Senkron Makinenin Kısa Devre Oranı

Senkron Makinenin Kısa Devre Oranı (SCR)

Senkron makinenin Kısa Devre Oranı (SCR), açık devre koşullarında nominal gerilim üretmek için gerekli olan manyetik alan akımının, kısa devre koşullarında nominal armatür akımını korumak için gereken manyetik alan akımına oranı olarak tanımlanır. Üç fazlı senkron makine için, SCR, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi nominal hızda Açık Devre Karakteristiği (O.C.C) ve Kısa Devre Karakteristiği (S.C.C)’den türetilebilir:

Yukarıdaki figürden, kısa devre oranı aşağıdaki denklemle verilir.

Çünkü Oab ve Ode üçgenleri benzerdir. Bu nedenle,

Doğru Eksen Senkron Reaktansı (Xd)

Doğru eksen senkron reaktansı X_d, belirli bir manyetik alan akımı için karşılık gelen açık devre geriliminin, aynı manyetik alan akımı koşulunda armatür kısa devre akımına oranıdır.

Oa büyüklüğündeki bir manyetik alan akımı için, doğru eksen senkron reaktansı (ohm cinsinden) aşağıdaki denklemle ifade edilir:

SCR ile Senkron Reaktans Arasındaki İlişki

Denklemden (7) görüldüğü üzere, Kısa Devre Oranı (SCR), per-unit doğru eksen senkron reaktansının X_d tersi eşittir. Doygun bir manyetik devrede, X_d değeri, manyetik doygunluk derecesine bağlıdır.

Kısa Devre Oranının (SCR) Önemi

SCR, senkron makineler için kritik bir parametre olup, operasyonel özelliklerini, fiziksel boyutlarını ve maliyetlerini etkiler. Ana sonuçlar şunlardır:

• Gerilim Düzenleme Etkisi

• Düşük SCR değerine sahip senkron jeneratörler, yük değişiklikleriyle daha belirgin terminal gerilim dalgalanmaları gösterir. Sabit terminal gerilimini korumak için geniş aralıklı ayarlamalar gereklidir (I_f).

• Kararlılık Sınırlamaları

• Daha küçük bir SCR, eş zamanlı güçte azalmaya neden olur, bu da eş zamanlılığı korumada önemlidir. Bu, daha düşük bir kararlılık sınırına yol açar, yani düşük SCR'ye sahip makineler diğer jeneratörlerle paralel çalışırken daha az kararlıdır.

• Tasarım Açısından Fayda Zarar Dengesi

• Yüksek-SCR makineler, daha iyi gerilim düzenlemesi ve geliştirilmiş durağan durum kararlılığı sağlar, ancak daha yüksek armatür kısa devre hatası akımlarına neden olur. Ayrıca, tasarım fayda zarar dengeleri nedeniyle makinelerin boyutu ve maliyeti üzerinde etkili olurlar.

Bir senkron makinenin tahrik gerilimi aşağıdaki denklemle açıklanır:

Aynı Tph değeri için tahrik gerilimi, her kutuba düşen manyetik alana orantılıdır.

Senkron endüktans şu şekilde verilir:

SCR ile Hava Aralığı Arasındaki İlişki

Bu nedenle, Kısa Devre Oranı (SCR), hava aralığı direnç veya hava aralığı uzunluğuna orantılıdır. Hava aralığı uzunluğunun artırılması, SCR'yi yükseltir, ancak bu aynı tahrik gerilimi (Ef) korumak için daha yüksek bir manyetik alan motor gücü (MMF) gerektirir. Manyetik alan MMF'yi artırmak için, ya manyetik alan akımını ya da manyetik alan sarım sayısını artırmanız gerekir, bu da daha yüksek manyetik alan poler ve genişletilmiş makine çapına ihtiyaç duyar.

Makine Tasarımına Etki

Bu, ana bir sonuca yol açar: Daha yüksek bir SCR, senkron makinenin boyutunu, ağırlığını ve maliyetini doğal olarak artırır.

Makinelerin Tipine Göre Tipik SCR Değerleri

• Silindirik Rotorlu Makineler: SCR 0.5 ile 0.9 arasındadır.

• Belirgin Polerli Makineler: SCR 1.0 ile 1.5 arasındadır.

• Senkron Kompensatörler: SCR tipik olarak 0.4'tür.

Bu değerler, farklı senkron makine yapılandırmalarında istikrar, gerilim düzenleme ve fiziksel boyutlar arasındaki tasarım fayda zarar dengelerini yansıtır.