水轮发电机的飞轮力矩

一般我们常见的发电机组通常由以下几个：汽轮机、水轮机或内燃机（汽油机，柴油机等发电机）驱动、风能、太阳能、生物质能、海洋能等。柴油发电机的市场最大，主要是由于柴油发电机组的容量较大，可并机运行且持继供电时间长，还可独立运行，不与地区电网并列运行，不受电网故障的影响，可靠性较高。尤其对某些地区常用市电不是很可靠的情况下，把柴油发电机作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，将一些平时比较重要的负荷 在停电时使用。因此在工程中得到广泛的使用。

   绕定轴转动的物体都具有一定的转动惯量，转动惯量是物体在转动中的惯性大小的量度，即反映物体维持原有运动状态的能力。转动惯量，是指刚体内各质点的质量与其到转轴距离平方的乘积之和。由转动惯量的定义可以看出，在质量相同的情况下，转动惯量与质量的分布有关，另外还与转轴的位置有关。

   在一定大小的力矩作用下，转动惯量越大，角加速度越小，也就是角速度越不容易改变。利用转动物体的这种性质，可以减少机组转速的周期性波动，并且在机组发生甩负荷时，机组的转速不至于急剧上升。转动惯量对水轮发电机组的稳定，以及电力系统的稳定都有着极其重要的作用;因此，水轮发电机组的转动部分需要有一定的转动惯量。一些小型机组因为转动部分的质量不够大，往往需要装设一个飞轮来增加转动惯量。

   工程上往往用飞轮力矩GD2来代替转动惯量，而飞轮力矩并不等于转动陨量，它们之间的关系近似为GD2=4gJ。转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积称为飞轮力矩GD2，对于给定的刚体和转轴，它是一个常数。GD2不能简单的看成是转子重量乘以某一直径的平方;只有在均质圆环的特殊情况下，才可以近似是这种关系。由于飞轮力矩主要集中在发电机的转子，转子的飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩的90%左右;所以常用发电机转子的飞轮力矩来代表机组转动部分的飞轮力矩。

   如果飞轮力矩过大，不但使发电机的重量和尺寸加大，制造成本提高，并且还会恶化机组的调节性能，因而对电力系统的暂态过程和动态稳定也有很大的影响。反之，若飞轮力矩太小，为限制转速上升率，则要求导叶加快关闭速度，这将使水轮机的引水压力管道的水压上升率升高。因此GD2的值与机组的转速上升率、水压上升率，以及调节时间等参数相互矛盾又相互制约着。