نسبت کوتاه مداری ماشین سنکرون

ماشین سنکرونیک که نسبت کوتاه شدن مدار (SCR) دارد

نسبت کوتاه شدن مدار (SCR) ماشین سنکرونیک به عنوان نسبت جریان میدان لازم برای تولید ولتاژ اسمی در شرایط باز مداری به جریان میدان لازم برای حفظ جریان آرماتور اسمی در زمان کوتاه شدن مدار تعریف می‌شود. برای یک ماشین سنکرونیک سه فاز، SCR می‌تواند از مشخصه باز مداری (O.C.C) در سرعت اسمی و مشخصه کوتاه مداری (S.C.C) به دست آید، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:

از شکل فوق، نسبت کوتاه شدن مدار با معادله زیر داده می‌شود.

چون مثلث‌های Oab و Ode مشابه هستند. بنابراین،

ردکتور سنکرونیک محور مستقیم (Xd)

ردکتور سنکرونیک محور مستقیم X_d به عنوان نسبت ولتاژ باز مداری متناظر با یک جریان میدان خاص به جریان کوتاه مدار آرماتور تحت همان شرایط جریان میدان تعریف می‌شود.

برای یک جریان میدان با اندازه Oa، ردکتور سنکرونیک محور مستقیم (در اهم) با معادله زیر بیان می‌شود:

رابطه بین SCR و ردکتور سنکرونیک

از معادله (7)، واضح است که نسبت کوتاه شدن مدار (SCR) برابر با معکوس ردکتور سنکرونیک محور مستقیم واحد X_d است. در مدار مغناطیسی اشباع شده، مقدار X_d به درجه اشباع مغناطیسی بستگی دارد.

اهمیت نسبت کوتاه شدن مدار (SCR)

SCR پارامتری حیاتی برای ماشین‌های سنکرونیک است که ویژگی‌های عملیاتی، ابعاد فیزیکی و هزینه آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. مهم‌ترین نتایج عبارتند از:

• تأثیر بر تنظیم ولتاژ

• ژنراتورهای سنکرونیک با مقادیر SCR کمتر نوسانات ولتاژ پایانه‌ای بیشتری در تغییرات بار نشان می‌دهند. حفظ ولتاژ پایانه ثابت نیازمند تنظیمات گسترده جریان میدان I_f است.

• محدودیت‌های پایداری

• یک SCR کوچکتر به معنای کاهش توان همزمان‌سازی است که برای حفظ همزمان‌سازی ضروری است. این موضوع منجر به محدودیت پایداری کمتر می‌شود، یعنی ماشین‌های با SCR کم با ژنراتورهای دیگر در موازی کار کردن کمتر پایدار هستند.

• تعادل‌بندی در طراحی

• ماشین‌های با SCR بالاتر تنظیم ولتاژ و پایداری حالت ماندگار بهتری دارند اما جریان‌های خطای کوتاه مدار آرماتور بالاتری دارند. علاوه بر این، آنها باعث افزایش اندازه و هزینه ماشین می‌شوند به دلیل تعادل‌بندی در طراحی.

ولتاژ برانگیزشی یک ماشین سنکرونیک با معادله زیر توصیف می‌شود:

برای همان مقدار Tph، ولتاژ برانگیزشی مستقیماً متناسب با جریان مغناطیسی هر قطب است.

ردکتور سنکرونیک به صورت زیر داده می‌شود:

رابطه بین SCR و فاصله هوایی

بنابراین، نسبت کوتاه شدن مدار (SCR) مستقیماً متناسب با مقاومت مغناطیسی فاصله هوایی یا طول فاصله هوایی است. افزایش طول فاصله هوایی SCR را افزایش می‌دهد، اگرچه این نیازمند یک نیروی مغناطیسی میدان بالاتر (MMF) برای حفظ همان ولتاژ برانگیزشی (Ef) است. برای افزایش MMF میدان، یا جریان میدان یا تعداد دورهای میدان باید افزایش یابد، که نیازمند قطب‌های میدان بلندتر و قطر ماشین بزرگتر است.

تأثیر بر طراحی ماشین

این به نتیجه کلیدی منجر می‌شود: یک SCR بالاتر اندازه، وزن و هزینه ماشین سنکرونیک را افزایش می‌دهد.

مقادیر معمول SCR بر اساس نوع ماشین

• ماشین‌های با رویکرد استوانه‌ای: SCR بین 0.5 تا 0.9 متغیر است.

• ماشین‌های با قطب‌های برجسته: SCR بین 1.0 تا 1.5 متغیر است.

• کامپانسورهای سنکرونیک: SCR معمولاً 0.4 است.

این مقادیر نشان‌دهنده تعادل‌بندی بین پایداری، تنظیم ولتاژ و ابعاد فیزیکی در ترتیبات مختلف ماشین‌های سنکرونیک است.