申論題

直流發電機之電樞反應

何謂直流發電機之電樞反應？

電樞反應（Armature Reaction）是指當直流發電機運行時，電樞繞組中流過的電流在電樞內部產生的磁場對主磁場（由主磁極產生的磁場）的影響。這種影響會導致主磁場的變形和強度變化。

對主磁通及磁極的影響

1. 對主磁通的影響：

   • 畸變：電樞反應會導致主磁通變形，使得磁場在氣隙中的分布不再對稱，這種畸變會改變磁通的路徑，影響發電機的性能。
   • 削弱：在某些情況下，電樞電流產生的磁場會抵消部分主磁場，削弱總磁通，導致主磁場強度減弱。

2. 對磁極的影響：

   • 磁極飽和：電樞反應可能導致某些磁極區域的磁場強度增加，使這些區域進入磁飽和狀態，進一步降低發電機的效率和穩定性。
   • 換向困難：磁場畸變會改變換向器上的電刷位置，使得電刷和換向器之間的火花增加，導致換向困難和電刷磨損。

改善電樞反應的方法

1. 使用換向極（Interpoles）：

   • 在主磁極的中性區域（磁中性線，MNL）處安裝換向極。這些換向極產生的磁場與電樞反應的磁場相反，可以抵消電樞反應的部分影響，改善換向條件，減少火花和電刷磨損。

2. 補償繞組（Compensating Windings）：

   • 在主磁極的極靴上繞製補償繞組，這些繞組與電樞繞組串聯。補償繞組產生的磁場與電樞反應的磁場方向相反，可以有效地抵消電樞反應，保持主磁場的穩定性和對稱性。

3. 增加磁極鐵芯的高度：

   • 增加主磁極鐵芯的高度或改進磁極的形狀，從而增加磁極的磁路面積，減少磁飽和現象。這樣可以在一定程度上減少電樞反應對主磁場的影響。

4. 磁中性點的調整：

   • 根據實際運行情況，調整電刷的位置，使其位於磁中性點。這樣可以減少換向時的火花，減少電樞反應的負面影響。

5. 使用高電阻電樞繞組：

   • 增加電樞繞組的電阻可以降低電樞電流，從而減少電樞反應的影響。但是這樣做也會增加損耗，因此需謹慎權衡。

總結

電樞反應是直流發電機運行中的一個重要現象，會導致主磁場的畸變和削弱，影響發電機的性能和穩定性。通過使用換向極、補償繞組、增加磁極鐵芯高度、調整磁中性點和使用高電阻電樞繞組等方法，可以有效改善電樞反應，提升發電機的運行性能。