Synchronizace výkonu a koeficient momentu

Definice synchronizačního výkonu

Synchronizační výkon, označovaný jako P_syn, 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.

• Klíčové charakteristiky:

• Je podstatně spojen s dynamickou odezvou stroje na úhlové odchylky.

• Určuje odolnost systému proti dočasným nestabilitám.

• Větší hodnoty Psyn znamenají pevnější spojení a rychlejší obnovu synchronismu.

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 τ_sy, je koeficient vyjádřen rovnicí:

Kde,

• m je počet fází stroje

• ω_s = 2 π n_s

• n_s 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.