Rapport de court-circuit d'une machine synchrone

Le Rapport de Court-Circuit (SCR) d'une Machine Synchrone

Le Rapport de Court-Circuit (SCR) d'une machine synchrone est défini comme le rapport du courant de champ nécessaire pour générer la tension nominale en conditions de circuit ouvert au courant de champ requis pour maintenir le courant d'armature nominal pendant une condition de court-circuit. Pour une machine synchrone triphasée, le SCR peut être dérivé à partir de sa Caractéristique en Circuit Ouvert (O.C.C) à vitesse nominale et de sa Caractéristique en Court-Circuit (S.C.C), comme illustré dans la figure ci-dessous :

D'après la figure ci-dessus, le rapport de court-circuit est donné par l'équation suivante.

Comme les triangles Oab et Ode sont similaires. Par conséquent,

Réactance Synchronique de l'Axe Direct (Xd)

La réactance synchronique de l'axe direct X_d est définie comme le rapport de la tension en circuit ouvert correspondant à un courant de champ spécifique au courant de court-circuit d'armature sous la même condition de courant de champ.

Pour un courant de champ de magnitude Oa, la réactance synchronique de l'axe direct (en ohms) est exprimée par l'équation suivante :

Relation Entre le SCR et la Réactance Synchronique

D'après l'équation (7), il est évident que le Rapport de Court-Circuit (SCR) est égal à l'inverse de la réactance synchronique de l'axe direct unitaire X_d. Dans un circuit magnétique saturé, la valeur de X_d dépend du degré de saturation magnétique.

Importance du Rapport de Court-Circuit (SCR)

Le SCR est un paramètre critique pour les machines synchrones, influençant leurs caractéristiques opérationnelles, leurs dimensions physiques et leur coût. Les implications clés incluent :

• Impact sur la Régulation de Tension

• Les générateurs synchrones avec des valeurs de SCR plus faibles présentent des fluctuations de tension aux bornes plus prononcées avec les variations de charge. Le maintien d'une tension constante aux bornes nécessite des ajustements étendus du courant de champ I_f.

• Limitations de Stabilité

• Un SCR plus petit correspond à une puissance de synchronisation réduite, essentielle pour maintenir la synchronisation. Cela entraîne une limite de stabilité plus basse, signifiant que les machines avec un SCR faible sont moins stables lorsqu'elles fonctionnent en parallèle avec d'autres générateurs.

• Compromis en Conception

• Les machines à haut SCR offrent une meilleure régulation de tension et une stabilité améliorée en régime permanent, mais elles impliquent des courants de défaut de court-circuit d'armature plus élevés. De plus, elles influencent la taille et le coût de la machine en raison des compromis de conception.

La tension d'excitation d'une machine synchrone est décrite par l'équation suivante :

Pour la même valeur de Tph, la tension d'excitation est directement proportionnelle au flux de champ par pôle.

L'inductance synchrone est donnée par :

Relation Entre le SCR et l'Entrefer

Ainsi, le Rapport de Court-Circuit (SCR) est directement proportionnel à la réluctance de l'entrefer ou à la longueur de l'entrefer. L'augmentation de la longueur de l'entrefer élève le SCR, bien que cela nécessite une force électromotrice de champ (MMF) plus élevée pour maintenir la même tension d'excitation (Ef). Pour augmenter la MMF de champ, soit le courant de champ, soit le nombre de spires de champ doit être augmenté, nécessitant des pôles de champ plus hauts et un diamètre de machine plus grand.

Impact sur la Conception de la Machine

Cela conduit à une conclusion clé : un SCR plus élevé augmente intrinsèquement la taille, le poids et le coût de la machine synchrone.

Valeurs Typiques de SCR Selon le Type de Machine

• Machines à Rotor Cylindrique : le SCR varie de 0,5 à 0,9.

• Machines à Pôles Saillants : le SCR se situe entre 1,0 et 1,5.

• Compensateurs Synchrones : le SCR est typiquement de 0,4.

Ces valeurs reflètent les compromis de conception entre la stabilité, la régulation de tension et les dimensions physiques dans différentes configurations de machines synchrones.