Rapporto di cortocircuito di una macchina sincrona

Il Rapporto di Cortocircuito (SCR) di una Macchina Sincrona

Il Rapporto di Cortocircuito (SCR) di una macchina sincrona è definito come il rapporto tra la corrente del campo necessaria per generare la tensione nominale in condizioni di circuito aperto e la corrente del campo richiesta per sostenere la corrente nominale dell'armatura durante una condizione di cortocircuito. Per una macchina sincrona trifase, lo SCR può essere derivato dalla sua Caratteristica a Circuito Aperto (O.C.C) alla velocità nominale e dalla Caratteristica a Cortocircuito (S.C.C), come illustrato nella figura sottostante:

Dalla figura sopra, il rapporto di cortocircuito è dato dall'equazione mostrata di seguito.

Poiché i triangoli Oab e Ode sono simili. Quindi,

Reattanza Sincrona Assiale Diretta (Xd)

La reattanza sincrona assiale diretta X_d è definita come il rapporto tra la tensione a circuito aperto corrispondente a una specifica corrente del campo e la corrente di cortocircuito dell'armatura nelle stesse condizioni di corrente del campo.

Per una corrente del campo di ampiezza Oa, la reattanza sincrona assiale diretta (in ohm) è espressa dall'equazione seguente:

Relazione tra SCR e Reattanza Sincrona

Dall'equazione (7), risulta evidente che il Rapporto di Cortocircuito (SCR) è uguale al reciproco della reattanza sincrona assiale diretta X_d in unità per unità. In un circuito magnetico saturato, il valore di X_d dipende dal grado di saturazione magnetica.

Significato del Rapporto di Cortocircuito (SCR)

Lo SCR è un parametro critico per le macchine sincrone, influenzando le loro caratteristiche operative, le dimensioni fisiche e il costo. Le implicazioni chiave includono:

• Impatto sulla Regolazione della Tensione

• I generatori sincroni con valori SCR inferiori presentano fluttuazioni più pronunciate della tensione ai terminali con variazioni del carico. Mantenere costante la tensione ai terminali richiede ampi aggiustamenti della corrente del campo I_f).

• Limitazioni di Stabilità

• Un SCR minore corrisponde a una potenza di sincronismo ridotta, essenziale per mantenere la sincronizzazione. Questo comporta un limite di stabilità inferiore, significando che le macchine con basso SCR sono meno stabili quando operano in parallelo con altri generatori.

• Compromessi nel Progetto

• Le macchine ad alto SCR offrono una regolazione della tensione superiore e una maggiore stabilità a regime, ma comportano correnti di cortocircuito dell'armatura più elevate. Inoltre, influenzano le dimensioni e il costo della macchina a causa dei compromessi progettuali.

La tensione di eccitazione di una macchina sincrona è descritta dall'equazione:

Per lo stesso valore di Tph, la tensione di eccitazione è direttamente proporzionale al flusso del campo per polo.

L'induttanza sincrona è data da:

Relazione tra SCR e Spazio Aereo

Pertanto, il Rapporto di Cortocircuito (SCR) è direttamente proporzionale alla riluttanza o alla lunghezza dello spazio aereo. L'aumento della lunghezza dello spazio aereo eleva lo SCR, anche se ciò richiede una forza magnetomotrice (MMF) del campo maggiore per mantenere la stessa tensione di eccitazione (Ef). Per aumentare la MMF del campo, deve essere incrementata la corrente del campo o il numero di avvolgimenti del campo, necessitando di poli di campo più alti e un diametro della macchina ingrandito.

Impatto sul Progetto della Macchina

Ciò porta a una conclusione chiave: uno SCR più elevato aumenta intrinsecamente le dimensioni, il peso e il costo della macchina sincrona.

Valori Tipici di SCR per Tipo di Macchina

• Macchine a Rotor Cilindrico: lo SCR varia da 0,5 a 0,9.

• Macchine a Poli Salienti: lo SCR si trova tra 1,0 e 1,5.

• Compensatori Sincroni: lo SCR è tipicamente 0,4.

Questi valori riflettono i compromessi progettuali tra stabilità, regolazione della tensione e dimensioni fisiche in diverse configurazioni di macchine sincrone.