电线材料及其截面大小一定时，线路上的损

耗小。（2）在用电方面多采用低压电，这主要是为了安全，同

时可以降低用电设备的绝缘等级、减少成本，为此

必须要用降压变压器将输电线上的高压降低到配电

系统所需要的电压。返回（3）在交流船舶上，各种不同的用电设备需要大小不同

等级的电压，因而需要有不同型式的变压器。（4）在船舶电力系统和控制系统中，变压器主要应用于

主照明、应急照明、厨房照明、控制用电源以及各

种仪用互感器中；在采用电力推进船舶中，变压器

还用于升压和降压。

二、变压器的分类

变压器的种类很多，可以从不同的角度来予以分类（1）根据变压器的用途来划分（2）根据变压器本身的结构来划分（3）按相数来划分（4）根据变压器的冷却条件来划分第二节变压器的基本结构和铭牌一、变压器的基本结构

图2-2变压器的结构示意图及电路符号

+

-

N

-

+

原绕组副绕组返回铁柱铁轭图2-3单相心式变压器图2-4单相壳式变压器

图2-5三相心式变压器

铁轭绕组铁柱高压绕组低压绕组绕组图2-6三相壳式变压器铁柱铁轭绕组铁柱铁轭绕组二、变压器的铭牌数据1.额定视在功率2.额定线电压3.额定线电流4.频率f5.相数m6.接线图与联接组7.漏阻抗Z或短路电压8.运行方式（长期的或短期的）9.冷却方式10.变压器的总重量变压器的额定电压与额定电流是这样规定的：原绕组额定电压是指电网（电源）加到原边的额定电压；而副绕组的额定电压是指在原边加上额定电压后，变压器处于空载状态，即副边开路电压。

已知变压器的额定容量和原、副边绕组的额定电压，就可以求出原、副绕组的额定电流来。当变压器副边电流达到额定值时，这时的负载叫做变压器的额定负载。第三节变压器的工作原理及运行特性

一、理想变压器的运行所谓理想的变压器是认为它满足下列条件：原绕组副绕组电阻都等于零；原副绕组间没有漏磁通，也就是它们完全耦合；铁心中没有损耗；铁心的导磁率为无穷大。返回

图（2-7）表示一台单相变压器（或三相变压器中的一个相）。为了正确地表示电压、电流、磁通等量之间的相位关系，必须规定它们的正的或负的方向。通常按电工惯例来规定正方向，并符合下列内容：1.在同一支路内，电压与电流的正方向一致2.磁通量正方向与电流正方向之间符合右手螺旋关系3.由交变磁通产生的感应电动势正方向与产生该磁通的电流正方向一致，并有

的关系（电磁感应定律）。图2-7变压器在运行时的各物理量

需要说明的是，正方向并不是它们的实际方向，只是说明方向的相对关系，起到指路牌的作用。上面的规定只限于各量之间方向的问题，下面我们将进一步讨论它们之间的数量上关系。说明1．电压关系在理想变压器中，端电压的比就等于电势的比一般习惯，取变比为高压匝数与低压匝数之比，因此总大于1。

2．电流关系原副边电流的数值是不同的，它们的大小关系及相量关系是3．功率关系

从式电压和电流的关系可以看出：

也就是说理想变压器内部没有损耗，输入功率等于输出功率，效率是100%。4．阻抗折合关系

变压器还具有阻抗变换作用，如图（2-9），副边接负载阻抗，根据欧姆定律，则由于副边接阻抗ZL,原边就有一电流I1输入。因此，由变压器的原边看上去，副边阻抗的影响相当于一等值阻抗Z‘L，它的数值是

称为副边的阻抗折合到原边的数值，由此可见，当负载直接接电源时，阻抗为ZL，当通过变压器接电源时，相当于阻抗增加到ZL的k2倍。

在电子技术中，经常利用变压器的这一阻抗变换作用来实现“阻抗匹配”。对理想变压器的讨论突出了变压器的主要作用，就是变电压，变电流，和阻抗折合的关系，这些都和变比k有密切关系。由于忽略了内部损耗和漏阻抗，理想变压器的效率等于100%，带负载时副边端电压不变。要研究实际变压器的性能，就要涉及到内部损耗和漏阻抗，就必须考虑其他因素。(a)等效前的电路(b)等效后的电路图2-9变压器的阻抗变换二、实际变压器的空载运行

1.考虑铁心中μ的影响图2-102.考虑铁损耗的影响图2-113.考虑绕组漏阻抗的影响图2-124.空载时的向量图图2-135.变压器在空载时的等值电路图2-14图2-10激磁电流的波形

返回图2-11空载电流的向量图返回图2-12变压器的无载情况返回图2-13空载时的向量图返回（a）

（b）

图2-14空载时的等效电路三、变压器的负载运行1.负载时电压和电流（1）原边电流和原边电势磁势：电势：电流：

（2）副边电势平衡关系

图2-15变压器的主磁通和漏磁通（2-32）2.变压器的等值电路原副边磁势平衡关系为

或

即原副边磁势平衡关系可以写成原副边电流平衡的关系，匝数已消去。原边电流的两个分量为:

其中,即负载分量电流总与折合过后的副边相等而方向相反

原、副边的电势关系为：

副边电势平衡关系依旧:总结折合过的变压器中各关系的联立方程式如下:

这些方程式中已经没有k，分析较简单，而且得出的原副边的电压或电流的数量级是一样的。更重要的是，根据这些等式，可以找出变压器的等值电路，如图2-16所示。图2-16为变压器的“T”形等值电路

图2-16变压器的"T"形等值电路返回

在分析变压器带负载时激磁电流是较小的，它对中的压降的影响是极小的，因此，在分析变压器负载时的问题时，可以把忽略，而将等值电路进一步简化成如图2-17所示的一个串联阻抗型式。图中（）变压器的全部漏阻抗，包括原边和副边的漏阻抗。也称为短路阻抗，因为可以用短路实验求出。用这个简化等值电路后，分析将十分简单，而结果的正确程度也能满足工程的要求。

图2-17变压器的简化等值电路

总的说来，折合算法和等值电路是一个重要的分析方法，它是用来分析两个绕组之间通过电磁感应，存在能量传递时的相互关系的一个通用方法，不仅用于分析变压器的问题，也用于分析其它电机的问题中。

要注意等值电路中所表示的都是一相的数值，用在三相变压器时是指对称运行时的一相的情况，所有阻抗都是每相的数值，变比也是相电压之比或每相匝数之比。

四、变压器的基本参数及实验

等值电路中的阻抗和，称为变压器的参数，它们对变压器的运行性能有着直接的影响。一旦知道了变压器的参数，就能得到变压器的等值电路，也就能分析变压器的运行性能。另一方面，从生产变压器的角度来看，变压器所用材料的性质和各部分的结构尺寸都将影响它的参数，所以参数对变压器的生产成本也有相当大的影响。因此正确决定变压器的参数，不论对生产或使用变压器来说，都有重要的意义。1.基本参数（1）短路电阻（2）短路电抗（3）激磁回路阻抗及激磁回路阻抗是一个等值阻抗，它反映了变压器的铁

心中产生交变磁通时所消耗的有功功率与无功功率。2．变压器的空载实验

变压器变比：

励磁阻抗：

励磁电阻：

励磁电抗：

如图：图2-18

图2-18

空载试验线路图

3．短路实验

由图2-19可知：

因UK=I1ZK

,故漏阻抗或路阻抗为：

输入功率，所以:

短路电抗为：图2-19短路试验线路图

返回五、变压器的运行特性

1．变压器带负载时副边端电压的变化

外特性曲线，如图2-20所示

图2-20变压器的外特性2．变压器的效率

第四节三相变压器的磁路系统

一、三相变压器组的磁路

如图2-21所示，三相变压器组的磁路特点是，三相磁通各有自己单独的磁路，互不相关。当原边外加三相电压对称时，各相的主磁通必然对称，各相的励磁电流，即空载电流也是对称的。其优点是制造和运输方便；备用的变压器容量较小（全组容量的三分之一）。但它有硅钢片用量较多、价钱较贵、效率较低、占地面积较大等缺点，所以一般不采用，仅用于大容量及超高压的变压器中。返回图2-21三相变压器的磁路系统二、三相变压器的磁路

a)b)c)图2-22三相变压器的磁路演变第五节变压器的联接组及三相变压器的运行问题

一、变压器的联接1．单相变压器的联接2．三相变压器的磁路和绕组联接

（1）三相变压器的磁路系统

（2）三相绕组的联接

（3）三相变压器的联接组别，原副边电压的相位移

⒈Y/Y连接⒉Y/联接

（4）标准连接组返回ab图2-24单相变压器的二种不同联接图2-23单相变压器的出线标志图2-25实验测定极性返回图2-26三铁心柱式铁心中的磁通返回图2-27三相的各种接法图2-28三角接法时A相极性接反时的电势

返回

图2-39Y/Y-12联结组XYZ

abcxyz

XYZabcxyz图2-30Y/Y-6联结组

返回

XYZabcxyz

第六节自耦变压器及仪用互感器一、自耦变压器

图2-32自耦变压器返回二、仪用互感器

1.电压互感器电网图2-33电压互感器的接线及电路符号2.电流互感器电网图2-35电流互感器的接线及电路符号第三章异步电动机本章主要讲解内容第一节三相异步电动机结构与铭牌数据第二节异步电动机的旋转磁场与工作原理第三节异步电动机的定子与转子电路

第四节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性第五节三相异步电动机工作特性与选择第六节单相异步电动机第一节三相异步电动机结构与铭牌数据

一、三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机按照转子结构形式不同分为鼠笼式和绕线式两种，船舶上大多采用鼠笼式。图4-1为一台三相鼠笼式异步电动机的结构分解图。鼠笼式异步电动机主要由两个基本部分组成：静止不动的定子和可以旋转的转子。定子和转子之间有一很窄的空气隙。此外还有支撑转子的端盖等。返回图4-1三相鼠笼式异步电动机结构1.定子

三相异步电动机的定子主要是用来产生旋转磁场。它由机座（外壳）、定子铁心和定子绕组三部分组成。

（1）机座与端盖：机座是用来安装定子铁心和固定整个电动机用的，一般用铸铁或铸钢制成。机座也是散热部件，其外表面有散热片。端盖固定在机座上，端盖上设有轴承室，以放置轴承并支撑转子。（2）定子铁心：定子铁心是电动机磁路的一部分，由于异步电动机中产生的是旋转磁场，该磁场相对定子以一定的同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小及方向都是变化的。

定子、转子铁芯如图4-2所示。

异步电动机常用的定子铁心槽的形状如图4-3示。返回

图4-3定子槽形及槽内线圈布置图4-2异步电动机定子、转子铁芯形状（3）定子绕组：定子绕组是定子中的电路部分。定子绕组为三相绕组，即三个完全相同的独立绕组，一般采用漆包线绕制。定子绕组的两种接线方法如图4-4所示。接电源接电源图4-4三相异步电动机接线盒2.转子

转子是电动机的旋转部分，其作用是在旋转磁场的作用下获得一个转动力矩，以带动生产机械一同转动。异步电动机的转子有鼠笼式和绕线式两种型式。两种转子均包括转子铁心、转子绕组、转轴、轴承、滑环（仅限绕线式中有）等。

（1）转子铁心：转子铁心用厚度为0.5mm硅钢片叠成，压装在转轴上，转子硅钢片形状如图4-2（b）所示。以此片叠成的铁心外圆的表面有均匀分布且与转轴平行的糟，槽内嵌放转子绕组。

（2）鼠笼式转子绕组：鼠笼式转子绕组是裸铜条或由铸铝制成。铜条绕组是把裸铜条插入转子铁心槽内，两端用两个端环焊成通路，参见图4-5。铸铝绕组是将铝熔化后浇铸到转子铁心槽内，两个端环及冷却用的风翼也同时铸成。一般小型笼式异步电动机都采用铸铝转子。

（3）绕线式转子绕组：绕线式转子绕组是由漆包铜线绕成的三个完全相同的线圈嵌放到转子铁心的槽口内。另一端分别接到固定在转轴上的三个滑环（也称集电环）上，滑环间和滑环与转轴间要绝缘。滑环上固定着电刷。通过滑环、电刷将转子绕组电路与外电路相连。通常外电路是呈星形连接的电阻，如图4-6所示。通过转子电路接入适当的附加电阻改善异步电动机的起动性能（增大起动转矩，减小起动电流）或调速性能（通过改变外接电阻的阻值改变异步电动机的转速）。

图4-7为绕线式异步电动机的外形结构图。

返回图4-5鼠笼式转子返回图4-6绕线式异步电动机转子结构返回图4-7绕线式异步电动机的外形结构3.气隙

异步电动机的定子与转子之间有一很窄的空气隙。中小型异步电动机的气隙一般为0.2～1.0mm。气隙的大小直接关系到电动机的运行性能。通常，气隙越小，电动机磁路中的磁阻越小，产生一定量磁通所需要的励磁电流就小，电动机运行性能越好。二、三相异步电动机的铭牌数据在每台电动机的外壳上都有装有一块铭牌，该铭牌上标出这台电动机的主要技术数据。数据主要包括下列几项：1.型号

2.额定电压

3.额定电流

4.额定功率因数

5.额定功率

6.额定频率

7.额定转速

8.工作方式

9.接法第二节异步电动机的旋转磁场与工作原理一、三相异步电动机的旋转磁场1.定子旋转磁场的产生以两极三相异步电动机为例，如图4-8所示，三相异步电动机的定子绕组是结构完全相同的三相绕组，三相绕组的首、末端分别用U1-

U2、V1-V2、W1-W2表示，在制作时三相绕组沿定子铁心内圆周均匀而对称地放置在内。所谓对称，即三相线圈的首端（或末端）在定子内圆周上彼此相隔120°，图4-8（a）所示。为分析方便，每相绕组用一匝线圈代替，三相绕组将分布在六个槽口中。三相线圈根据需要可以接成星形或者三角形，图4-8（b）将它们作星形联接（把三个末端U2、V2、W2并接在一起）。图4-8异步电动机的三相绕组与三相电流

当对称三相交流电源接入三相绕组的U1、V1

、W1

端后，三相定子绕组中便有三相对称电流iA、iB和iC流入，三相对称电流分别为其波形及相位关系如图4-8(c)所示。设三相电流的正方向是从绕组的首端流人（用

表示），末端流出（用⊙表示）。下面从几个不同瞬间来分析三相交流电流流过定子绕组所产生的合成磁场。

t=0时，iA=0，U相绕组中没有电流；iB是负值，即V相绕组中电流由V2端流进，V1端流出；iC为正值，即电流从W1端流进，W2端流出。根据右手螺旋定则，可确定合成磁场磁轴的方向如图4-9（a）所示。ωt=60°时，iC=0；iA为正值，电流由U1端流进，U2端流出；iB为负值，电流由V2端流进，V1

端流出，此时合成磁场如图4-9（b）所示。相比ωt=0时刻，合成磁场在空间按逆时针方向旋转了60°。ωt=90°时，iA为正值，而iB、iC

均为负值，同理可得合成磁场的方向如图4-9（c）所示。与ωt=0时刻相比，合成磁场在空间按逆时针方向旋转了90°。由此可见，随着定子绕组中的三相电流随时间不断变化，它所产生的合成磁场则在空间不断地旋转，这就是旋转磁场。这种旋转磁场如同一对磁极在空间旋转所起得作用是一样的。（a）ωt=0（b）ωt=60º（c）ωt=90º图4-9一对极旋转磁场的形成返回产生旋转磁场必须满足两个条件：

（1）至少要有两个定子绕组，这些绕组之间要有空间相位差；

（2）通入这些绕组中的正弦交变电流之间要有时间相位差。2.旋转磁场的转向将相序为A→B→C的三相电压对应接入三相绕组U、V、W后，三相绕组中电流达到最大值的顺序是：先是U相电流iA

、其次是V相的电流iB

，再次是W相的电流iC。由图4-9可看出：磁场旋转的转动方向是由U相线圈平面（U1-

U2

）经V相线圈平面（V1-V2

）转向W相线圈平面（W1-W2）。由此可见，旋转磁场转向是与三相绕组中电流达到最大值的顺序是一致的，或者说旋转磁场转动方向是由三相绕组中所通入电流的相序决定的。若要改变旋转磁场的转向，只需把接入定子绕组的电源相序改变即可。（a）ωt=0（b）ωt=60º（c）ωt=90º图4-9一对极旋转磁场的形成3.旋转磁场的转速与磁极对数之间的关系在两极（一对磁极）旋转磁场的分析中我们知道，当定子绕组中电流变化一周时，旋转磁场转了一周，若电流的频率为f1，则电流每秒变化f1周，旋转磁场的转速为f1转/秒。通常转速是以每分钟转数(r/min)计算，若以n0表示旋转磁场的转速，则有

当f1

＝50Hz,旋转磁场的转速为3000r/min。

图4-10四极异步电动机定子绕组

设电流的频率为f1

，电流每分钟变化的周数为60f1,故每分钟旋转磁场转过（60f1

）/p转，故旋转磁场的转速为：旋转磁场的转速n0又称异步电动机的同步转速，其单位为r/min。因为电源的频率和磁极对数通常是固定的，所以一台异步电动机的同步转速n0

是一个不变的常数。表4-1列出了电源频率为50Hz

和60Hz时异步电动机的同步转速与磁极对数的对应关系。表4-1电源频率为50Hz和60Hz时异步电动机的同步转速n0与磁极对数的对应关系p123456n0

（f=50Hz）300015001000750600500n0

（f=60Hz）360018001200900720600二、异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理可以用图4-12说明。转子转动的方向与旋转磁场方向相同，当旋转磁场方向反向时，电动机的转子也跟着反转。异步电动机的转动是基于电磁感应，故又称之为感应电动机。三、异步电动机的转差率

设旋转磁场和转子相对静止的空间的转速分别为n0

、n，则旋转磁场对转子的的相对转速差为n=n0

–n,它与同步转速n0的比值称为异步电动机的转差率，用s表示，则有:

转差率常用百分率表示，即有

计算转差率公式还可以改写为或或

异步电动机还可能工作于其它非电动机状态，如转子转速n>n0,转差率为s<0的发电制动状态和转子转向与旋转磁场转向方向相反,s>1的电磁制动状态。一、定子电路中各电量的关系1.定子电路中感应电势

由前一节可知三相定子绕组接通交流电源后，定子三相对称电流在电动机内的空气隙中形成旋转磁场。其磁场的磁通分两部分，其中大部分同时穿过定子和转子绕组，称为主磁通；另有少量漏磁通分别穿过定子绕组和转子绕组，如图4-14所示。主磁通在定子绕组感应电势相位上比主磁通

滞后90

，其有效值为第三节异步电动机的定子与转子电路定子转子图4-14主磁通和漏磁通2.定子电路电压平衡方程异步电动机的定子电路的电压平衡方程为

式中是定子一相绕组漏阻抗。由于和很小，在定量分析时，常可忽略不计。因此,即：图4-15的左半部分是三相异步电动机定子的等效电路。

二、转子电路中各电量的关系三相异步电动机运行时闭合的转子绕组切割旋转磁场，且在转子上产生感应电势，产生转子电流，因转子中还存在转子漏感电势和转子绕组电阻压降，其等效电路与变压器副边短路时情况相同。如图4-14的右半部分电路所示。图4-14异步电动机一相等效电路图返回1.转子电路电势频率

当异步电动机转子以转速n旋转时，旋转磁场相对于转子的转速为

n=n0−n，即旋转磁场以

n的转速切割转子绕组，因此在转子绕组中感应电势，该电势的频率为：2.转子感应电势每极磁通

切割转子绕组并在其中感应转子电势E2，其大小为:

当n=0时，s=1，即f2=f1

，设此时转子感应电势的有效值为:

定值并且由前两式比较可得:

与定子漏磁通一样，转子电流所引起的漏磁通在转子绕组中也要产生漏磁感应电势。3.转子电流I2及功率因数cos

2

转子电路中的电阻及电抗分别为、，因而转子电流的有效值为：

由于转子电路为感性电路，所以其电流I2在相位上将滞后电势，转子电路的功率因数为

转子电流I2、功率因数cos

2与s之间的关系曲线如图4-15所示。4.鼠笼式转子的磁极对数绕线式异步电动机的转子绕组分布与定子绕组相同，则定、转子有相同的磁极对数。鼠笼式异步电动机的转子绕组是由导电条组成，其磁极对数由定子磁极对数决定，即恒等于定子的磁极对数。

图4-16是2对极鼠笼式转子的展开图.图4-18四极鼠笼转子展开图三、定子和转子各量的相互关系1.定子磁场和转子磁场已知异步电动机定子旋转磁场的同步转速为n0，转子转速为n，这时转子电流也要产生旋转磁场，设该磁场相当于转子的转速为n2

，则

因为转子相对于定子的转速为n，所以转子旋转磁场相对静止空间的转速应是：

2.定子磁势与转子磁势定子磁势转子磁势空载运行磁势异步电动机的磁势平衡方程3.定子电流和转子电流

将磁势平衡方程各项同除k1N1后可以得到定、转子电流的平衡关系式，即第四节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性一、电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩是指电动机的转子受到电磁力的作用而产生的转矩，它由旋转磁场的每极磁通

与转子电流相互作用产生的。异步电动机电磁转矩为:

转矩的另一个表达式返回二、三相异步电动机的转矩特性与机械特性1.电磁转矩特性T=f(s)

在一定的转子电阻R2和电源电压U1下，电动机的电磁转矩与转差率的关系曲线称为一部电动机的转矩特性。

图4-17三相异步电动机T=f(s)曲线图4-18三相异步电动机机械特性曲线返回2.机械特性n=f(T)

异步电动机的转子的转速n与电磁转矩T的关系称为机械特性。而机械特性很容易通过转矩特性获得。因为：

故：三相异步电动机的机械特性曲线如图4-18所示。

机械特性曲线上有三点反映了它的基本性能和特点：（1）最大转矩Tmax，反映过载能力；（2）起动转矩Tst

，反映起动性能；（3）额定转矩TN

，反映稳定运行的负载能力和特点。(1)额定转矩TN

异步电动机在额定负载时轴上输出的转矩称为额定转矩TN。在异步电动机等速转动时，电动机的转矩T必须与阻转矩相平衡，阻转矩包括负载转矩和空载损耗转矩（电机本身的风阻、摩擦阻力等）T0，所以:

由于T0很小一般可忽略，因此可得异步电动机中转矩平衡方程为：

由于转轴转动时输出机械功率等于角速度与转矩的乘积，因此电动机的输出转矩与输出功率P2的关系是：

实用中，P2的单位常用千瓦（kW）,n的单位是转/分（r/min），则上式为:第五节三相异步电动机工作特性与选择一、异步电动机的工作特性

三相异步电动机的主要工作特性是指电动机在额定电压和额定频率下运行时，电动机的定子电流、效率

及定子绕组功率因数随输出功率P2的变化关系。

图4-23是一台10kW的三相异步电动机的工作特性曲线。返回06图4-23三相异步电动机的工作特性曲线024681012246810121416182022.0204..08.101.定子电流特性I1=f(P2)

异步电动机空载运行时，定子电流近似为励磁电流I0。随着输出功率P2的增加，转子电流增大，定子电流I1也相应增大。所以其特性曲线是一条从I0逐渐增大的曲线，当输出功率P2超过额定功率之后，转子电流增大较快，定子电流也相应增大很快。异步电动机空载和轻载时，定子电流较大，其空载电流I0与额定电流IN之比约为20％～50％。这是因为电动机的磁路存在气隙，磁阻较大，所以产生一定量的磁通所需要的电流就大。2.效率特性

=f(P2)

电动机轴上输出的机械功率P2与定子输入功率P1之比称为效率

。即

通常一般三相异步电动机的额定效率约为0.72～0.93。电动机容量越大效率相对越高。3.功率因数特性

因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是电动机的功率因数。

三相异步电动机的空载功率因数很低，约为0.2左右，当输出功率增加时，定子电流中有功分量增大，使功率因数提高，当接近额定功率时，功率因数达最大值。如果负载继续增大，由于转差率的增加，转子功率因数降低较大，定子功率因数开始逐渐减小。

二、三相异步电动机的选择

在船舶上三相异步电动机的使用非常广泛，正确的选用电动机是关系到船舶安全运行和经济运行的重要保障。选择电动机应按照生产机械的实际要求，正确选择电动机的容量、种类、型式等。1.功率的选择

电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功率。若功率选择太小，电动机会因过载而损坏，甚至烧毁；选择得太大，则不但增加投资，而且电动机没有充分发挥它的作用，效率和功率因数都会降低。一般对连续运行的恒定负载，如果生产机械的功率为，则电动机的功率P可按下式算出：

2.种类的选择

一般选择电动机种类主要从以下几方面考虑：交流还是直流、机械特性（硬特性或软特性）、调速与起动性能、维护及价格等。3.结构型式的选择电动机的结构型式主要有：（1）开启式：这种电动机的带电部分和旋转部分没有任何防护装置。散热好，造价低。用于干燥无灰尘的场所。（2）防护式：在机壳或端盖下面有通风罩，可防水滴、铁屑等杂物从上面或与垂直方向成45

角以内掉入电动机内部。（3）封闭式：有封闭外壳保护，电动机靠自身风扇或外部风扇冷却，外壳带有散热片。适用于潮湿、尘埃多、水土飞溅的场所。（4）防爆式：外壳完全封闭，适用于有爆炸气体的场所，例如船上的蓄电池室。4.电压与转速的选择

电动机电压的选择是根据使用地点的电源来决定的。电动机额定转速的选择应由生产机械的转速和传动设备的情况来决定，通常电动机的转速应尽量与生产机械的转速一致，以便直接传动，避免传动装置复杂化。第六节单相异步电动机

用单相电源供电，且只有一相定子主绕组的异步电动机称为单相异步电动机。单相异步电动机也是由转子和定子两部分组成。转子全部采用普通的鼠笼式结构；而定子通常有两个绕组，一个为单相运行绕组（也称为主绕组）；另一个为起动绕组（又称为辅助绕组），在空间相隔90°放置。通常起动绕组通过一个离心开关S与运行绕组并联接入单相电源，当转子转速达到额定转速的75％左右，此开关在离心力的作用下把该电路切断。返回一、单相异步电动机的工作原理1.脉动磁场单相异步电动机的定子运行绕组接入正弦交流电后产生一个振幅随时间作正弦变，磁极在绕组轴线方向的空间保持不变的脉动磁场，如图4-24所示。脉动磁场在转子绕组中产生感应电势和电流，此时转子电流与磁场作用产生的转矩大小相等，方向相反，因此作用在转子上的合成转矩为零。电动机不能转动。如加一外力预先推一下转子向任意方向转动，则接通电源后电动机即可沿着这个方向转动起来，并能带动一定的机械负载。图4-24单相定子脉动磁场2.电磁转矩特性

脉动磁场分解的两个旋转磁场对转子的作用与三相异步电动机相同，分别会在转子上产生电磁转矩T+和T-，而总转矩为二者的合成。当电动机接通电源转子处于静止尚未转动时，T+与T-

大小相等，方向相反，合成转矩为零，所以单相异步电动机没有起动转矩，不能自行起动。当转子借助外力沿某一方向（如正向旋转磁场的方向）转动时，转子相对于两个反向旋转磁场的转差率不同。转子对于与其同方向的旋转磁场的转差率为

而

单相异步电动机没有固定转向，它的转动方向决定于起动初始外力矩的方向。则与逆向旋转磁场的转差率则为，而3.机械特性曲线

单相异步电动机的机械特性曲线的绘制方法与三相异步电动机相同。先设只有正向旋转磁场，得到n+=f(T+)曲线，然后再设只有逆向旋转磁场，得到n-=f(T-)曲线。最后逐点合成转矩既可得到单相异步电动机的机械特性曲线如图4-25所示。图4-25单相异步电动机曲线二、各种类型的单相异步电动机单相异步电动机自身没有起动转矩，为了解决起动问题，一般在起动时先使定子产生一个旋转磁场，由此产生起动转矩。按起动方法的不同，单相异步电动机有以下几种类型。

1.电容分相式异步电动机

2.电阻分相式异步电动机

3.罩极式单相异步电动机1.电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机定子上有两套绕组，空间相差90°，在其起动绕组中串入一适当容量的电容器，然后与工作绕组并联接到单相交流电源上，如图4-27所示。此时起动绕组中的电流在时间相位上近似超前于工作绕组中的电流90°。

若要改变电容分相式异步电动机的转向，只需将工作绕组或起动绕组中的一个接线端对调即可。图4-26电容分相异步电动机机2.电阻分相式异步电动机还有一类单相异步电动机用增大起动绕组电阻的方法分相。由于与工作绕组并联的起动绕组电阻较大，则滞后电源电压的相位角比较小，而工作绕组电流的相位不变，这样，两个绕组中电流存在相位差而产生旋转磁场。电阻分相式异步电动机的分相角很小，约为20°～30°。3.罩极式单相异步电动机较小容量的异步电动机常采用罩极式结构。单相罩极式结构异步电动机的定子铁心由硅钢片叠成，通常做成凸极式。其工作绕组集中套在磁极上，铁心凸出的磁极上约三分之一处开槽，套上一铜制短路环，也称为罩极绕组，如图4-27所示。

罩极式单相异步电动机只有一个固定的转向。一、主配电板并车屏负载屏发电机控制屏第四章船舶同步电机

本章概述同步电机是一种交流电机,它区别另一种交流电机－异步电机的一个重要特征在于它的转速（r/min）与电流频率（Hz）之间保持着严格的关系，即

式中p为电机的极对数。所以，当同步电机的极对数和转速一定时，感应电动势的频率也是一定的。同步电机和其他电机一样，具有可逆性，可做同步发电机也可做同步电动机用，还可以做同步补偿机用。但在船舶上主要是做同步发电机用，对于某些采用电力推进的船舶，推进电动机大部分采用同步电动机。第四章船舶同步电机本章主要讲解内容第一节三相同步发电机的基本类型和结构第二节同步发电机的电枢反应第三节同步发电机的电势方程和相量图第四节同步发电机的运行特性第五节同步电动机第一节三相同步发电机的基本类型和结构

同步电机与其他电机一样，由定子和转子两大部分组成。三相同步发电机（旋转磁极式。）定子与三相异步电机的相同，主要有嵌放在铁心槽中的三相对称绕组，也称电枢绕组。转子上装有磁极和励磁绕组，如图5-1三相同步发电机结构原理图所示。当励磁绕组通以直流电流以后，电机内产生转子磁场，如用原动机带动转子旋转，则转子磁场与三相定子绕组间有相对运动，就会在三相定子绕组中感应出交流电势。返回

图5-1三相同步发电机结构原理图返回一、同步电机的基本结构1.同步发电机按其结构可以分为旋转电枢式和旋转磁极式。2.旋转磁极式按照磁极的形状，又可分为凸极式和隐极式。

图5-2同步发电机的基本型式

图5-2同步发电机的基本型式

1-定子；2-凸极转子；3-隐极转子；4-滑环a）

b）

124143返回同步发电机的基本类型：按同步发电机定子和转子的结构及作用不同有两种类型，即旋转磁极式和旋转电枢式。按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励的自励同步发电机和他励的无刷同步发电机。三、三相同步发电机额定值

同步发电机和其他电机一样，制造厂将该电机正常运行的条件，各种规定的数据都印刷在铭牌上。这些数据称为同步发电机的额定值，也是使用管理电机人员必须遵守的技术规定。同步发电机的主要额定值有：额定容量SN

或额定功率PN

额定电压UN额定电流IN额定功率因数cosΦN额定频率fN额定转速nN额定励磁电压（额定励磁电流）第二节同步发电机的电枢反应

三相同步发电机在运行中随着负载的大小、性质的变化，发电机内部的气隙磁场也在变化，三相同步发电机的输出电压和电流也随之变化。由负载电流产生的电枢磁场对主磁极磁场的影响称之为电枢反应。返回4.2.1同步发电机的空载特性原动机拖动发电机转子旋转，在发电机的转子绕组上加直流励磁，定子电枢绕组开路（发电机主开关处于断开）状态，称为同步发电机的空载运行。空载时，发电机的转速n等于同步转速、电枢电流

Ia=0，空载电压U0与励磁电流If的关系称为空载特性，表示为。空载特性曲线可参见图5-14空载特性可以通过实验方法测得。实验接线如图5-15所示0图5-14空载特性曲线VA图5-15空载实验原理接线图ABCSU+返回4.2.2同步发电机的对称负载运行原动机拖动发电机转子旋转，在发电机的转子绕组加上直流励磁，在定子三相电枢绕组端点接一负载，电枢回路中有负载电流通过，并由此产生电枢磁势，致使发电机中气隙磁场（相对于空载时的）发生变化，引起发电机输出端电压变化。一、电枢电流与空载电势同相位（即）时的电枢反应

ψ=0°时，同步发电机的内功率因数为，输出的负载电流与空载电势同相，发电机并不发出无功功率，将有功功率从发电机输至电网。具体电枢反应如图5-5。a）某一瞬间的位置图

b）相量图

c）展开图

图5-5ψ=0

时的电枢反应返回二、电枢电流滞后于空载电势900（即ψ=900）时的电枢反应

ψ=90°时，同步发电机的输出负载电流滞后于空载电势90°（即），发电机发出的有功功率为零，仅输送感性无功功率至电网。具体电枢反应如图5-6。

图5-6ψ=90°时的电枢反应返回NSSNFaFfEUIUNSEWEVIWIVnfanU1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2a）U相绕组电势最大时的位置c）U相绕组电流最大时的位置b）相量图d）展开图三、电枢电流超前于空载电势900（即ψ=-900）时的电枢反应

ψ=-90°时，同步发电机的输出负载电流Ia超前于空载电势90°（），发电机发出的有功功率为零，仅输送容性无功功率至电网。具体电枢反应如图5-7。返回NSSNEUIUNSEWEVIVnFfFaIWnnU1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2a）U相绕组电势最大时的位置c）U相绕组电流最大时的位置b）相量图d）展开图

图5-6ψ=-90°时的电枢反应四、同步发电机实际运行时的电枢反应1.实际运行时，同步发电机的内功率因数角Φ可以为-90°到90°之间的任意数值，即电枢磁势的轴线和主磁势的轴线可以有任意的相对位置。与直流电机一样。此时可以将电枢磁势分解为直轴分量和交轴分量，直轴分量起去磁作用或增磁作用。2.一般0°<Φ<90°是同步发电机最常见的运行情况，此时发电机的输出负载电流落后于空载电势角，发电机将向电网输送一部分有功功率和一部分感性无功功率。a）b）