Synchronizacja mocy i współczynnika momentu obrotowego

Definicja mocy synchronizującej

Moc synchronizująca, oznaczona jako P_syn, jest zdefiniowana jako zmiana mocy synchronicznej P w zależności od zmian kąta obciążenia δ. Nazywana również twardością sprzężenia, współczynnikiem stabilności lub współczynnikiem sztywności, kwantyfikuje naturalną tendencję maszyny synchronicznej (generatora lub silnika) do utrzymywania synchronizacji podczas połączenia z nieskończonymi szynami.

Zasada utrzymania synchronizacji

Rozważmy generator synchroniczny przesyłający stałą moc Pa przy kącie obciążenia δ0. Tymczasowe zaburzenie powodujące przyspieszenie wirnika (np. zwiększenie δ o dδ) przesuwa punkt pracy na nową krzywą stałej mocy, zwiększając obciążenie do Pa+δP. Ponieważ mechaniczna moc wejściowa pozostaje niezmieniona, dodatkowe obciążenie elektryczne spowalnia wirnik, przywracając synchronizację.

Odwrotnie, jeśli zaburzenie opóźnia wirnik (zmniejsza δ), obciążenie spada doa Pa−δP. Stała moc wejściowa przyspiesza następnie wirnik, przywracając synchronizację.

Współczynnik mocy synchronizującej: Miara skuteczności korekcyjnej

Skuteczność tego mechanizmu samonaprawczego zależy od tempa zmiany przepływu mocy w zależności od zmian kąta obciążenia. Jest to kwantyfikowane przez współczynnik mocy synchronizującej, który matematycznie reprezentuje, jak moc dostosowuje się, aby przywrócić równowagę po zaburzeniu.

• Kluczowe cechy:

• Wtrinsiczo związany z dynamiczną reakcją maszyny na odchylenia kątowe.

• Określa odporność systemu na przejściową niestabilność.

• Wyższe wartości Psyn oznaczają sztywniejsze sprzęgnięcie i szybsze przywrócenie synchronizacji.

Ta zasada podkreśla fundamentalną rolę mocy synchronizującej w utrzymaniu stabilności sieci, umożliwiając maszynom synchronicznym samodzielne przeciwstawianie się zaburzeniom i utrzymywanie działania w stanie ustalonym.

Moc wyjściowa na fazę generatora z wirnikiem cylindrycznym i współczynnik momentu synchronizującego

W wielu maszynach synchronicznych Xs >> R. Dlatego, dla maszyny z wirnikiem cylindrycznym, pomijając nasycenie i opór statora, równania (3) i (5) stają się

Jednostka współczynnika mocy synchronizującej Psyn

Współczynnik mocy synchronizującej jest wyrażony w watbach na elektrodę radian.

Jeśli P to całkowita liczba par biegunów maszyny.

Współczynnik mocy synchronizującej na radian mechaniczny jest dany przez poniższe równanie:

Współczynnik mocy synchronizującej na stopień mechaniczny wynosi:

Współczynnik momentu synchronizującego

Współczynnik momentu synchronizującego jest zdefiniowany jako moment generowany przy prędkości synchronicznej, gdzie moment synchronizujący specjalnie odpowiada momentowi generującemu moc synchronizującą przy tej prędkości. Oznaczony przez τ_sy, współczynnik jest wyrażony przez równanie:

Gdzie,

• m to liczba faz maszyny

• ω_s = 2 π n_s

• n_s to prędkość synchroniczna w obrotach na sekundę

Znaczenie współczynnika mocy synchronicznej

Współczynnik mocy synchronicznej Psyn kwantyfikuje sztywność magnetycznego sprzężenia między wirnikiem a statorem maszyny synchronicznej. Wyższy Psyn oznacza sztywniejsze sprzęgnięcie, ale nadmierna sztywność może narażać maszynę na mechaniczne wstrząsy z powodu nagłych zmian obciążenia lub zasilania – co potencjalnie może uszkodzić wirnik lub cewki.

Powyższe dwa równania (17) i (18) wskazują, że Psyn jest odwrotnie proporcjonalny do indukcyjności synchronicznej. Maszyna z większymi szczelinami ma stosunkowo niższą indukcyjność, co czyni ją sztywniejszą niż ta z mniejszymi szczelinami. Ponieważ Psyn jest bezpośrednio proporcjonalny do Ef, przegrzewana maszyna pokazuje większą sztywność niż niedoprowadzona.

Możliwość przywracania jest maksymalna, gdy δ = 0 (tj. bez obciążenia), a maleje do zera, gdy δ = ±90^∘. W tym punkcie maszyna osiąga niestabilne równowagę i granicę stabilności stanu ustalonego. Dlatego działanie maszyny na tej granicy stabilności jest niewykonalne ze względu na brak oporu na małe zaburzenia – chyba że wyposażona jest w specjalny szybko działający system pobudzenia.