同期発電機
力率が遅れ(誘導性負荷)のとき、磁束を弱める方向で作用する。
電機子電圧は電機子電流が流れると、電機子反作用によって変化する。その変化は電機子電流に比例するので、その比例係数を同期インピーダンスZ s と呼ぶ。電機子電流I を流した発電機では、無負荷誘導起電力E0 と電機子端子電圧V の間には、
V = E 0 − Z s I {\displaystyle V=E_{0}-Z_{s}I}
の関係がなりたつ。無負荷誘導起電力E0 は界磁の磁束が作り出す電圧で、無負荷時 (I =0) の時に測定される。Z s I の項は、電機子電流I による電機子電圧V の変化を表す。
同期インピーダンスは、電機子巻線の抵抗ra(実数分)と同期リアクタンスX s(虚数分)に分解される。
Z s = r a + j X s {\displaystyle Z_{s}=r_{a}+jX_{s}}
大型の同期機では、巻線抵抗ra は同期リアクタンスX s よりも十分小さいので、巻線抵抗を無視して、同期リアクタンスと同期インピーダンスを同一視することも多い。
突極機では、直軸方向(界磁極の磁束の方向)に対する磁気抵抗と、横軸方向(界磁極と界磁極の間の方向)に対する磁気抵抗が異なるため、同期リアクタンスも異なってくる。この場合、直軸リアクタンスX d と横軸リアクタンスX q を用いた 二反作用理論 を用いる。
X p u = 3 X s I n V n {\displaystyle X_{pu}={\frac {{\sqrt {3}}X_{s}I_{n}}{V_{n}}}}
一方、定格電圧からの短絡電流 I s {\displaystyle I_{s}} は、定格電圧 V n {\displaystyle V_{n}} を同期リアクタンス X s {\displaystyle X_{s}} で制限した電流値 I s = V n 3 X s {\displaystyle I_{s}={\frac {V_{n}}{{\sqrt {3}}X_{s}}}} である。短絡比の定義より、 K s = I s I n = V n 3 X s 1 I n = V n 3 X s I n = 1 X p u {\displaystyle K_{s}={\frac {I_{s}}{I_{n}}}={\frac {V_{n}}{{\sqrt {3}}X_{s}}}{\frac {1}{I_{n}}}={\frac {V_{n}}{{\sqrt {3}}X_{s}I_{n}}}={\frac {1}{X_{pu}}}}
短絡比の値は、水車発電機で0.8 - 1.2程度、タービン発電機で0.4 - 0.7程度である。
短絡比が大きな機械は、電機子電流を流しても電圧変動が小さく、安定した使いやすい機械である。鉄心が太く、磁気装荷が大きい鉄機械となり、寸法・重量が大きく、高価になる。短絡比が小さな機械は、電機子電流を流したときの電圧変動が大きい。細い鉄心に電機子巻線をたくさん巻き、電気装荷が大きい銅機械となる。