同步電機(交流發電機)短路比的意義
在同步電機中,短路比 (SCR) 是一個重要因素。SCR 影響同步電機的物理尺寸、執行特性和成本。
低SCR值
當SCR值較低時,同步電機對負載變化非常敏感,即交流發電機的端電壓隨負載變化而發生較大變化。為了保持端電壓恆定,必須在較寬的範圍內改變電機的勵磁電流。此外,對於較小的SCR值,電機的同步功率較小。同步功率保持電機同步執行,因此,具有低SCR值的同步電機具有較低的穩定性極限。因此,當與其他交流發電機並聯執行時,具有低SCR值的交流發電機穩定性較差。在短路條件下,低SCR值的同步電機的電樞電流較小。
高SCR值
當SCR值較高時,同步電機具有更好的電壓調整率和改進的穩態穩定性極限,但短路條件下的電樞電流較大。
SCR對電機尺寸、重量和成本的影響
同步電機的物理尺寸和成本受短路比的影響。同步電機的勵磁電壓由下式給出:
$$\mathrm{勵磁電壓,\:𝐸_{𝑓} = 4.44\:𝑘_{𝑤}\:𝑓\:φ\:𝑇_{𝑓}… (1)}$$
因此,
$$\mathrm{𝐸_{𝑓}\:∝ 每極磁通}$$
$$\mathrm{𝐸_{𝑓}\:∝\frac{每極磁動勢}{氣隙磁阻}… (2)}$$
此外,
$$\mathrm{同步電感,\:𝐿_{𝑠} ∝ \frac{1}{氣隙磁阻}… (3)}$$
並且
$$\mathrm{SCR ∝\frac{1}{𝐿_{𝑠}}… (4)}$$
$$\mathrm{∴\:SCR ∝\:氣隙磁阻\:或\:氣隙長度 … (5)}$$
因此,從公式(5)可以清楚地看出,可以透過增加氣隙長度來提高同步電機的SCR。隨著氣隙長度的增加,為了獲得相同的𝐸𝑓 值,必須增加磁動勢。為了增加磁動勢,必須增加勵磁電流(𝐼𝑓) 或勵磁繞組的匝數(𝑇𝑓),這需要更高的勵磁極高度。結果,電機的整體直徑增大。因此,較高的SCR值會增加電機的物理尺寸、重量和成本。
各種型別同步電機的短路比(SCR)的典型值如下:
圓柱轉子同步電機 – 0.5 至 0.9
凸極同步電機 – 1.0 至 1.5
同步調相機 – 0.4