Kortslutningsforhold for en synkron maskine

Kortslutningsforholdet (SCR) af en synkron maskine

Kortslutningsforholdet (SCR) for en synkron maskine defineres som forholdet mellem feltstrømmen, der er nødvendig for at generere den nominerede spænding under åbne-kredsløbsforhold, til feltstrømmen, der kræves for at opretholde den nominerede armaturstrøm under kortslutningsforhold. For en trefasede synkron maskine kan SCR udledes fra dens Åbne-Kredsløbs Karakteristik (O.C.C) ved nomineret hastighed og Kortslutnings Karakteristik (S.C.C), som illustreres i nedenstående figur:

Fra ovenstående figur givet kortslutningsforholdet ved ligningen nedenfor.

Da trekanterne Oab og Ode er ligedanned. Derfor,

Direkteaksens synkron reaktance (Xd)

Direkteaksens synkron reaktance X_d defineres som forholdet mellem åbne-kredsløbsspændingen, der svarer til en bestemt feltstrøm, til armatur kortslutningsstrømmen under samme feltstrøm-forhold.

For en feltstrøm med størrelse Oa, udtrykkes direkteaksens synkron reaktance (i ohm) ved følgende ligning:

Forholdet mellem SCR og synkron reaktance

Ud fra ligning (7) er det tydeligt, at kortslutningsforholdet (SCR) er lig med reciprokken af per-unit direkteaksens synkron reaktance X_d. I en mættet magnetisk kredsløb er værdien af X_d afhængig af graden af magnetisk mætning.

Betydningen af kortslutningsforholdet (SCR)

SCR er en vigtig parameter for synkronmaskiner, som påvirker deres driftsegenskaber, fysiske dimensioner og omkostninger. Nøgleimplikationer inkluderer:

• Indflydelse på spændingsregulering

• Synkrongeneratører med lavere SCR-værdier viser mere udtalt terminalspændingsfluktueringer med belastningsændringer. Opretholdelse af konstant terminalspænding kræver bredvinklet justering af feltstrømmen I_f.

• Stabilitetsbegrænsninger

• Et mindre SCR svarer til reduceret synkroniseringskraft, som er afgørende for at opretholde synkronisme. Dette resulterer i en lavere stabilitetsgrænse, hvilket betyder, at maskiner med lavt SCR er mindre stabile, når de driftes parallelt med andre generatorer.

• Kompromiser i design

• Høj-SCR-maskiner tilbyder bedre spændingsregulering og forbedret stabil statisk stabilitet, men indebærer højere armatur kortslutningsfejlstrømme. Desuden påvirker de maskinens størrelse og omkostninger pga. designkompromiser.

Opsporings spændingen for en synkron maskine beskrives ved ligningen:

For samme værdi af Tph er opsporings spændingen direkte proportional med feltflux pr. pol.

Den synkron indtrækning er givet som:

Forholdet mellem SCR og luftspalte

Dermed er kortslutningsforholdet (SCR) direkte proportional med luftspalte modstand eller luftspalte længde. Øgning af luftspalte længden øger SCR, selvom dette kræver en højere felt magnetisk motorkraft (MMF) for at opretholde samme opsporings spænding (Ef). For at øge felt MMF skal enten feltstrømmen eller antallet af felt vindinger forøges, hvilket kræver højere feltpoler og en forstørret maskindiameter.

Indflydelse på maskinedesign

Dette fører til en vigtig konklusion: et højere SCR øger automatisk størrelsen, vægten og omkostningerne ved synkronmaskinen.

Typiske SCR-værdier efter maskinetype

• Cylindrisk rotor maskiner: SCR ligger mellem 0,5 og 0,9.

• Salient-pol maskiner: SCR ligger mellem 1,0 og 1,5.

• Synkron kompensatorer: SCR er typisk 0,4.

Disse værdier afspejler designkompromiser mellem stabilitet, spændingsregulering og fysiske dimensioner i forskellige synkronmaskinekonfigurationer.