Tỷ số ngắn mạch của máy đồng bộ

Tỷ số ngắn mạch (SCR) của máy đồng bộ

Tỷ số ngắn mạch (SCR) của máy đồng bộ được định nghĩa là tỷ lệ giữa dòng điện từ cần thiết để tạo ra điện áp định mức trong điều kiện mạch mở đến dòng điện từ cần thiết để duy trì dòng điện cuộn dây chính định mức trong điều kiện ngắn mạch. Đối với máy đồng bộ ba pha, SCR có thể được dẫn xuất từ Đặc tính Mạch Mở (O.C.C) ở tốc độ định mức và Đặc tính Ngắn Mạch (S.C.C), như được minh họa trong hình dưới đây:

Từ hình trên, tỷ số ngắn mạch được cho bởi phương trình dưới đây.

Vì tam giác Oab và Ode tương tự. Do đó,

Độ phản kháng đồng bộ trục trực tiếp (Xd)

Độ phản kháng đồng bộ trục trực tiếp X_d được định nghĩa là tỷ lệ giữa điện áp mạch mở tương ứng với dòng điện từ cụ thể đến dòng điện cuộn dây chính ngắn mạch dưới cùng điều kiện dòng điện từ.

Đối với dòng điện từ có độ lớn Oa, độ phản kháng đồng bộ trục trực tiếp (trong ohm) được biểu diễn bằng phương trình sau:

Mối quan hệ giữa SCR và Độ phản kháng đồng bộ

Từ phương trình (7), rõ ràng rằng Tỷ số ngắn mạch (SCR) bằng nghịch đảo của độ phản kháng đồng bộ trục trực tiếp đơn vị X_d. Trong mạch từ bão hòa, giá trị của X_d phụ thuộc vào mức độ bão hòa từ.

Ý nghĩa của Tỷ số ngắn mạch (SCR)

SCR là tham số quan trọng đối với máy đồng bộ, ảnh hưởng đến đặc tính hoạt động, kích thước vật lý và chi phí. Các ý nghĩa chính bao gồm:

• Tác động lên Điều chỉnh điện áp

• Máy phát điện đồng bộ có giá trị SCR thấp hơn sẽ có sự dao động điện áp đầu cuối rõ rệt hơn khi tải thay đổi. Để duy trì điện áp đầu cuối không đổi, cần phải điều chỉnh rộng rãi dòng điện từ I_f).

• Hạn chế về Độ ổn định

• SCR nhỏ hơn tương ứng với công suất đồng bộ giảm, điều này cần thiết để duy trì đồng bộ. Điều này dẫn đến giới hạn ổn định thấp hơn, nghĩa là máy có SCR thấp ít ổn định hơn khi hoạt động song song với các máy phát khác.

• Cân nhắc trong Thiết kế

• Máy có SCR cao cung cấp khả năng điều chỉnh điện áp tốt hơn và độ ổn định trạng thái ổn định tăng, nhưng gây ra dòng điện ngắn mạch cuộn dây chính cao hơn. Ngoài ra, chúng ảnh hưởng đến kích thước và chi phí của máy do cân nhắc trong thiết kế.

Điện áp kích thích của máy đồng bộ được mô tả bởi phương trình:

Đối với cùng một giá trị Tph, điện áp kích thích tỷ lệ thuận với dòng từ mỗi cực.

Độ cảm ứng đồng bộ được cho là:

Mối quan hệ giữa SCR và Khoảng cách không khí

Do đó, Tỷ số ngắn mạch (SCR) tỷ lệ thuận với độ chống từ khoảng cách không khí hoặc chiều dài khoảng cách không khí. Tăng chiều dài khoảng cách không khí làm tăng SCR, mặc dù điều này yêu cầu lực từ từ trường cao hơn (MMF) để duy trì cùng điện áp kích thích (Ef). Để tăng lực từ từ trường, phải tăng dòng điện từ hoặc số vòng dây từ, đòi hỏi các cực từ cao hơn và đường kính máy lớn hơn.

Tác động lên Thiết kế Máy

Điều này dẫn đến kết luận quan trọng: SCR cao hơn tự nhiên làm tăng kích thước, trọng lượng và chi phí của máy đồng bộ.

Giá trị SCR điển hình theo Loại Máy

• Máy có Rotor trụ: SCR nằm trong khoảng từ 0,5 đến 0,9.

• Máy có Rotor nhô: SCR nằm trong khoảng từ 1,0 đến 1,5.

• Bù Đồng Bộ: SCR thường là 0,4.

Các giá trị này phản ánh sự cân nhắc trong thiết kế giữa độ ổn định, điều chỉnh điện áp và kích thước vật lý trong các cấu hình máy đồng bộ khác nhau.