Mètode de la impedància síncrona
El mètode de la impedància síncrona, també conegut com a mètode EMF, substitueix l'impacte de la reacció de l'armadura amb una reactància imaginària equivalent. Per calcular la regulació de tensió utilitzant aquest mètode, es requereixen les dades següents: la resistència de l'armadura per fase, la corba Característica en Circuit Obert (OCC) que descriu la relació entre la tensió en circuit obert i la corrent de camp, i la corba Característica en Circuit Tancat (SCC) que mostra la relació entre la corrent en circuit tancat i la corrent de camp.
Per a un generador síncron, es donen les equacions següents:
Per calcular la impedància síncrona Zs, es prenen mesures, i es deriva el valor de Ea (EMF induïda a l'armadura). Utilitzant Ea i V (tensió terminal), es calcula llavors la regulació de tensió.
Mesura de la Impedància Síncrona
La impedància síncrona es determina a través de tres proves principals:
Prova de Resistència DC
En aquesta prova, s'assumeix que l'alternador està connectat en estrella amb la seva bobina de camp DC en circuit obert, tal com es mostra en el diagrama de circuit següent:
Prova de Resistència DC
Es mesura la resistència DC entre cada parell de terminals utilitzant el mètode ampermetre-voltmetre o el pont de Wheatstone. Es calcula la mitjana dels tres valors de resistència mesurats Rt, i la resistència DC per fase RDC es deriva dividint Rt per 2. Considerant l'efecte de pell, que augmenta la resistència AC efectiva, la resistència AC per fase RAC es obté multiplicant RDC per un factor de 1.20–1.75 (valor típic: 1.25), depenent de la mida de la màquina.
Prova en Circuit Obert
Per determinar la impedància síncrona a través de la prova en circuit obert, l'alternador opera a la velocitat síncrona nominal amb els terminals de càrrega oberts (càrregues desconnectades) i la corrent de camp inicialment ajustada a zero. El diagrama de circuit corresponent es mostra a continuació:
Prova en Circuit Obert (Continuació)
Després d'ajustar la corrent de camp a zero, es va incrementant gradualment en passos mentre es mesura la tensió terminal Et a cada increment. La corrent d'excitació normalment es pot augmentar fins que la tensió terminal arribi al 125% del valor nominal. Es dibuixa una gràfica entre la tensió de fase en circuit obert Ep = Et/sqrt 3 i la corrent de camp If, produint la corba Característica en Circuit Obert (O.C.C). Aquesta corba reflecteix la forma d'una corba de magnetització estàndard, amb la seva regió lineal estesa per formar una línia d'interval d'aire.
La O.C.C i la línia d'interval d'aire es mostren en la figura següent:
Prova en Circuit Tancat
En la prova en circuit tancat, els terminals de l'armadura es tanquen a través de tres ampermetres, tal com es mostra en la figura següent:
Prova en Circuit Tancat (Continuació)
Abans d'iniciar l'alternador, la corrent de camp es redueix a zero, i cada ampermetre s'ajusta a un rang que supera la corrent de ple càrrega nominal. L'alternador s'opera a la velocitat síncrona, amb la corrent de camp incrementada en passos graduats—similar a la prova en circuit obert—mentre es mesura la corrent de l'armadura a cada increment. La corrent de camp s'ajusta fins que la corrent de l'armadura arribi al 150% del valor nominal.
Per cada pas, la corrent de camp If i la mitjana de les tres lectures d'ampermetre (corrent de l'armadura Ia) es registren. Una gràfica que representa Ia contra If produeix la Característica en Circuit Tancat (S.C.C), que normalment forma una línia recta, com es mostra en la figura següent.
Càlcul de la Impedància Síncrona
Per calcular la impedància síncrona Zs, primer s'obreposen la Característica en Circuit Obert (OCC) i la Característica en Circuit Tancat (SCC) en el mateix gràfic. A continuació, es determina la corrent en circuit tancat ISC corresponent a la tensió nominal de l'alternador per fase Erated. La impedància síncrona es deriva llavors com el ràtio de la tensió en circuit obert EOC (a la corrent de camp que produeix Erated) a la corrent en circuit tancat corresponent ISC, expressat com s = EOC / ISC.
El gràfic es mostra a continuació:
A partir de la figura anterior, considerem la corrent de camp If = OA, que produeix la tensió nominal de l'alternador per fase. Corresponent a aquesta corrent de camp, la tensió en circuit obert es representa per AB.
Assumpcions del Mètode de la Impedància Síncrona
El mètode de la impedància síncrona assumeix que la impedància síncrona (determinada a partir del ràtio de la tensió en circuit obert a la corrent en circuit tancat via les corbes OCC i SCC) roman constant quan aquestes característiques són lineals. Assumpte també que el flux en condicions de prova coincideix amb el flux sota càrrega, encara que això introdueix error ja que la corrent de l'armadura en circuit tancat es retarda respecte la tensió en ~90°, causant predominantment una reacció de l'armadura demagnetitzadora. Els efectes de la reacció de l'armadura es modelen com una caiguda de tensió proporcional a la corrent de l'armadura, combinada amb la caiguda de tensió de reactància, assumint que la reluctància magnètica és constant (vàlid per rotors cilíndrics degut a intervals d'aire uniformes). A baixes excitacions, és constant (impedància lineal/no saturada), però la saturació redueix més enllà de la regió lineal de la OCC (impedància saturada). Aquest mètode produeix una regulació de tensió més alta que la real, guanyant-se el terme de mètode pessimista.
