Ràtio de curcuit curt d'una màquina síncrona

El Rati de Circuit Curt (SCR) d'una Màquina Síncrona

El Rati de Circuit Curt (SCR) d'una màquina síncrona es defineix com la raó entre la corrent de camp necessària per generar la tensió nominal en condicions de circuit obert i la corrent de camp requerida per sostenir la corrent d'armadura nominal durant una condició de circuit curt. Per a una màquina síncrona trifàsica, el SCR es pot derivar a partir de la seva Característica de Circuit Obert (O.C.C) a velocitat nominal i la Característica de Circuit Curt (S.C.C), tal com es mostra en la figura següent:

A partir de la figura anterior, el rati de circuit curt es dona per l'equació mostrada a continuació.

Com que els triangles Oab i Ode són similars. Per tant,

Reactància Síncrona de l'Eix Directe (Xd)

La reactància síncrona de l'eix directe X_d es defineix com la raó entre la tensió de circuit obert corresponent a una corrent de camp específica i la corrent de circuit curt d'armadura sota la mateixa condició de corrent de camp.

Per a una corrent de camp de magnitud Oa, la reactància síncrona de l'eix directe (en ohms) es expressa per la següent equació:

Relació Entre el SCR i la Reactància Síncrona

A partir de l'equació (7), és evident que el Rati de Circuit Curt (SCR) és igual al recíproc de la reactància síncrona de l'eix directe en unitats per unitat X_d. En un circuit magnètic saturat, el valor de X_d dependrà del grau de saturació magnètica.

Importància del Rati de Circuit Curt (SCR)

El SCR és un paràmetre crític per a les màquines síncrones, influenciant les seves característiques operatives, dimensions físiques i cost. Les implicacions clau inclouen:

• Impacte en la Regulació de Tensió

• Els generadors síncrons amb valors més baixos de SCR mostren fluctuacions més pronunciades de la tensió terminal amb canvis de càrrega. Mantenir constant la tensió terminal requereix ajustaments amplis a la corrent de camp I_f).

• Limitacions de Estabilitat

• Un SCR més petit correspon a una potència de sincronització reduïda, que és essencial per mantenir la sincronització. Això resulta en un límit de estabilitat més baix, volent dir que les màquines amb un SCR baix són menys estables quan funcionen en paral·lel amb altres generadors.

• Compromisos en el Disseny

• Les màquines amb un SCR elevat oferixen una millor regulació de tensió i una major estabilitat en estat estacionari, però comporten corrents de falla de circuit curt d'armadura més altes. A més, influeixen en la mida i el cost de la màquina degut als compromisos de disseny.

La tensió d'excitació d'una màquina síncrona es descriu per l'equació:

Per al mateix valor de Tph la tensió d'excitació és directament proporcional al flux de camp per pol.

La inductància síncrona es dóna com:

Relació Entre el SCR i la Fissura d'Aire

Així, el Rati de Circuit Curt (SCR) és directament proporcional a la relutància o longitud de la fissura d'aire. Augmentar la longitud de la fissura d'aire eleva el SCR, encara que això requereix una força electromotriu de camp (MMF) més elevada per mantenir la mateixa tensió d'excitació (Ef). Per augmentar la MMF de camp, cal incrementar la corrent de camp o el nombre de voltants de camp, necessitant així pols de camp més alts i un diàmetre de màquina més gran.

Impacte en el Disseny de la Màquina

Això porta a una conclusió clau: un SCR més elevat incrementa inherentment la mida, pes i cost de la màquina síncrona.

Valors típics de SCR segons el Tipus de Màquina

• Màquines de Rotor Cilíndric: El SCR varia entre 0,5 i 0,9.

• Màquines de Pol Salient: El SCR es troba entre 1,0 i 1,5.

• Compensadors Síncrons: El SCR és típicament 0,4.

Aquests valors reflecteixen els compromisos de disseny entre estabilitat, regulació de tensió i dimensions físiques en diferents configuracions de màquines síncrones.