Коэффициент короткого замыкания синхронной машины

Коэффициент короткого замыкания (SCR) синхронной машины

Коэффициент короткого замыкания (SCR) синхронной машины определяется как отношение тока возбуждения, необходимого для генерации номинального напряжения при разомкнутой цепи, к току возбуждения, требуемому для поддержания номинального тока якоря при коротком замыкании. Для трехфазной синхронной машины коэффициент короткого замыкания можно вывести из ее характеристики при разомкнутой цепи (O.C.C) на номинальной скорости и характеристики при коротком замыкании (S.C.C), как показано на рисунке ниже:

Из приведенного выше рисунка коэффициент короткого замыкания дается уравнением, показанным ниже.

Поскольку треугольники Oab и Ode подобны, следовательно,

Прямая ось синхронной индуктивности (Xd)

Прямая ось синхронной индуктивности X_d определяется как отношение напряжения при разомкнутой цепи, соответствующего определенному току возбуждения, к току короткого замыкания якоря при том же токе возбуждения.

Для тока возбуждения величиной Oa, прямая ось синхронной индуктивности (в омах) выражается следующим уравнением:

Связь между коэффициентом короткого замыкания (SCR) и синхронной индуктивностью

Из уравнения (7) очевидно, что коэффициент короткого замыкания (SCR) равен обратному значению единичной прямой оси синхронной индуктивности X_d. В насыщенном магнитном контуре значение X_d зависит от степени магнитного насыщения.

Значение коэффициента короткого замыкания (SCR)

Коэффициент короткого замыкания является критическим параметром для синхронных машин, влияющим на их эксплуатационные характеристики, физические размеры и стоимость. Ключевые последствия включают:

• Влияние на регулирование напряжения

• Синхронные генераторы с меньшими значениями SCR демонстрируют более заметные колебания конечного напряжения при изменении нагрузки. Для поддержания постоянного конечного напряжения требуется широкий диапазон регулировки тока возбуждения I_f.

• Ограничения по стабильности

• Меньший SCR соответствует уменьшению синхронизирующей мощности, которая необходима для поддержания синхронизма. Это приводит к снижению предела стабильности, что означает, что машины с низким SCR менее стабильны при работе параллельно с другими генераторами.

• Торговые компромиссы в проектировании

• Машины с высоким SCR предлагают лучшее регулирование напряжения и улучшенную устойчивость в установившемся режиме, но они связаны с более высокими токами короткого замыкания якоря. Кроме того, они влияют на размер и стоимость машины из-за торговых компромиссов в проектировании.

Напряжение возбуждения синхронной машины описывается уравнением:

Для одинакового значения Tph напряжение возбуждения прямо пропорционально магнитному потоку на полюс.

Синхронная индуктивность задается как:

Связь между коэффициентом короткого замыкания (SCR) и воздушным зазором

Таким образом, коэффициент короткого замыкания (SCR) прямо пропорционален reluctancia воздушного зазора или длине воздушного зазора. Увеличение длины воздушного зазора повышает SCR, хотя это требует большей магнитной силы поля (MMF) для поддержания того же напряжения возбуждения (Ef). Для увеличения MMF поля необходимо либо увеличить ток возбуждения, либо количество витков поля, что требует более высоких полюсов поля и увеличенного диаметра машины.

Влияние на проектирование машины

Это приводит к ключевому выводу: более высокий SCR неизбежно увеличивает размер, вес и стоимость синхронной машины.

Типичные значения SCR по типу машины

• Машины с цилиндрическим ротором: SCR варьируется от 0,5 до 0,9.

• Машины с выступающими полюсами: SCR находится в диапазоне от 1,0 до 1,5.

• Синхронные компенсаторы: SCR обычно составляет 0,4.

Эти значения отражают компромиссы в проектировании между стабильностью, регулированием напряжения и физическими размерами в различных конфигурациях синхронных машин.