동기화 전력 및 토크 계수
동기화 전력의 정의
동기화 전력, Psyn로 표시되는 것은 부하 각도 δ에 대한 변화에 따른 동기 전력 P의 변동으로 정의됩니다. 또한 이를 결합 강성, 안정성 요인, 또는 강성 요인이라고도 하며, 무한 버스바에 연결된 경우 동기 기계(발전기 또는 모터)가 동기를 유지하는 고유한 경향성을 측정합니다.
동기 유지 원리
부하 각도 δ0에서 일정한 전력 Pa를 전송하는 동기 발전기를 고려해보겠습니다. 로터 가속(예: δ의 증가)을 유발하는 일시적인 교란은 작동점을 새로운 일정 전력 곡선으로 이동시키고, 부하를 Pa+δP로 증가시킵니다. 기계 입력 전력이 변하지 않는 한, 추가적인 전기 부하가 로터를 감속시켜 동기를 복원합니다.
반대로, 교란이 로터를 지연시키면 (즉, δ가 감소하면), 부하는 a Pa−δP로 감소합니다. 일정한 입력 전력은 로터를 가속시켜 동기를 재설립합니다.
동기화 전력 계수: 수정 효율성의 척도
이 자체 수정 메커니즘의 효과는 부하 각도 변동에 대한 전력 전달 변화율에 달려 있습니다. 이를 수학적으로 표현하는 것이 동기화 전력 계수입니다. 이는 교란 후 균형을 회복하기 위해 전력이 어떻게 조정되는지를 나타냅니다.
이 원리는 동기화 전력이 그리드 안정성을 유지하는 기본 역할을 강조하며, 동기 기계가 스스로 교란을 상쇄하고 안정 상태 운전을 유지할 수 있게 합니다.
실린더형 로터 발전기의 동기화 토크 계수의 단위당 출력 전력
많은 동기 기계에서 Xs >> R입니다. 따라서 실린더형 로터 기계의 포화와 스태터 저항을 무시하면 식 (3)과 (5)는 다음과 같이 됩니다.
동기화 전력 계수 Psyn의 단위
동기화 전력 계수는 전기 라디안당 와트로 표현됩니다.
P가 기계의 극 쌍의 총 개수라면.
기계 라디안당 동기화 전력 계수는 아래 식으로 주어집니다:
기계 도수당 동기화 전력 계수는 다음과 같습니다:
동기화 토크 계수
동기화 토크 계수는 동기 속도에서 생성되는 토크로 정의되며, 동기화 토크는 특히 이 속도에서 동기화 전력을 발생시키는 토크를 의미합니다. τsy로 표시되는 계수는 다음 식으로 표현됩니다:
여기서,
m은 기계의 위상 수입니다.
ωs = 2 π ns
ns 는 초당 회전 수입니다.
동기 전력 계수의 중요성
동기 전력 계수 Psyn는 동기 기계의 로터와 스태터 사이의 자기 결합의 강성을 측정합니다. 더 높은 Psyn 값은 더 강한 결합을 의미하지만, 과도한 강성은 갑작스러운 부하 또는 공급 변동으로 인해 기계가 기계적 충격에 노출될 수 있으며, 이는 로터나 권선을 손상시킬 수 있습니다.
위 두 식 (17)과 (18)은 Psyn이 동기 리액턴스와 반비례함을 나타냅니다. 큰 공기 간극을 가진 기계는 상대적으로 낮은 리액턴스를 가지므로, 작은 공기 간극을 가진 기계보다 더 강합니다. Psyn은 Ef와 직접 비례하므로, 과격화된 기계는 저격화된 기계보다 더 강합니다.
복원 능력은 δ = 0 (즉, 무부하 상태)일 때 최대화되며, δ = ±90∘일 때는 0으로 감소합니다. 이 시점에서 기계는 불안정한 평형 상태에 도달하며, 정상 상태 안정성 제한에 도달합니다. 따라서, 특별히 빠른 작동 가능한 자극 시스템을 장착하지 않은 한, 이러한 안정성 제한에서 기계를 운영하는 것은 작은 교란에 대한 저항력이 없기 때문에 실행 불가능합니다.
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