Synchronisation von Leistung und Drehmomentkoeffizient
Definition der Synchronleistung
Die Synchronleistung, bezeichnet als Psyn, wird definiert als die Variation der synchronen Leistung P in Bezug auf Änderungen des Lastwinkels δ. Auch bekannt als Starrheit der Kopplung, Stabilitätsfaktor oder Steifigkeitsfaktor, quantifiziert sie die inhärente Tendenz einer synchronen Maschine (Generator oder Motor), die Synchronisation bei Anschluss an unendliche Busleitungen aufrechtzuerhalten.
Prinzip der Synchronhaltung
Betrachten wir einen synchronen Generator, der eine konstante Leistung Pa bei einem Lastwinkel δ0 überträgt. Eine vorübergehende Störung, die zur Beschleunigung des Rotors führt (z. B. eine Erhöhung von δ um dδ), verschiebt den Arbeitspunkt zu einer neuen konstanten Leistungskurve und erhöht die Last auf Pa+δP. Da die mechanische Eingangsleistung unverändert bleibt, bremsen die zusätzlichen elektrischen Belastungen den Rotor und stellen die Synchronisation wieder her.
Umgekehrt, wenn eine Störung den Rotor verlangsamt (Verringern von δ), sinkt die Last auf a Pa−δP. Die konstante Eingangsleistung beschleunigt dann den Rotor und stellt die Synchronisation wieder her.
Synchronleistungskoeffizient: Maß für die Korrekturwirkung
Die Effektivität dieses selbstkorrigierenden Mechanismus hängt von der Rate der Leistungsänderung in Abhängigkeit vom Lastwinkel ab. Dies wird durch den Synchronleistungskoeffizienten quantifiziert, der mathematisch darstellt, wie sich die Leistung nach einer Störung anpasst, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Dieses Prinzip unterstreicht die grundlegende Rolle der Synchronleistung bei der Aufrechterhaltung der Netzstabilität, indem es synchronen Maschinen ermöglicht, Störungen autonom auszugleichen und den stationären Betrieb aufrechtzuerhalten.
Leistungsausbringung pro Phase des Zylinderrotor-Generators und Synchronmomentkoeffizient
Bei vielen synchronen Maschinen ist Xs >> R. Daher werden für eine Zylinderrotormaschine, wobei Sättigung und Statorwiderstand vernachlässigt werden, die Gleichungen (3) und (5)
Einheit des Synchronleistungskoeffizienten Psyn
Der Synchronleistungskoeffizient wird in Watt pro elektrischem Radiant angegeben.
Wenn P die Gesamtzahl der Polpaare der Maschine ist.
Der Synchronleistungskoeffizient pro mechanischem Radiant wird durch die folgende Gleichung gegeben:
Der Synchronleistungskoeffizient pro mechanischem Grad wird wie folgt angegeben:
Synchronmomentkoeffizient
Der Synchronmomentkoeffizient wird definiert als das Moment, das bei synchrone Geschwindigkeit erzeugt wird, wobei das Synchronmoment speziell dem Moment entspricht, das bei dieser Geschwindigkeit die Synchronleistung liefert. Mit τsy bezeichnet, wird der Koeffizient durch die Gleichung dargestellt:
Wobei,
m ist die Anzahl der Phasen der Maschine
ωs = 2 π ns
ns ist die synchrone Geschwindigkeit in Umdrehungen pro Sekunde
Bedeutung des Synchronleistungskoeffizienten
Der Synchronleistungskoeffizient Psyn quantifiziert die Starrheit der magnetischen Kopplung zwischen dem Rotor und dem Stator einer synchronen Maschine. Ein höherer Psyn-Wert bedeutet eine stärkere Kopplung, jedoch kann eine zu starke Starrheit die Maschine gegenüber plötzlichen Last- oder Versorgungsänderungen anfällig machen – was potenziell den Rotor oder die Wicklungen beschädigen könnte.
Die obigen beiden Gleichungen (17) und (18) zeigen, dass Psyn umgekehrt proportional zum synchronen Reaktanzwert ist. Eine Maschine mit größeren Luftspalten zeigt relativ geringere Reaktanz, was sie steifer macht als eine mit kleineren Luftspalten. Da Psyn direkt proportional zu Ef ist, weist eine übererregte Maschine eine größere Starrheit auf als eine untererregte.
Die Wiederherstellfähigkeit ist maximal, wenn δ = 0 (d. h. ohne Last), während sie auf Null fällt, wenn δ = ±90∘. In diesem Punkt erreicht die Maschine ein instabiles Gleichgewicht und die Grenze der stationären Stabilität. Daher ist es nicht praktikabel, eine Maschine an dieser Stabilitätsgrenze zu betreiben, da sie keine Widerstandsfähigkeit gegen kleine Störungen hat – es sei denn, sie ist mit einem spezialisierten schnelldienenden Erregersystem ausgestattet.
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