Sincronización do coeficiente de potencia e torque
Definición de potencia de sincronización
A potencia de sincronización, denotada como Psyn, defínese como a variación da potencia síncrona P en relación cos cambios no ángulo de carga δ. Tamén coñecida como a rigidez do acoplamento, o factor de estabilidade ou o factor de rigidez, cuantifica a tendencia intrínseca dunha máquina síncrona (xerador ou motor) para manter a sincronización cando está conectada a barras de bus infinitas.
Principio de mantemento da sincronización
Consideremos un xerador síncrono que transmite unha potencia constante Pa a un ángulo de carga δ0. Unha perturbación transitória que causa a aceleración do rotor (por exemplo, un aumento en δ por dδ) despraza o punto de operación a unha nova curva de potencia constante, aumentando a carga a Pa+δP. Dado que a potencia mecánica de entrada permanece inalterada, a carga eléctrica adicional decelera o rotor, restabelecendo a sincronización.
Por outro lado, se unha perturbación retarda o rotor (disminuíndo δ), a carga diminúe aa Pa−δP. A potencia de entrada constante entón acelera o rotor, reinstalando a sincronización.
Coeficiente de potencia de sincronización: Unha medida de eficiencia correctiva
A efectividade deste mecanismo de autocorrección depende da taxa de cambio na transferencia de potencia en relación coa variación do ángulo de carga. Isto é cuantificado polo coeficiente de potencia de sincronización, que matematicamente representa como a potencia se axusta para restabelecer o equilibrio tras unha perturbación.
Este principio subliña o papel fundamental da potencia de sincronización na mantención da estabilidade da rede, permitindo que as máquinas síncronas contrarresten autónomamente as perturbacións e sostengan a operación en estado estable.
Potencia de saída por fase do xerador de rotor cilíndrico e coeficiente de torque de sincronización
En moitas máquinas síncronas Xs >> R. Polo tanto, para unha máquina de rotor cilíndrico, despresando a saturación e a resistencia do estator, as ecuacións (3) e (5) tornanse
Unidade do coeficiente de potencia de sincronización Psyn
O coeficiente de potencia de sincronización exprésase en vatios por radián eléctrico.
Se P é o número total de pares de polos da máquina.
O coeficiente de potencia de sincronización por radián mecánico dáse pola ecuación mostrada a continuación:
O coeficiente de potencia de sincronización por grao mecánico dáse como:
Coeficiente de torque de sincronización
O coeficiente de torque de sincronización define-se como o torque xerado a velocidade síncrona, onde o torque de sincronización corresponde específicamente ao torque que xera a potencia de sincronización a esta velocidade. Denotado por τsy, o coeficiente exprésase pola ecuación:
Onde,
m é o número de fases da máquina
ωs = 2 π ns
ns é a velocidade síncrona en revolucións por segundo
Significancia do coeficiente de potencia síncrona
O coeficiente de potencia síncrona Psyn cuantifica a rigidez do acoplamento magnético entre o rotor e o estator dunha máquina síncrona. Un valor máis alto de Psyn significa un acoplamento máis ríxido, pero unha rigidez excesiva pode expor a máquina a choques mecánicos debido a variacións bruscas de carga ou suministro, posiblemente danando o rotor ou as bobinas.
As dúas ecuacións anteriores (17) e (18) indican que Psyn é inversamente proporcional á reactancia síncrona. Unha máquina con maiores espazos aéreos presenta relativamente menor reactancia, facendo-a máis ríxida que unha con menores espazos aéreos. Dado que Psyn é directamente proporcional a Ef, unha máquina sobreexcitada demostra maior rigidez que unha subexcitada.
A capacidade de restauración maximízase cando δ = 0 (isto é, sen carga), mentres que diminúe a cero cando δ = ±90∘. Neste punto, a máquina alcanza un equilibrio inestable e o límite de estabilidade en estado estable. Así, operar unha máquina neste límite de estabilidade non é factible debido á súa nula resistencia a pequenas perturbacións, a menos que estea equipada cun sistema de excitación rápido e específico.
