نسبة الدائرة القصيرة للمحرك المتزامن

نسبة الدائرة القصيرة (SCR) للمحرك المتزامن

تُعرّف نسبة الدائرة القصيرة (SCR) للمحرك المتزامن كنسبة التيار المغناطيسي اللازم لإنتاج الجهد المقنن تحت ظروف الدائرة المفتوحة إلى التيار المغناطيسي اللازم لاستمرار تيار الأذرع المقنن أثناء حالة قصر الدائرة. بالنسبة للمحرك المتزامن ثلاثي الأطوار، يمكن استنتاج SCR من خصائصه في حالة الدائرة المفتوحة (O.C.C) عند السرعة المقننة وخواصه في حالة قصر الدائرة (S.C.C)، كما هو موضح في الشكل أدناه:

من الشكل أعلاه، يتم إعطاء نسبة الدائرة القصيرة بالمعادلة الموضحة أدناه.

نظرًا لأن المثلثات Oab و Ode متشابهة، فإن:

الردكشن المتزامن على محور الدايركت (Xd)

يُعرّف الردكشن المتزامن على محور الدايركت X_d كنسبة الجهد المفتوح للدائرة المقابلة لتيار مغناطيسي معين إلى تيار قصر الدائرة للأذرع تحت نفس ظروف التيار المغناطيسي.

لتيار مغناطيسي بحجم Oa، يتم التعبير عن الردكشن المتزامن على محور الدايركت (بأوم) بالمعادلة التالية:

العلاقة بين نسبة الدائرة القصيرة والردكشن المتزامن

من المعادلة (7)، يتضح أن نسبة الدائرة القصيرة (SCR) تساوي العكس من الردكشن المتزامن على محور الدايركت X_d. في الدائرة المغناطيسية المشبعة، تكون قيمة X_d تعتمد على درجة التشبع المغناطيسي.

أهمية نسبة الدائرة القصيرة (SCR)

تعتبر SCR معلمة حاسمة للمحركات المتزامنة، وتؤثر على خصائصها التشغيلية والأبعاد الفيزيائية والتكلفة. تشمل الآثار الرئيسية:

• تأثير تنظيم الجهد

• المولدات المتزامنة ذات قيم SCR أقل تظهر تقلبات أكثر وضوحًا في جهد الطرف مع تغير الحمل. تتطلب الحفاظ على جهد ثابت للطرف ضبطًا واسع النطاق لتيار المجال I_f.

• قيود الاستقرار

• تنخفض قوة التزامن مع انخفاض SCR، وهي ضرورية للحفاظ على التزامن. هذا يؤدي إلى حد أدنى للاستقرار، مما يعني أن الأجهزة ذات SCR منخفضة تكون أقل استقرارًا عند العمل بالتوازي مع مولدات أخرى.

• التنازلات في التصميم

• توفر الأجهزة ذات SCR عالية تنظيم جهد أفضل واستقرارًا ثابتًا أكبر ولكنها تتضمن تيارات أعطال قصر دائرية أعلى للأذرع. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر في حجم الجهاز وتكاليفه بسبب التنازلات في التصميم.

يتم وصف الجهد المثير للمحرك المتزامن بالمعادلة:

بالنسبة لنفس قيمة Tph، يكون الجهد المثير متناسبًا مباشرة مع التدفق المغناطيسي لكل قطب.

يتم إعطاء الردكشن المتزامن كما يلي:

العلاقة بين نسبة الدائرة القصيرة والفراغ

وبالتالي، تكون نسبة الدائرة القصيرة (SCR) متناسبة مباشرة مع مقاومة الفراغ أو طول الفراغ. زيادة طول الفراغ ترفع SCR، رغم أنه يتطلب قوة مغناطيسية متحركة أعلى للحفاظ على نفس الجهد المثير (Ef). لزيادة القوة المغناطيسية المتحركة، يجب زيادة تيار المجال أو عدد دورات المجال، مما يتطلب أعمدة مجال أعلى وأقطار آلة أكبر.

تأثير على تصميم الآلة

يؤدي هذا إلى استنتاج رئيسي: زيادة SCR تزيد بشكل فطري من حجم ووزن وتكلفة المحرك المتزامن.

قيم SCR النموذجية حسب نوع الآلة

• آلات ذات محور أسطواني: تتراوح SCR من 0.5 إلى 0.9.

• آلات ذات أقطاب بارزة: تتراوح SCR بين 1.0 و 1.5.

• محولات التزامن: تكون SCR عادة 0.4.

تعكس هذه القيم التنازلات في التصميم بين الاستقرار وتنظيم الجهد والأبعاد الفيزيائية في تكوينات مختلفة من الآلات المتزامنة.