第十章 同步发电机的基本电磁关系
同步发电机结构及工作原理PPT
火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转
速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通 常称为汽轮发电机。
核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站
用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都 较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电 站的大。
水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较 多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。
在火电厂，发电机用汽轮机作原动机，称为汽 轮发电机；在核电站是以核反应堆来代替火电站的 锅炉，原动机仍然是汽轮机；
在水电厂，发电机用水轮机作原动机，称为水 轮发电机；
有的地方用柴油机用作原动机，称为柴油发电 机。
18.06.2020
7
三相同步发电机的基本工作原理
N
If
n
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18.06.2020
• 同步发电机基本工作原理：导 体切割磁力线感应电动势。
磁势Fa
Fa
18.06.2020
nn11
6600 ff pp
nnnn1 1
(同步电机) 10
三相同步发电机的基本工作原理
定子绕组三相感应电势
eOAEmsi nt
eOB E msi nt (12 )0 eOC E ms（ in t24 ） 0
定子外接负载，形成回路，有三相电流。 机械能转化为电能
18.06.2020
14
同步电机的类型
• 按运行方式不同分为：发电机、电动机和调相机。
• 按结构形式不同分为：电枢旋转式（简称转枢式） 和磁极旋转式（简称转场式）。磁极旋转式按转 子结构不同又分为凸极式和隐极式。
• 按安装方式不同分为：卧式和立式。
• 按原动机类型不同分为：汽轮发电机、水轮发电 机、燃气轮发电机、柴油发电机、风力发电机、 太阳能发电机等等。
2009_27电机学-同步发电机的基本电磁关系02
若把电流也分解成和两个分量，则I &d I &q I &ψψcos sin I I I I I I I q d qd ==+=式中：&&&交轴电枢反应磁动势使气隙磁场扭斜，而直轴电枢反应磁动势对励磁磁动势起去磁作用，使气隙磁场减小。
－90o<ψ<0o 时，交轴电枢反应磁动势使气隙磁场扭斜，而直轴电枢反应磁动势对励磁磁动势起加磁作用，使气隙磁场加强。
结论：只有交轴电枢反应的存在，才能实现机械能与电能之间的转换，而直轴电枢反应的存在，将只引起气隙磁场的变化，进而引起电机端电压的变化。
交轴电枢反应，扭斜气隙磁场（交磁），实现机电能量转换的必要条件；直轴电枢反应，加磁或去磁，只引起气隙磁场的变化，进而引起电机端电压的变化。
电枢反应电抗：由于电枢反应电动势E a 正比于电枢反应磁通Φa ( E a ＝4.44 f w k w1Φa )。
不考虑饱和及定子铁耗时，电枢反应磁通Φa 又正比于电枢磁动势、电流，即IF E a a a ∝∝Φ∝IE a ∝于是在时间相位上，落后于以相角，而与同相，所以落后于以相角，因此可写成负的电抗压降的形式，即a E &a Φ&o 90I &I &o90aa x I j E &&−=aΦ&a E &aE &电枢反应电抗的物理意义：虽然、和都是某一相的物理量，但应理解为三相对称电流系统联合产生的电枢反应磁场所感应于一相中的电动势与相电流的比值，因此它实际上综合反映了三相对称电枢电流所产生的电枢反应磁场对于一相的影响，是一个等效电抗。
a E &I &a x a x漏电抗：漏磁电动势也可写成负的漏抗压降的形式，即σE &σσx I j E &&−=式中：为与漏磁通相对应的漏电抗。
σx不考虑饱和时隐极同步发电机的电动势方程式可写为：称为同步电机的同步电抗。
同步电机基本电磁关系总结56页PPT
同步电机基本电磁关系总结
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
同步发电机的基本电磁关系
jIq xaq
jIx
E
Ira
kaq
Faq
cos
kaq Fa
U
E0 E0 E d
Eaq cos
kad Fad
以上可以确定d轴，进一步确定
0 kaq Fa Fd Ff
Ff
I
E0 Ed Id xad
Ff Fd kad Fad
Fad
Iq
Fad I d
F d
Ff 1
§10-6 空载和短路特性
一、空载特性
定义：xs xa x 为同步电机的同步电抗。
5、相量图和等效电路 向量图
E0
jIxa
E
jIx
Ira U
I
等效电路
xs
xa
x
E a
E
～ E0
E
ra
I U
问：各角度的物理意义是什么？
二、考虑饱和时的磁动势－电动势相矢图 1、电磁关系：
if 励磁电流 （I 定子三相电流）
Ff 1
非线性
F
Fa
E
与U Ira平衡
时空相矢图 1.空间矢量：沿空间按正弦分布的量。
f
A
Y C
A
Ff 1
N B0
n1 Z
举例：励磁磁动势Ff 1;磁通密度B0;电枢磁动势Fa 。
2.时间相量：随时间按正弦规律变化的量。
f
S X
B
t
t
举例：空载电动势 E0 和电枢电流 I 。
3. 空间矢量与时间向量的关系：
A
Y C
A Ff 1
B0 N
解： cos1 0.8 36.8
E0
tg 1
I xq U sin U cos
同步发电机的运行原理
Xa（隐）>Xad（凸）>Xaq（凸）
二、凸极同步发电机
3、相量图 以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载
的相量图如下：
E0 U cos( ) Id xd U cos Ixd sin
tan Ixq U sin U cos
二、凸极同步发电机
一、隐极同步发电机
由于电枢绕组的电阻ra很小，可以忽略不计， 则隐极同步发电机的电动势平衡方程式可写 成：
一、隐极同步发电机
3、等效电路和相量图
根据隐极同步发电机的电动势平衡方程式 （忽略电枢电阻）可做出如下隐极同步发电 机的等效电路图： Xt
•
I
•
U
一、隐极同步发电机
以发电机端电压为参考相量，作带阻感负载 的相量图如下：
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
F
d轴 B0 ( 0 )
1
Ff
Fa ( Fad )
I
时空矢量图 E0
三、电枢反应
3、ψ=-90° 时的电枢反应
• 直轴增磁电枢反应。 • 电磁力f1在转子上不产生的电磁转矩。 • 合成磁动势Fδ增大，使发电机的端电压上升。 • 要想保持发电机的端电压不变，需减小发电
负载运行时，同步电机内的主磁场由 励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
三、电枢反应
空载：气隙磁动势 F Ff 负载：气隙磁动势 F Ff Fa 同步发电机对称负载时，电枢磁动势Fa
对励磁磁动势Ff的影响，称为电枢反应。
三、电枢反应
两种磁动势性质比较：
励磁磁 动势
基波 波形
大小
正弦波
恒定，由励 磁电流决定
同步发电机的基本电磁关系(7)
§10-5 同步发电机的运行特性及参数测定
一、 空载特性
E0
n n1，I 0，U f (i f )
E0
气隙线 空载特性
饱和系数：
U N
K
if 0 if
E0 UN
0
i f i f 0
if
二、 短路特性
Ik IN
一般 x 0.1 ~ 0.2 ，当
I
k
1
时，E
0.1
0.2
所以磁路不饱和。
E0
i f E0 Ik
故短路特性为一条直线。 此时，其相量图如右。
E jIk x
F Ff 1 Fa
Fa Ff 1
F 90
Fa Ik
三、零功率因数特性
n n1，cos 0(滞后)，I 常数时，U f (if )
分析： ra 0
E U I ra j I x U j I x
F Ff 1 Fa
E U I x
E jIx
U
Ff 1 F Fa
Ff F Ka Fa
i f i f i fa
Fa
F
Ff 1
Fa
I
i fa ：电枢反应磁势的等效励磁电流。
E0
jId (xd xq )
EQ
jId xd jjIIxqqxq
M
UIra
IqΒιβλιοθήκη d轴 q轴tg1 Ixq U sin Ira U cos
E0 U cos Ira cos Id xd
I Id
§10-5 同步发电机的运行特性及 参数测定
主要内容：
1、运行特性 空载特性、短路特性、零功率因数特性
同步发电机的基本电磁关系和运行规律
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
空载特性：改变励磁电流 if ，就可得到不同的 Φ0 和励 磁电动势E0，曲线E0＝f(if )表示在同步转速下，空载电 动势 E0与励磁电流 if 之间的关系，称为发电机的空载 特性。如图所示。由于E0∝ if ，if ∝ Ff ，所以，空载曲 线实质上就反映了电机的磁化曲线。
主磁通
漏磁通
同步发电机的基本电磁关系
§10-1 同步发电机的空载运行
➢基本概念
主磁通（励磁磁通）：既链过转子，又通过气隙并与 电枢绕组交链的磁通Φ0，称为主磁通，它就是空载时 的气隙磁通，或称励磁磁通。
主极漏磁通：只交链励磁绕组的磁通Φfσ称为主极漏磁 通，它不参与电机的机电能量转换过程。
同步发电机的基本电磁关系
同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电 枢磁动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因 此它们在空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才 使它们之间的相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙 磁场、产生平均电磁转距，实现机电能量转换。实际上， 定转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机正常 运行的基本条件。
§10-1 同步发电机的空载运行
➢同步发电机空载运行分析
励磁电动势：将发电机用原动机拖动，使转子以同步速 旋转，则主磁通Φ0将在气隙内形成一个旋转磁场，如 果定子绕组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频 率为f的三相对称电动势，称为励磁电动势，不计谐波， 三相励磁电动势为：
E AE 0 0;E BE 0 12 ;E 0 CE 0 24 E 04.4f4w w 1 k0
电力系统暂态分析—同步发电机的基本电磁关系
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢三、不同ψ角时的电枢反应
1. I 与 E0 同相位时的电枢反应－交轴电枢反应
d轴 q轴 F Ff 1 Fa
AБайду номын сангаасt
f
F
E 0
称为励磁磁动势和励磁磁场。
图10-1 同步发电机的空载磁路
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
➢一、基本概念
旋转电机实现机电能量转换的基本条件：同步电机的电枢磁 动势的基波与励磁磁动势转速相同，转向一致，因此它们在 空间保持相对静止。正由于这种相对静止，才使它们之间的 相互关系保持不变，从而建立稳定的气隙磁场和产生平均电 磁转距，实现机电能量转换。实际上，定转子磁动势相对静 止是一切电磁感应型旋转电机正常运行的基本条件。
方向与电流正方向一致时，A相感电动势为正的最大，所以 E0
位于时间轴线上。如图(b)所示。电动势相量的角频率与转子旋
转的角速度都是ω。
A
电枢电流 I 也是时间相量，它 的相位决定于电机内部的阻抗
和负载的性质。电机内部的阻
抗和负载的性质决定了电枢电 Ff 1 N
t
E0
I
流和空载电动势之间的相位差
角ψ， ψ称为内功率因数角。
N
B0
图10-6 时空相矢图
3.时空相矢图：
结论：在时空相矢图上E0 总是落后于 Ff1 以90度，Fa 总是与I 重 合。E0与 I 之间相位差 随着负载的性质不同而改变。而 Fa 与Ff1 之间相对位置又完全取决于ψ角 (它们之间的空间相位差为90 角)，所以电枢反应的性质是由ψ角决定的，也就是说单机运行 时电枢反应的性质是由负载的性质决定的。
同步电机的基本电磁关系
E0
c
b
o' a
0
i f ( Ff )
ac 饱和因数k bc
2、磁路线性化后的磁动势电动势相－矢量图 电磁关系
i f Ff 1 B0 E0 E U IZ s I Fa Ba Ea
磁路线性化后的磁动势电动势相－矢量图
jA
定义：电枢磁动势对励磁磁动势的影响叫电枢反应。 一、 磁动势分析 1、定子三相对称绕组中对称三相电流产生基波电枢磁动势Fa
Fa 1.35 （1） 大小： N1 I1kdp1 p
(A)
（2） 转速： n1 60 f1 (r/min)
（3） 转向：沿通电相序A、B、C的方向，它与转子转向相同
（4）极对数：和转子极对数Ｐ相同，决定于绕组的节距 y1 2、转子绕组通入直流产生每极基波励磁磁动势 Ff 1 （1） 大小： Ff 1 1 k f N f if (A)
隐极发电机内部的电磁关系
空载时：i f Ff 1 B0 E0
i f Ff 1 负载时： F B E U IZ s I Fa
隐极发电机磁动势电动势相－矢量图的作图方法
cos 及电机的参数 R 、 已知电机带负载时的 U 、I 、 X s ，求 电机励磁磁动势幅值 Ff 。
定子绕组开路、转子由原动机拖动到额定转 速并通入励磁电流的运行状态称为同步发电机的 空载运行，称 U0 E0 f (i f ) 的函数关系为空载 特性，它是一条非线性关系的饱和曲线。
E0
Un
O
注意：空载曲线横坐标是实际的励磁电流，或每极 实际磁动势波幅，而不是基波磁动势。
Ifn
If
第二节 对称负载时的电枢反应
同步电机基本电磁关系总结56页PPT
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
同步电机基本电磁关系总结
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。•源自8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
同步发电机的基本电磁关系
5
§10-2 三相同步发电机的电枢反应
一、电枢反应的定义
i f Ff 1(n1) E0 I Fa (n1)
气隙磁动势： F F f 1 Fa E
Fa ——电枢反应磁动势 E ——气隙电动势
6
二、时空相矢图 ⒈ 空间矢量：在空间上按余弦规律分布的量
Y
Fa
C
A
N
S
（2）E0：依电磁感应原理 Ff1
X
（3）I：由内功率因数角确定 Z
n1 B
（4）Fa
：位于磁势幅值的位置
A t
E0
Fa
I
t E0
IA (I)
Ff 1
N
B0
IC IB 11
⒊ 时空相矢图
特点：
Ff 1
பைடு நூலகம்
N
B0
①
g
E
0
A
落后于
F
f
1
90o
；
A t
E0 Fa
I
② F a与
g
I
Fad Fa sin Id I sin
Faq Fa cos Iq I cos
q轴
A t
F
E0
Faq
Fa
Iq I
N
Id Fad
F Ff 1 Fa (Ff 1 Fad ) Faq
⒌ 90o 0o 时
15
小结：电枢反应的作用
① Fa Fad Faq ② Fad ：去磁或加磁作用，影响 F 的大小； ③ Faq ：使 F 扭斜，是实现机电能 量转换的必要条件；
第十章 同步发电机的基本电磁关系 （对称稳态运行）
主要内容：
2009_28电机学-同步发电机的基本电磁关系03
不考虑饱和时隐极同步发电机的电动势方程式sa x I j r I U E &&&&++=0同步电机的同步电抗σxx xa s +=它是表征对称稳态运行时电枢反应磁场和电枢漏磁场的一个综合参数，它就是三相对称电枢电流所产生的全部磁通在某一相中所感应的总电动势与相电流之间的比例常数。
气隙电动势：不计饱和时，把主磁通和电枢反应磁通感应的电动势相加，即得气隙电动势，用表示。
δE &σδx I j r I U E E E a a &&&&&&++=+=0和隐极电机相似，不计饱和时qaq aq aq d ad ad ad I F E I F E ∝∝Φ∝∝∝Φ∝即直轴电枢反应电动势E ad 正比于直轴电流I d ；交轴电枢反应电动势E aq 正比于交轴电流I q ，从相位上来看和又分别滞后于和以相角。
因此直轴和交轴电枢反应电动势可用相应的负电抗压降表示。
adE &aq E &d I &q I &o 90aqq aq ad d ad x I j E x I j E &&&&−=−=式中x ad 、x aq 分别称为直轴电枢反应电抗、交轴电枢反应电抗，表征当对称的三相直轴或交轴电枢电流每相为 1 安时，三相联合产生的基波电枢反应磁场在每一相绕组中感应的直轴或交轴电枢反应电动势。
aqaq adad w x w x Λ∝Λ∝22W 为定子每相串联匝数。
Λad 和Λaq 分别为直轴和交轴电枢反应磁通所经磁路的磁导，其磁路如图所示。
aq aq ad ad w x w x Λ∝Λ∝22由于直轴电枢反应磁通所经磁路的气隙小，磁导大，交轴电枢反应磁通所经磁路的气隙大，磁导小，即aq ad Λ>Λaqad x x >aq ad Λ=Λaaq ad x x x ==对于隐极电机，气隙均匀凸极同步发电机的电动势方程式：qq d d a aqq ad d a aqq ad d a aaq q ad d x I j x I j r I U x x I j x x I j r I U x I j x I j x I j r I U E r I U x I j x I j x I j E &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&+++=+++++=++++=+=−−−)()(00σσσσ或σσx x x x x x aq q ad d +=+=分别称为凸极同步电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第十章同步发电机的基本电磁关系§10-1同步电机概述同步电机也是一种交流电机。
它可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机。
发电厂发出的三相正弦交流电，都是用三相同步发电机产生的。
同步电动机，可以改善电网功率因数；同步调相机，可以作为电网无功率调节手段。
一、同步电机的基本结构同步电机是由定子、转子两大部分组成的，定子也称电枢。
它和异步电机的定子在构造上是一致的，即定子由硅钢片叠装而成，上面开有槽，槽中放置绕组。
关于绕组刚刚讲过这里我们就不再必赘述。
同步电机的转子按照磁极的形状可分为凸极式，隐极式两类。
a）b）图10-1 同步电机结构图a）凸极式b）隐极式凸极式同步电机转子有明显突出的磁极，直流励磁，产生磁场，水轮发电机由水轮带动转速低，转子为凸极式。
隐极式同步电机从外形上看没有凸出的磁极，沿着转子的圆周上有齿和槽，励磁绕组分布开，它的转速高。
汽轮发电机由于转速高，为了加强机械强度和很好的固定励磁绕组，一般的都做成隐极式的。
n f（电枢电流的）和转子极对数p之间有严格不同步电机的特点，即转子转速、电动势频率变的关系：60f=（10-1）np例如：当f=50Hz时，n如果p=1，则=3000r/min；n如果p=2，则=1500r/min。
二、同步电机的额定值1． 额定电压U N 指额定运行时电机定子三相绕组上的线电压，单位为伏（V ）或千伏（kV ）。
2． 额定电流N I指电机在额定运行时，流过定子绕组的线电流，单位为安（A ）。
3． 额定功率N P电机的输出功率，同步发电机指输出的额定有功功率cos N N N P I N ϕ= （10-2）同步电动机指输出的机械功率cos NN N N P I N ϕη= （10-3）同步调相机指出线端的无功功率（Kvar ）。
§10-2 同步发电机的空载运行同步发电机被原动机拖到同步转速，转子绕组通入直流励磁电流而电枢绕组(定子)绕组开路，这种运行状态称为空载运行或无载运行（no-laod operation ）。
此时，电枢电流为零，电枢气隙中只有转子励磁电流f i 产生的磁动势f F 和磁场，称为励磁磁动势(excitation m.m.f )和励磁磁场(excitation field )。
图10-2表示一台凸极发电机的空载磁路，图中0Φ表示既链过转子，又通过气隙fE N U 0f f δ图10-2 同步发电机的空载磁路 图10-3 同步发电机的空载特性（磁化曲线）并与电枢绕组交链的磁通，称为主磁通，它就是空载时的气隙磁通，或称励磁磁通。
f σΦ表示只交链励磁绕组的主极漏磁通，它不参与电机的机电能量转换过程。
当原动机拖动转子以同步速旋转时，则主磁通0Φ将在气隙内形成一个旋转磁场。
若定子绕组是对称的，则主磁通切割电枢绕组感应出频率为f的三相对称电动势。
不计谐波时，三相励磁电动势为：0000000101202404.44A B C N E E E E E E E fNk =∠=∠−=∠−=Φ&&&0（10-4）这样，改变i 就可得到不同Φ和f00E ，曲线0()f Ef i =表示在同步转速下，空载电动势和励磁电流之间的关系，称为发电机的空载特性。
如图（10-3）所示。
由于，0E fi0E∝Φf f i F ∝，所以空载曲线实质上就反映了电机的磁化曲线。
当主磁通较小时，整个磁路处于不饱和状态，绝大部分磁动势消耗于气隙（即铁心所消耗的磁压降略去不计），所以空载特性的下部是一条直线。
与空成曲线下部相切的线OG ，称为气隙线。
随着0Φ0Φ的增大，铁心逐渐饱和（铁心所消耗的磁压降不能忽略不计）逐渐变弯。
空成特性是同步发电机的基本特性之一。
线段ab 表示消耗于铁心部分的磁动势；线段bc 表示消耗于气隙部分的磁动势。
一般设计的电机，空载电动势等于额定电压的一点在曲线转弯处，电机的饱和因数为：f f i ac k i ab µδ==（10-5）对普通电机的k µ值一般在左右。
1.1 1.25k µ= §10-3 三相同步发电机的电枢反应同步发电机空载时电机中只有一个同步旋转的励磁磁动势，带上负载以后，由于电枢绕组有电流通过，就出现第二个磁动势——电枢磁动势。
或者说定子三相绕组中将通过对称三相电流，产生电枢磁动势，这是在同步发电机的气隙中同时作用着两个磁场。
这种定子绕组中产生的电枢磁动势的基波对主极磁场基波的影响，就称为电枢反应。
因此，电枢磁动势又称为电枢反应磁动势。
同步发电机的气隙中同时作用着两个磁场，这两个磁势以相同的转速，相同的转向旋转着，彼此在空间保持相对静止。
实际上，定、转子磁动势相对静止是一切电磁感应型旋转电机能够正常运行的基本条件。
分析电枢反应时采用时间相量和空间矢量统一图，这种图简称为“时空相矢图”。
一．时空相矢图 1．空间矢量凡是沿空间按正弦分布的量都可表示为空间矢量。
基波励磁磁动势1f F 及磁密0B 为一空间矢量，该矢量位于转子的极轴线上，方向为N 极指向，以同步速旋转，如图10-4所示。
I &（a ） （b ）图10-4 励磁磁动势空间矢量 图10-5 电枢磁动势空间矢量电枢磁动势a F 也为空间矢量（1F ），它的位置这样确定，当某相电流达到最大时，电枢磁动势aF 刚好转到该相绕组的轴线上。
它的指向与绕线中的电流方向符合右手螺旋定则，而且转向与转子的一致，也是以同步速旋转，如图10-5所示。
图中A 相电流最大，所以a F 刚好转到A 相轴线上。
（电流的规定正方向仍由末端流向首端）。
2．时间相量凡是随时间按正弦规律变化的量都是时间相量，同主电机的电动势、电流等都是相间相量。
空间矢量1f F 和a F 都是指整个电机的量，没有三相之分，而时间相量却有三相之分。
一般仅画A 相，而且在相量符号中不再加注脚A ，其它相量可根据互差120°画出来。
A+ψE &t+I &（a ） （b ） 图10-6 空载电动势相位的确定同步电动机的空载电动势（励磁电动势）0E &是时间相量，它的相位由转子位置决定。
如转子处于图10-4位置，当电动势正方向与电流正方向一致时，A 相感应电动势为正的最大，所以0E &位于时间轴线上。
如图10-6（b ）所示。
电动势相量的角频率与转子旋转的角速度都是ω。
电枢电流也是时间相量，它的相位决定于电机内部分阻抗和负载的性质，电机内部阻抗和负载的性质决定了电枢电流和空载电动势之间的相位差I&ψ，ψ——称为内功率因数角。
如图10-6（b ）所示。
3．时空相矢图由于空间矢量和时间相量旋转的角速度都是ω，为了分析上的方便，把空间轴线+A 与时间轴线+t重合在一起，把空间矢量和时间相量画在一张图里，这种图就是时空相矢图。
例如转子位置如图10-7（a ）所示，此时1f F 在+A 轴前900，根据eb lv δ=可知，该瞬间A 相电动势最大，所以0E &()I &B1f 0aF（1）在时空相矢图上0E &总是落后于1f F 以90°； （a ） （b ） （c ）图10-7 时空相矢图的画法与+t 轴重合。
设电枢电流落后于I &0E &以ψ角，根据某相电流最大时，aF 刚好转到该相绕组的轴线上，可知a F 应落后于+A 轴ψ角。
因为当电流转过ψ角达到最大，此时a F 也转过ψ角与+A 轴重合，即得时空相矢图，如图10-7（c ）所示。
综合以上所述得出结论如下：（2）a F 总是与重合； I&（3）0E &与之间的相位差I &ψ随着负载的性质不同而改变，而a F 与1f F 之间相对位置完全取决于ψ角（它们之间的空间相位差为90o+ψ角），所以电枢反应的性质是由ψ角决定的。
即由负载的性质决定的。
二、不同ψ角时的电枢反应1．与I &0E &同相位(Ψ=00)时的电枢反应 如图10-8所示，1fF 超前+A 轴为900电角度，A 相电势0E &落后1f F 900电角度，A 相电流与I &0E &重合，和矢量相加得到合成磁动势：1f a F F F δ=+ （10-6）E &I&1f aF 0（a ） （b ）图10-8 ψ=0o 时的电枢反应结论：当时间+j 轴与空间参考轴都取同一相的量时，点枢电流将与I &aF 电枢磁动势重合。
电枢反应磁动势a F 落后励磁磁动势1f F 900空间电角度，a F 正好位于交轴上，所以这种情况称为交轴电枢反应，a F 称为交轴反应磁动势，图10-8（b ）表示了a F 、1f F 以及F δ的波形和相对位置。
由图10-8可以看出交轴电枢反应的作用：（1）对于主磁场而言，交轴电枢反应磁动势在前极端（顺转向看，极靴的前部）起去磁作用，在后极端起加磁作用，使合成磁动势F δ较1f F 扭斜了θ′角。
（2）只有具有交轴反应，定子合成磁动势和主磁极之间才会形成一定的θ′角，从而才能实现机、电能量转换，所以交轴电枢反应是实现机、电能量转换的必要条件。
2．落后I &0E &以900(Ψ=900)时的电枢反应 图10-9（a ）表示了这种情况的时空相矢图。
图10-9（b ）表示了1f F 、a F 以及合成磁动势F δ的波形和相对位置。
此时由于落后于I &0E &以900，A 相电流要等t ω再经过900以后才能达到最大，所以在所研发的瞬间，电枢反应磁动势应位于图10-9（b ）中所示的位置，该位置恰好满足当A 相电流相量转过900达到最大时，电枢磁动势波幅刚好转过900达到A 相绕组轴线上。
由图可知，电枢反应磁动势的波幅恰好和磁极轴线重合，所以这种电枢反应称为直轴电枢反应，a F 也称为直轴电枢反应磁动势。
ψ+t .+AE &I &1f F aF F δaF（a ） （b ）图10-9 ψ=900时的电枢反应由图可以看出ψ=900时的直轴电枢反应的作用： （1）对主磁场起去磁作用，使气隙合成磁动势减小；（2）由于合成磁动势没有扭曲现象（θ′=0o ），可以不产生切向力，所以也不产生电磁转矩，因而不能进行机电能量转换。
3．超前于I &0E &以90o(ψ=-900)时的电枢反应 如图10-10所示，表示了这种情况的时空相矢图和表示了1f F 、a F 以及合成磁动势F δ的波形及相对位置。
ψ+t .+A 0E&I&1f F F δa F（a ） （b ） 图10-10 ψ=-900的电枢反应a F 与1f F 同相位，对1f F 起助磁作用，也称为直轴电枢反应磁动势，使得气隙合成磁场增强；合成磁动势也没有扭斜现象，所以也不会产生电磁转矩，也不能进行机电能量转换。