Synchronizace výkonu a koeficient momentu
Definice synchronizačního výkonu
Synchronizační výkon, označovaný jako Psyn, je definován jako změna synchronního výkonu P v reakci na změny úhlu zatížení δ. Tento výkon je také nazýván pevností spojení, faktorem stability nebo faktorem tuhosti a kvantifikuje schopnost synchronního stroje (generátoru nebo motoru) udržovat synchronismus při propojení s nekonečnou sběrnicí.
Princip udržování synchronismu
Uvažujme synchronní generátor, který přenáší stabilní výkon Pa při úhlu zatížení δ0. Dočasné poruchy způsobující akceleraci rotoru (např. zvýšení δ o dδ) posouvají pracovní bod na novou konstantní křivku výkonu, což zvyšuje zátěž na Pa+δP. Protože mechanický vstupní výkon zůstává nezměněn, dodatečné elektrické zatěžování decelerovalo rotor, čímž se obnovil synchronismus.
Naopak, pokud porucha zpomalí rotor (sníží δ), zátěž klesne na a Pa−δP. Konstantní vstupní výkon pak akceleroval rotor, čímž byl obnoven synchronismus.
Koeficient synchronizačního výkonu: Měřítko efektivity opravy
Efektivita tohoto samoopravného mechanismu závisí na rychlosti změny přenosu výkonu v reakci na změnu úhlu zatížení. Tuto změnu kvantifikuje koeficient synchronizačního výkonu, který matematicky vyjadřuje, jak se výkon upravuje k obnovení rovnováhy po poruše.
Tento princip zdůrazňuje zásadní roli synchronizačního výkonu v udržování stability sítě, umožňuje synchronním strojům autonomně protiútočit proti poruchám a udržovat stacionární provoz.
Výkon za fázi válcového rotoru generátoru a koeficient synchronizačního momentu
V mnoha synchronních strojích Xs >> R. Proto pro stroj s válcovým rotorem, při zanedbání nasycení a odpornosti statoru, se rovnice (3) a (5) stanou
Jednotka koeficientu synchronizačního výkonu Psyn
Koeficient synchronizačního výkonu je vyjádřen v wattech na elektrostatický radián.
Pokud P je celkový počet dvojic pólů stroje.
Koeficient synchronizačního výkonu za mechanický radián je daný následující rovnicí:
Koeficient synchronizačního výkonu za mechanický stupeň je daný jako:
Koeficient synchronizačního momentu
Koeficient synchronizačního momentu je definován jako moment vygenerovaný při synchronní rychlosti, kde synchronizační moment specificky odpovídá momentu, který produkuje synchronizační výkon při této rychlosti. Označený jako τsy, je koeficient vyjádřen rovnicí:
Kde,
m je počet fází stroje
ωs = 2 π ns
ns je synchronní rychlost v otáčkách za sekundu
Význam koeficientu synchronizačního výkonu
Koeficient synchronizačního výkonu Psyn kvantifikuje tuhost magnetického spojení mezi rotorem a státorem synchronního stroje. Větší Psyn znamená pevnější spojení, ale příliš velká tuhost může exponovat stroj k mechanickým šokům z náhlých změn zátěže nebo dodávky – což může poškodit rotor nebo vinutí.
Výše uvedené dvě rovnice (17) a (18) ukazují, že Psyn je nepřímo úměrný synchronnímu reaktanci. Stroj s většími vzduchovými mezerami má relativně nižší reaktance, což ho činí pevnějším než stroj s menšími vzduchovými mezerami. Protože Psyn je přímo úměrný Ef, nadexcitovaný stroj demonstruje větší tuhost než podexcitovaný.
Schopnost obnovení je maximalizována, když δ = 0 (tj. bez zátěže), zatímco klesá na nulu, když δ = ±90∘. V tomto bodě dosáhne stroj nestabilní rovnováhy a hranice stacionární stability. Proto není možné provozovat stroj na této hranici stability, protože má nulovou odolnost vůči malým poruchám – pokud není vybaven specializovaným rychloúčinným excitacním systémem.
