Sincronización del Coeficiente de Potencia y Par
Definición de Potencia de Sincronización
La potencia de sincronización, denotada como Psyn, se define como la variación en la potencia síncrona P con respecto a los cambios en el ángulo de carga δ. También conocida como la rígidez de acoplamiento, factor de estabilidad o factor de rigidez, cuantifica la tendencia inherente de una máquina síncrona (generador o motor) para mantener la sincronización cuando está conectada a barras de bus infinitas.
Principio de Mantenimiento de la Sincronización
Considere un generador síncrono que transmite una potencia constante Pa a un ángulo de carga δ0. Una perturbación transitoria que causa la aceleración del rotor (por ejemplo, un aumento en δ por dδ) desplaza el punto de operación a una nueva curva de potencia constante, aumentando la carga a Pa+δP. Dado que la potencia mecánica de entrada permanece inalterada, la carga eléctrica adicional decelera el rotor, restaurando la sincronización.
Por el contrario, si una perturbación retrasa el rotor (disminuyendo δ), la carga disminuye aa Pa−δP. La potencia de entrada constante entonces acelera el rotor, restableciendo la sincronización.
Coeficiente de Potencia de Sincronización: Una Medida de Eficacia Correctiva
La efectividad de este mecanismo de autocorrección depende de la tasa de cambio de la transferencia de potencia con respecto a la variación del ángulo de carga. Esto se cuantifica mediante el coeficiente de potencia de sincronización, que matemáticamente representa cómo la potencia se ajusta para restaurar el equilibrio después de una perturbación.
Este principio subraya el papel fundamental de la potencia de sincronización en el mantenimiento de la estabilidad de la red, permitiendo a las máquinas síncronas contrarrestar autónomamente las perturbaciones y mantener la operación en estado estacionario.
Potencia de salida por fase del generador de rotor cilíndrico del coeficiente de par de sincronización
En muchas máquinas síncronas Xs >> R. Por lo tanto, para una máquina de rotor cilíndrico, descuidando la saturación y la resistencia del estator, las ecuaciones (3) y (5) se convierten en
Unidad del Coeficiente de Potencia de Sincronización Psyn
El coeficiente de potencia de sincronización se expresa en vatios por radián eléctrico.
Si P es el número total de pares de polos de la máquina.
El coeficiente de potencia de sincronización por radián mecánico se da por la ecuación mostrada a continuación:
El coeficiente de potencia de sincronización por grado mecánico se da como:
Coeficiente de Par de Sincronización
El coeficiente de par de sincronización se define como el par generado a la velocidad síncrona, donde el par de sincronización corresponde específicamente al par que produce la potencia de sincronización a esta velocidad. Denotado por τsy, el coeficiente se expresa por la ecuación:
Donde,
m es el número de fases de la máquina
ωs = 2 π ns
ns es la velocidad síncrona en revoluciones por segundo
Significado del Coeficiente de Potencia Síncrona
El coeficiente de potencia síncrona Psyn cuantifica la rigidez del acoplamiento magnético entre el rotor y el estator de una máquina síncrona. Un Psyn más alto indica un acoplamiento más rígido, pero una rigidez excesiva puede exponer la máquina a choques mecánicos debido a variaciones abruptas de carga o suministro, potencialmente dañando el rotor o los devanados.
Las dos ecuaciones anteriores (17) y (18) indican que Psyn es inversamente proporcional a la reactancia síncrona. Una máquina con mayores huecos de aire exhibe una reactancia relativamente menor, haciéndola más rígida que una con huecos de aire menores. Dado que Psyn es directamente proporcional a Ef, una máquina sobreexcitada demuestra mayor rigidez que una subexcitada.
La capacidad de restauración se maximiza cuando δ = 0 (es decir, sin carga), mientras que disminuye a cero cuando δ = ±90∘. En este punto, la máquina alcanza un equilibrio inestable y el límite de estabilidad en estado estacionario. Por lo tanto, operar una máquina en este límite de estabilidad es inviable debido a su resistencia cero a pequeñas perturbaciones, a menos que esté equipada con un sistema de excitación rápido y especializado.
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