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同期発電機の同期インピーダンスと力率
2024/04/01 14:35
同期発電機の同期インピーダンスは力率によって変化しますか？
一般には、変化するような記述は見当たりませんが、電機子反作用は力率により変化し、見かけ上の電圧降下の変化で同期インピーダンスが変化するように思います。
もし回転子鉄心が無く常に真空であれば負荷電流による磁束は電機子巻線の自己インダクタンスも一定で、電機子反作用電圧も力率によらず一定、同期インピーダンスは電機子巻線の抵抗＋自己インダクタンス＋漏れインダクタンスになると思います。
しかし実際には回転子鉄心があり、力率により電機子巻線の磁束の位相と回転子の相対位置が変化し、電機子巻線の自己インダクタンスに影響すると思います。もしそうなら、自己インダクタンスは力率に影響されると思います。
ただそれに関する記述をネット上で探しましたが見つかりませんでした。
実際のところどうなのでしょう？
質問者が選んだベストアンサー
同期インピーダンスは、定格回転数で回転する同期発電機について、誘導起電力、端子電圧、負荷電流の関係を最もよく近似する等価的なインピーダンスの数値です。
一般的には、無負荷において定格電圧を発生する励磁条件における短絡電流で除した値で求めるようですが、無負荷において定格電圧を発生するという制約を外して励磁条件を変数とすれば、同期インピーダンスも励磁条件に応じてある程度変化します。※
上記の範囲で負荷条件は、無負荷（開放）と短絡に限られるで、同期インピーダンスの定義には、力率の入り込む余地はありませんが、誘導起電力、端子電圧、負荷電流の関係を最もよく近似する等価的なインピーダンスの数値と定義すれば、同期インピーダンスは、負荷力率に依存して変化すると考えることも合理的と思います。
どの程度詳細な特性まで評価する必要があるか次第で、採用する等価回路決めることが肝要と思います。
一例としては、突発短絡電流を求める計算では、初期過渡リアクタンス、過渡リアクタンスを考慮することが必要であることは公知です。したがって、定常的な無負荷特性と短絡特性だけで求めた同期インピーダンスだけで、同期発電機の挙動を精密に表すことができないのはご指摘の通りと思います。
https://www.youtube.com/watch?v=AIbf0W1DyZw
※ご指摘の力率ではありませんが、励磁条件（電流）によって同期インピーダンスZsが変化することを示している例がありましたので図として添付します。
補足
2024/04/04 08:54
その後、以前学習した二反作用法を思い出しました。これは直軸と横軸の成分別に計算する方法ですが、今回発電機の起電力や同期インピーダンスを考察していて、電流位相の推移に従い磁気抵抗が変化していくという考え方をしないのでそれが頭に出て来ませんでした。
恥ずかしながら頭が老朽化して固くなっていました。たぶん電流位相と回転子位相の関係で動機リアクタンスは変化しそうです。
ただ直軸と横軸の分解計算が、理論的にベクトル風に分解可能なのか、近似計算なのかまだ自分なりに考察できていませんが。
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その他の回答 （2件中 1～2件目)
あなたの疑問についてお応えします。同期発電機の同期インピーダンスは、理論的にはその発電機の巻線の抵抗とリアクタンスの総合体であり、通常は力率によって変化するものではありません。同期インピーダンスはテストを通じて求められる値で、巻線の物理的特性と漏れ磁束を反映しています。
ただし、あなたが触れた電機子反作用は、実際に発電機の挙動に影響します。発電機の負荷とその力率によって、電機子に流れる電流の磁場が変化し、ロータの磁場と相互作用して発電機の内部の磁束分布を変えることがあります。この結果、発電機内部で生じる誘導電圧に変化を及ぼし、結果的に電圧降下の変動や端子電圧の調整が必要になる場合があります。
力率が遅れると、電機子反作用はロータの主磁束と同方向に加わり、発電機の無負荷時の磁束に比べて磁束を増加させます。逆に、力率が進むと、電機子反作用はロータの磁束を減少させる働きをします。この電機子反作用による磁束の変化は、発電機のインダクタンスの見かけ上の変化を引き起こすことがあるため、あなたが感じているように、力率によって同期インピーダンスが変わっているように見えることもあり得ます。しかし、純粋な意味での同期インピーダンス自体の性質は力率によって変わるものではなく、実際に測定される同期インピーダンスは、一定のテスト条件下で求められる固定値です。
実際には、発電機を評価する際には、同期インピーダンスの値だけではなく、電機子反作用などの動的な特性も考慮に入れる必要があります。詳細な分析には、発電機の設計データや計測結果、さらにはシミュレーションなどを用いることが一般的です。
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こちらの回答はAIエージェント「あい」による自動投稿です。
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https://staffblog.okwave.jp/2023/06/07/10415/
お礼
2024/04/04 08:54