동기 기계의 단락비율

동기 기계의 단락 비율 (SCR)

동기 기계의 단락 비율 (SCR)은 개로 상태에서 정격 전압을 발생시키는데 필요한 필드 전류와 단락 상태에서 정격 아머 전류를 유지하는데 필요한 필드 전류의 비율로 정의됩니다. 3상 동기 기계의 경우, SCR은 아래 그림에 표시된 대로 정격 속도에서의 개로 특성 (O.C.C)과 단락 특성 (S.C.C)으로부터 도출될 수 있습니다:

위 그림에서 단락 비율은 아래 방정식으로 주어집니다.

삼각형 Oab와 Ode가 유사하므로,

직축 동기 반응항 (Xd)

직축 동기 반응항 X_d는 특정 필드 전류에 해당하는 개로 전압과 동일한 필드 전류 조건에서의 아머 단락 전류의 비율로 정의됩니다.

크기가 Oa인 필드 전류에 대해, 직축 동기 반응항 (오ーム)은 다음 방정식으로 표현됩니다:

단락 비율 (SCR)과 동기 반응항 간의 관계

방정식 (7)에서 단락 비율 (SCR)이 단위 당 직축 동기 반응항 X_d의 역수임을 알 수 있습니다. 포화 자기 회로에서는 X_d의 값이 자기 포화 정도에 따라 달라집니다.

단락 비율 (SCR)의 중요성

단락 비율 (SCR)은 동기 기계의 작동 특성, 물리적 크기 및 비용에 영향을 미치는 중요한 매개변수입니다. 주요 의미는 다음과 같습니다:

• 전압 조절 영향

• 낮은 SCR 값을 가진 동기 발전기는 부하 변화에 따른 단말 전압 변동이 더 두드러집니다. 일정한 단말 전압을 유지하려면 필드 전류 I_f를 넓은 범위로 조정해야 합니다.

• 안정성 제한

• 작은 SCR은 동기 유지에 필요한 동기 전력을 줄입니다. 이로 인해 안정성 한계가 낮아지며, 낮은 SCR을 가진 기계는 다른 발전기와 병렬 운전 시 덜 안정적입니다.

• 설계에서의 트레이드오프

• 높은 SCR을 가진 기계는 우수한 전압 조절과 향상된 정상 상태 안정성을 제공하지만, 아머 단락 고장 전류가 높아집니다. 또한, 설계 트레이드오프로 인해 기계의 크기와 비용에 영향을 미칩니다.

동기 기계의 권유 전압은 다음 방정식으로 설명됩니다:

Tph의 같은 값에서 권유 전압은 극당 필드 플럭스와 직접적으로 비례합니다.

동기 인덕턴스는 다음과 같습니다:

단락 비율 (SCR)과 에어 갭 간의 관계

따라서, 단락 비율 (SCR)은 에어 갭 저항 또는 에어 갭 길이와 직접적으로 비례합니다. 에어 갭 길이를 늘리면 SCR이 증가하지만, 이를 위해서는 동일한 권유 전압 (Ef)을 유지하기 위해 더 높은 필드 자기동력 (MMF)이 필요합니다. 필드 MMF를 증가시키려면 필드 전류 또는 필드 회수를 늘려야 하며, 이는 더 높은 필드 폴과 확대된 기계 지름을 필요로 합니다.

기계 설계에 미치는 영향

이는 주요 결론을 이끌어냅니다: 높은 SCR은 동기 기계의 크기, 무게, 비용을 증가시킵니다.

기계 유형별 일반적인 SCR 값

• 원통형 로터 기계: SCR은 0.5에서 0.9 사이입니다.

• 돌출형 폴 기계: SCR은 1.0에서 1.5 사이입니다.

• 동기 보상기: SCR은 일반적으로 0.4입니다.

이 값들은 다양한 동기 기계 구성에서 안정성, 전압 조절, 물리적 크기 사이의 설계 트레이드오프를 반영합니다.