Синхронизация мощности и коэффициента момента
Определение синхронизирующей мощности
Синхронизирующая мощность, обозначаемая как Psyn, определяется как изменение синхронной мощности P в зависимости от изменения угла нагрузки δ. Также известная как жесткость связи, фактор стабильности или фактор жесткости, она количественно оценивает врожденную способность синхронной машины (генератора или двигателя) поддерживать синхронизм при подключении к бесконечным шинам.
Принцип поддержания синхронизма
Рассмотрим синхронный генератор, передающий постоянную мощность Pa при угле нагрузки δ0. Временное возмущение, вызывающее ускорение ротора (например, увеличение δ на dδ), смещает точку работы на новую кривую постоянной мощности, увеличивая нагрузку до Pa+δP. Поскольку механическая входная мощность остается неизменной, дополнительная электрическая нагрузка замедляет ротор, восстанавливая синхронизм.
Наоборот, если возмущение замедляет ротор (уменьшает δ), нагрузка падает доa Pa−δP. Постоянная входная мощность затем ускоряет ротор, восстанавливая синхронизм.
Коэффициент синхронизирующей мощности: мера эффективности корректировки
Эффективность этого самонастраивающегося механизма зависит от скорости изменения передачи мощности в зависимости от изменения угла нагрузки. Это количественно выражается коэффициентом синхронизирующей мощности, который математически представляет, как мощность регулируется для восстановления равновесия после возмущения.
Этот принцип подчеркивает фундаментальную роль синхронизирующей мощности в поддержании стабильности сети, позволяя синхронным машинам самостоятельно противодействовать возмущениям и поддерживать стационарную работу.
Мощность на фазу цилиндрического роторного генератора и коэффициент синхронизирующего момента
Во многих синхронных машинах Xs >> R. Поэтому, для машины с цилиндрическим ротором, пренебрегая насыщением и сопротивлением статора, уравнения (3) и (5) принимают вид
Единица измерения коэффициента синхронизирующей мощности Psyn
Коэффициент синхронизирующей мощности выражается в ваттах на электрический радиан.
Если P — общее количество пар полюсов машины.
Коэффициент синхронизирующей мощности на механический радиан задается уравнением, показанным ниже:
Коэффициент синхронизирующей мощности на механический градус задается как:
Коэффициент синхронизирующего момента
Коэффициент синхронизирующего момента определяется как момент, создаваемый на синхронной скорости, где синхронизирующий момент конкретно соответствует моменту, дающему синхронизирующую мощность на этой скорости. Обозначенный как τsy, коэффициент выражается уравнением:
Где,
m — количество фаз машины
ωs = 2 π ns
ns — синхронная скорость в оборотах в секунду
Значение коэффициента синхронизирующей мощности
Коэффициент синхронизирующей мощности Psyn количественно оценивает жесткость магнитной связи между ротором и статором синхронной машины. Более высокий Psyn указывает на более жесткую связь, но чрезмерная жесткость может подвергать машину механическим ударам от внезапных изменений нагрузки или питания, что потенциально может повредить ротор или обмотки.
Вышеупомянутые два уравнения (17) и (18) указывают, что Psyn обратно пропорционален синхронному реактивному сопротивлению. Машина с большими воздушными зазорами демонстрирует относительно меньшее реактивное сопротивление, делая ее жестче, чем машину с меньшими воздушными зазорами. Поскольку Psyn прямо пропорционален Ef, перевозбужденная машина демонстрирует большую жесткость, чем недовозбужденная.
Восстанавливающая способность максимальна, когда δ = 0 (т.е., без нагрузки), а она уменьшается до нуля, когда δ = ±90∘. В этой точке машина достигает неустойчивого равновесия и предела стационарной устойчивости. Таким образом, эксплуатация машины на этом пределе устойчивости невозможна из-за нулевого сопротивления малым возмущениям, если только машина не оборудована специализированной быстродействующей системой возбуждения.
