Kortslutningsforhold for en synkronmaskin

Kortslutningsforholdet (SCR) til en synkronmaskin

Kortslutningsforholdet (SCR) til en synkronmaskin er definert som forholdet mellom feltstrømmen som trengs for å generere spesifisert spenning under åpent sirkuitsforhold, og feltstrømmen som kreves for å opprettholde spesifisert armaturestrøm under kortslutning. For en trefase-synkronmaskin kan SCR utledes fra dens Åpent Sirkuit Karakteristikk (O.C.C) ved spesifisert hastighet og Kortslutnings Karakteristikk (S.C.C), som vist i figuren nedenfor:

Fra figuren over, er kortslutningsforholdet gitt av ligningen nedenfor.

Ettersom trekantene Oab og Ode er likeformige. Dermed,

Direkteaksens synkronreaktans (Xd)

Direkteaksens synkronreaktans X_d er definert som forholdet mellom åpent sirkuitspenningen tilsvarende en spesifikk feltstrøm, og armaturens kortslutningsstrøm under samme feltstrømforskyvning.

For en feltstrøm med størrelse Oa, uttrykkes direkteaksens synkronreaktans (i ohm) ved følgende ligning:

Forholdet mellom SCR og synkronreaktans

Fra ligning (7) er det tydelig at kortslutningsforholdet (SCR) er lik den omvendte verdien av per-enhet direkteaksens synkronreaktans X_d. I et magsatt magnetisk krets er verdien av X_d avhengig av graden av magnetisk magsatting.

Betydningen av kortslutningsforholdet (SCR)

SCR er et kritisk parameter for synkronmaskiner, som påvirker deres driftsegenskaper, fysiske dimensjoner og kostnad. Nøkkelimplikasjoner inkluderer:

• Påvirkning på spenningsregulering

• Synkrongeneratorene med lavere SCR-verdier viser mer markerte endringer i terminalspenning med lastendringer. Opprettholdelse av konstant terminalspenning krever bredjusteringer i feltstrømmen I_f.

• Stabilitetsbegrensninger

• En mindre SCR tilsvarer redusert synkroniseringskraft, som er nødvendig for å opprettholde synkronitet. Dette resulterer i en lavere stabilitetsgrense, noe som betyr at maskiner med lav SCR er mindre stabile når de driftes parallelt med andre generatorene.

• Designskjema

• Høy-SCR-maskiner gir bedre spenningsregulering og forbedret stasjonær stabilisering, men innebærer høyere armature kortslutningsfeilstrømmer. I tillegg påvirker de maskinstørrelsen og kostnaden på grunn av designskjema.

Spenningsopplastingen til en synkronmaskin beskrives ved ligningen:

For samme verdi av Tph er spenningsopplastingen direkte proporsjonal med feltflukten per pol.

Synkroninduktansen er gitt som:

Forholdet mellom SCR og luftgappe

Dermed er kortslutningsforholdet (SCR) direkte proporsjonalt med luftgappets motstand eller luftgappets lengde. Øking av luftgappets lengde hever SCR, selv om dette krever en høyere feltmagneto-motivkraft (MMF) for å opprettholde samme spenningsopplasting (Ef). For å øke felt-MMF må enten feltstrømmen eller antallet feltvindinger økes, noe som krever høyere feltpoler og en større maskindiameter.

Påvirkning på maskindesign

Dette fører til en viktig konklusjon: en høyere SCR øker naturligvis størrelsen, vekten og kostnaden til synkronmaskinen.

Typiske SCR-verdier etter maskintype

• Sylinderrotormaskiner: SCR varierer fra 0,5 til 0,9.

• Utstikkende-polmaskiner: SCR ligger mellom 1,0 og 1,5.

• Synkronkompensoere: SCR er typisk 0,4.

Disse verdiene reflekterer designskjemaet mellom stabilisering, spenningsregulering og fysiske dimensjoner i ulike synkronmaskinkonfigurasjoner.