Poměr krátkého zapojení synchronního stroje

Koeficient krátkého spojení (SCR) synchronního stroje

Koeficient krátkého spojení (SCR) synchronního stroje je definován jako poměr pole potřebného k vygenerování nominálního napětí za otevřeným obvodem k poli potřebnému k udržení nominálního statorového proudu za podmínek krátkého spojení. Pro třífázový synchronní stroj lze SCR odvodit z jeho charakteristiky otevřeného obvodu (O.C.C) při nominální rychlosti a charakteristiky krátkého spojení (S.C.C), jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Z výše uvedeného obrázku je koeficient krátkého spojení dáno rovnicí níže.

Protože trojúhelníky Oab a Ode jsou podobné. Tedy,

Reaktance synchronní osy d (Xd)

Reaktance synchronní osy d X_d je definována jako poměr napětí otevřeného obvodu odpovídajícího určitému poli k statorovému proudu krátkého spojení za stejných podmínek pole.

Pro pole velikosti Oa je reaktance synchronní osy d (v ohmech) vyjádřena následující rovnicí:

Vztah mezi SCR a synchronní reaktancí

Z rovnice (7) je zřejmé, že koeficient krátkého spojení (SCR) je roven reciproké hodnotě jednotkové reaktance synchronní osy d X_d. V nasyceném magnetickém obvodu je hodnota X_d závislá na stupni magnetického nasycení.

Význam koeficientu krátkého spojení (SCR)

SCR je klíčový parametr pro synchronní stroje, který ovlivňuje jejich provozní charakteristiky, fyzické rozměry a náklady. Klíčové implikace zahrnují:

• Vliv na regulaci napětí

• Synchronní generátory s nižšími hodnotami SCR ukazují více výrazné fluktuace terminálního napětí při změnách zatížení. Udržení konstantního terminálního napětí vyžaduje široké rozsahy úprav pole I_f.

• Omezení stability

• Menší SCR odpovídá nižší synchronizující síle, která je nezbytná pro udržení synchronismu. To vede ke snížené hranici stability, což znamená, že stroje s nízkým SCR jsou méně stabilní při paralelním provozu s ostatními generátory.

• Kompromisy v návrhu

• Stroje s vysokým SCR nabízejí lepší regulaci napětí a zlepšenou statickou stabilitu, ale způsobují vyšší statorové proudy krátkého spojení. Kromě toho ovlivňují rozměry a náklady stroje kvůli kompromisům v návrhu.

Napětí vzrušení synchronního stroje je popsáno rovnicí:

Pro stejnou hodnotu Tph je napětí vzrušení přímo úměrné magnetickému toku na pól.

Synchronní induktance je dána jako:

Vztah mezi SCR a vzduchovým průběhem

Tedy, koeficient krátkého spojení (SCR) je přímo úměrný odporu vzduchového průběhu nebo délce vzduchového průběhu. Zvýšení délky vzduchového průběhu zvyšuje SCR, i když to vyžaduje vyšší magnetickou sílu pole (MMF) k udržení stejného napětí vzrušení (Ef). Chcete-li zvýšit MMF pole, musí být buď zvýšen proud pole, nebo počet závitů pole, což vyžaduje vyšší póly pole a zvětšený průměr stroje.

Dopad na návrh stroje

To vedlo k klíčovému závěru: vyšší SCR samotným sebou zvyšuje rozměry, hmotnost a náklady synchronního stroje.

Typické hodnoty SCR podle typu stroje

• Stroje s válcovým rotorem: SCR se pohybuje v rozmezí 0,5 až 0,9.

• Stroje s výraznými póly: SCR se pohybuje v rozmezí 1,0 až 1,5.

• Synchronní kompenzátory: SCR je obvykle 0,4.

Tyto hodnoty odrážejí kompromisy v návrhu mezi stabilitou, regulací napětí a fyzickými rozměry v různých konfiguracích synchronních strojů.