Razón de Cortocircuito dunha Máquina Síncrona

A razón de circuito curto (SCR) dunha máquina síncrona

A razón de circuito curto (SCR) dunha máquina síncrona defínese como a relación entre a corrente de campo necesaria para xerar a tensión nominal en condicións de circuito aberto e a corrente de campo requireida para manter a corrente nominal do armadura durante unha condición de circuito curto. Para unha máquina síncrona trifásica, o SCR pode derivarse da súa Característica de Circuito Aberto (O.C.C) a velocidade nominal e da Característica de Circuito Curto (S.C.C), como se ilustra na figura a continuación:

A partir da figura anterior, a razón de circuito curto dáse pola ecuación mostrada a continuación.

Dado que os triángulos Oab e Ode son semellantes. Polo tanto,

Reactancia síncrona no eixo directo (Xd)

A reactancia síncrona no eixo directo X_d defineuse como a relación entre a tensión de circuito aberto correspondente a unha corrente de campo específica e a corrente de cortocircuito do armadura ba mesma condición de corrente de campo.

Para unha corrente de campo de magnitude Oa, a reactancia síncrona no eixo directo (en ohms) exprésase pola seguinte ecuación:

Relación entre o SCR e a reactancia síncrona

A partir da ecuación (7), é evidente que a Razo de Circuito Curto (SCR) é igual ao recíproco da reactancia síncrona no eixo directo X_d. En un circuito magnético saturado, o valor de X_d depende do grao de saturación magnética.

Significado da Razo de Circuito Curto (SCR)

O SCR é un parámetro crítico para as máquinas síncronas, influenciando as súas características operativas, dimensións físicas e custo. As implicacións clave inclúen:

• Impacto na regulación de tensión

• Os xeradores síncronos con valores menores de SCR exhiben fluctuacións máis pronunciadas da tensión terminal con cambios de carga. Manter a tensión terminal constante require axustes amplos na corrente de campo I_f).

• Limitacións de estabilidade

• Un SCR menor corresponde a unha potencia de sincronización reducida, que é esencial para manter a sincronización. Isto resulta nun límite de estabilidade menor, significando que as máquinas con baixo SCR son menos estables cando operan en paralelo con outros xeradores.

• Compromisos no deseño

• As máquinas de alto SCR ofrecen unha mellor regulación de tensión e unha maior estabilidade en estado estable, pero implican correntes de fallo de cortocircuito do armadura máis altas. Ademais, influencian o tamaño e o custo da máquina debido aos compromisos de deseño.

A tensión de excitación dunha máquina síncrona describeuse pola ecuación:

Para o mesmo valor de Tph, a tensión de excitación é directamente proporcional ao fluxo de campo por polo.

A inductancia síncrona dáse como:

Relación entre o SCR e a fenda aérea

Así, a Razo de Circuito Curto (SCR) é directamente proporcional á relutancia ou lonxitude da fenda aérea. Aumentar a lonxitude da fenda aérea eleva o SCR, aínda que isto require unha forza electromotriz de campo (MMF) máis alta para manter a mesma tensión de excitación (Ef). Para aumentar o MMF de campo, debe incrementarse a corrente de campo ou o número de voltas de campo, requirindo polos de campo máis altos e un diámetro de máquina maior.

Impacto no deseño da máquina

Isto leva a unha conclusión clave: un SCR maior aumenta inherentemente o tamaño, peso e custo da máquina síncrona.

Valores típicos de SCR segundo o tipo de máquina

• Máquinas de rotor cilíndrico: o SCR varía entre 0,5 e 0,9.

• Máquinas de polo saliente: o SCR sitúase entre 1,0 e 1,5.

• Compensadores síncronos: o SCR é tipicamente 0,4.

Estes valores refleixan os compromisos de deseño entre estabilidade, regulación de tensión e dimensións físicas en diferentes configuracións de máquinas síncronas.