Stosunek krótkiego obwodu maszyny synchronicznej

Stosunek Przepływu Prądu Krótkiego (SCR) maszyny synchronicznej

Stosunek przepływu prądu krótkiego (SCR) maszyny synchronicznej jest zdefiniowany jako stosunek natężenia prądu pola niezbędnego do wygenerowania napięcia nominalnego w warunkach otwartego obwodu do natężenia prądu pola wymaganego do utrzymania nominalnego prądu armatury podczas warunków krótkiego obwodu. Dla trójfazowej maszyny synchronicznej, SCR można wywnioskować z jej charakterystyki otwartego obwodu (O.C.C) przy prędkości nominalnej i charakterystyki krótkiego obwodu (S.C.C), jak pokazano na poniższym rysunku:

Z powyższego rysunku stosunek przepływu prądu krótkiego dany jest przez równanie przedstawione poniżej.

Ponieważ trójkąty Oab i Ode są podobne. Zatem,

Reaktancja synchroniczna osi prostej (Xd)

Reaktancja synchroniczna osi prostej X_d jest zdefiniowana jako stosunek napięcia otwartego obwodu odpowiadającego określonemu natężeniu prądu pola do prądu krótkiego obwodu armatury w tych samych warunkach natężenia prądu pola.

Dla natężenia prądu pola o wartości Oa, reaktancja synchroniczna osi prostej (w omach) jest wyrażona przez poniższe równanie:

Relacja między SCR a reaktancją synchroniczną

Z równania (7) wynika, że Stosunek Przepływu Prądu Krótkiego (SCR) równy jest odwrotności jednostkowej reaktancji synchronicznej osi prostej X_d. W nasyconym obwodzie magnetycznym wartość X_d zależy od stopnia nasycenia magnetycznego.

Znaczenie Stosunku Przepływu Prądu Krótkiego (SCR)

SCR jest kluczowym parametrem dla maszyn synchronicznych, wpływającym na ich cechy eksploatacyjne, fizyczne wymiary i koszt. Kluczowe implikacje to:

• Wpływ na regulację napięcia

• Generatory synchroniczne o niższych wartościach SCR mają bardziej widoczne fluktuacje napięcia końcowego przy zmianie obciążenia. Utrzymanie stałego napięcia końcowego wymaga szerokich zakresów dostosowań natężenia prądu pola I_f).

• Ograniczenia stabilności

• Mniejszy SCR odpowiada mniejszej mocy synchronizującej, która jest niezbędna do utrzymania synchronizacji. To prowadzi do niższego limitu stabilności, co oznacza, że maszyny o niskim SCR są mniej stabilne podczas pracy równolegle z innymi generatorami.

• Kompromisy w projektowaniu

• Maszyny o wysokim SCR oferują lepszą regulację napięcia i poprawioną stabilność stanu ustalonego, ale wiążą się z wyższymi prądami uszkodzeń krótkiego obwodu armatury. Dodatkowo, wpływają na rozmiar i koszt maszyny ze względu na kompromisy projektowe.

Napięcie pobudzające maszyny synchronicznej opisane jest równaniem:

Dla tej samej wartości Tph napięcie pobudzające jest proporcjonalne do strumienia magnetycznego na biegun.

Induktancja synchroniczna dana jest jako:

Relacja między SCR a szczeliną powietrzną

Tak więc, Stosunek Przepływu Prądu Krótkiego (SCR) jest bezpośrednio proporcjonalny do reluctancji szczeliny powietrznej lub długości szczeliny powietrznej. Zwiększenie długości szczeliny powietrznej podnosi SCR, choć wymaga to wyższej siły magnetycznej pola (MMF) do utrzymania tego samego napięcia pobudzającego (Ef). Aby zwiększyć MMF pola, należy zwiększyć natężenie prądu pola lub liczbę zwijek polowych, co wymaga wyższych biegunów polowych i większego średnicy maszyny.

Wpływ na projektowanie maszyny

To prowadzi do kluczowego wniosku: wyższy SCR nieuchronnie zwiększa rozmiar, wagę i koszt maszyny synchronicznej.

Typowe wartości SCR według typu maszyny

• Maszyny z rotorem walcowym: SCR mieści się w zakresie od 0,5 do 0,9.

• Maszyny z biegunami wystającymi: SCR mieści się w zakresie od 1,0 do 1,5.

• Kompensatory synchroniczne: SCR wynosi zazwyczaj 0,4.

Te wartości odzwierciedlają kompromisy projektowe między stabilnością, regulacją napięcia i fizycznymi wymiarami w różnych konfiguracjach maszyn synchronicznych.