Коефициент на кратко време на синхронен машин

Коефициент на кратко замкване (SCR) на синхронна машина

Коефициентът на кратко замкване (SCR) на синхронна машина се дефинира като отношението между тока на полето, необходим за генериране на номинално напрежение при отворена верига, и тока на полето, необходим за поддържане на номинален якорен ток при кратко замкване. За трифазна синхронна машина SCR може да бъде изведен от характеристика в отворена верига (O.C.C) при номинална скорост и характеристика при кратко замкване (S.C.C), както е показано на фигурата по-долу:

От горната фигура, коефициентът на кратко замкване се дава от уравнението, показано по-долу.

Тъй като триъгълниците Oab и Ode са подобни. Следователно,

Синхронна реактивност в продължение на оста (Xd)

Синхронната реактивност в продължение на оста X_d се дефинира като отношението между напрежението в отворена верига, съответстващо на специфичен ток на полето, и якорния ток при кратко замкване при същия ток на полето.

За ток на полето с големина Oa, синхронната реактивност в продължение на оста (в ом) се изразява със следното уравнение:

Връзка между SCR и синхронна реактивност

От уравнение (7) е очевидно, че коефициентът на кратко замкване (SCR) е равен на реципрочната стойност на пер-юнитовата синхронна реактивност X_d. В насищена магнитна верига, стойността на X_d зависи от степента на магнитно насищане.

Значимостта на коефициента на кратко замкване (SCR)

SCR е ключов параметър за синхронните машини, влияещ на техните експлуатационни характеристики, физически размери и цена. Ключови последствия включват:

• Влияние върху регулацията на напрежението

• Синхронните генератори с по-ниски стойности на SCR показват по-изразени колебания на терминалното напрежение при промяна на натоварването. Поддържането на постоянно терминално напрежение изисква широки корекции на тока на полето I_f).

• Ограничения на стабилността

• По-малък SCR съответства на намалена синхронизираща мощност, която е необходима за поддържане на синхронизация. Това води до по-ниска граница на стабилност, което означава, че машините с нисък SCR са по-малко стабилни при работа паралелно с други генератори.

• Компромиси в дизайна

• Машините с висок SCR предлагат по-добро регулиране на напрежението и подобрена стабилност в установено състояние, но предизвикват по-високи якорни токове при кратко замкване. Освен това те влияят върху размера и цената на машината поради компромиси в дизайна.

Ексцитацисното напрежение на синхронната машина се описва с уравнението:

За една и съща стойност на Tph, ексцитацисното напрежение е пряко пропорционално на потока на полето на полюса.

Синхронната индуктивност се дава като:

Връзка между SCR и въздушната празнина

Така, коефициентът на кратко замкване (SCR) е пряко пропорционален на релуктанцията на въздушната празнина или дължината на въздушната празнина. Увеличаването на дължината на въздушната празнина повишава SCR, макар че това изисква по-висока магнитна движуща сила (MMF) на полето, за да се поддържа същото ексцитацисно напрежение (Ef). За увеличаване на MMF на полето, или токът на полето, или броят на обиколките на полето трябва да бъдат увеличени, което изисква по-високи полюси на полето и увеличен диаметър на машината.

Влияние върху дизайна на машината

Това води до ключовия извод: по-висок SCR вътрешно увеличава размера, теглото и цената на синхронната машина.

Типични стойности на SCR според типа машина

• Машини с цилиндрически ротор: SCR варира от 0.5 до 0.9.

• Машини с издаващи се полюси: SCR се пада между 1.0 и 1.5.

• Синхронни компенсатори: SCR обикновено е 0.4.

Тези стойности отразяват компромисите в дизайна между стабилност, регулация на напрежението и физическите размери в различни конфигурации на синхронни машини.