نسبت کوتاه مدار ماشین سنکرون

نسبت کوتاه مدار (SCR) ماشین همزمان

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

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

چون مثلث‌های Oab و Ode مشابه هستند. بنابراین،

واکنشگر همزمان محور مستقیم (Xd)

واکنشگر همزمان محور مستقیم X_d به عنوان نسبت ولتاژ باز مداری متناظر با جریان میدان خاص به جریان کوتاه مدار آرماتور در همان شرایط جریان میدان تعریف می‌شود.

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

رابطه بین SCR و واکنشگر همزمان

از معادله (7) مشخص است که نسبت کوتاه مدار (SCR) برابر با معکوس واکنشگر همزمان محور مستقیم واحد X_d است. در یک مدار مغناطیسی اشباع شده، مقدار X_d به درجه اشباع مغناطیسی بستگی دارد.

اهمیت نسبت کوتاه مدار (SCR)

SCR یک پارامتر مهم برای ماشین‌های همزمان است که ویژگی‌های عملیاتی، ابعاد فیزیکی و هزینه آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. تاثیرات کلیدی شامل:

• تأثیر بر تنظیم ولتاژ

• ژنراتورهای همزمان با مقادیر SCR کمتر، تغییرات بیشتری در ولتاژ ترمینال با تغییر بار دارند. حفظ ولتاژ ترمینال ثابت نیازمند تنظیمات گسترده‌ای در جریان میدان I_f است.

• محدودیت‌های پایداری

• یک SCR کوچکتر به معنای کاهش توان همزمانی است که برای حفظ همزمانی ضروری است. این امر منجر به کاهش حد پایداری می‌شود، یعنی ماشین‌های با SCR کمتر وقتی به صورت موازی با ژنراتورهای دیگر عمل می‌کنند 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 بر اساس تعادل‌بندی طراحی، تأثیری بر اندازه و هزینه ماشین دارند.

ولتاژ برانگیز ماشین همزمان با معادله زیر توصیف می‌شود:

برای همان مقدار Tph، ولتاژ برانگیز مستقیماً متناسب با فلوکس میدان هر قطب است.

واکنشگر همزمان به صورت زیر بیان می‌شود:

رابطه بین SCR و فاصله هوایی

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

تأثیر بر طراحی ماشین

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

مقادیر معمول SCR بر اساس نوع ماشین

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

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

• کمپانساتورهای همزمان: SCR معمولاً 0.4 است.

این مقادیر توازن بین پایداری، تنظیم ولتاژ و ابعاد فیزیکی در کنفیگوراسیون‌های مختلف ماشین‌های همزمان را منعکس می‌کنند.