Synchronní impedanční metoda
Synchronní impedanční metoda, také známá jako EMF metoda, nahrazuje vliv armatury reakce ekvivalentním imaginárním reaktancem. Pro výpočet napěťové regulace touto metodou jsou požadovány následující údaje: odpor armatury na fázi, křivka otevřeného obvodu (OCC) popisující vztah mezi napětím otevřeného obvodu a proudem pole, a křivka zkráceného obvodu (SCC) ukazující vztah mezi proudem zkráceného obvodu a proudem pole.
Pro synchronní generátor jsou níže uvedeny rovnice:
Pro výpočet synchronní impedance Zs se provádí měření a odvozuje se hodnota Ea (EMF vyvolané v armatuře). Pomocí Ea a V (napětí na terminálech) se pak vypočítá napěťová regulace.
Měření synchronní impedance
Synchronní impedance se určuje třemi hlavními testy:
Test DC odporu
V tomto testu se předpokládá, že alternátor je hvězdicově zapojen s jeho DC vinutím pole otevřeným okruhem, jak je znázorněno v níže uvedeném obvodovém diagramu:
Test DC odporu
DC odpor mezi každou dvojicí terminálů se měří buď ampermetrem-voltmetrem nebo Wheatstoneovým mostem. Průměr tří změřených hodnot odporu Rt se vypočítá a per-fázový DC odpor RDC se odvodí dělením Rt dvěma. S ohledem na kůžový efekt, který zvyšuje efektivní AC odpor, se per-fázový AC odpor RAC získá násobením RDC faktorem 1,20–1,75 (typická hodnota: 1,25), podle velikosti stroje.
Test otevřeného obvodu
Pro určení synchronní impedance pomocí testu otevřeného obvodu se alternátor provozuje při nominální synchronní rychlosti s otevřenými terminály (bez zatížení) a proudu pole inicializovaném na nulu. Příslušný obvodový diagram je znázorněn níže:
Test otevřeného obvodu (Pokračování)
Po nastavení proudu pole na nulu se postupně zvyšuje v krocích, přičemž se měří napětí na terminálech Et při každém zvýšení. Proudu pole se obvykle zvyšuje až do chvíle, kdy napětí na terminálech dosáhne 125 % nominální hodnoty. Graf se zakresluje mezi fázovým napětím otevřeného obvodu Ep = Et/sqrt 3 a proudem pole If, což vede k křivce charakteristiky otevřeného obvodu (O.C.C). Tato křivka odpovídá tvaru standardní magnetizační křivky, s její lineární částí prodlouženou, aby tvořila linii vzduchového mezery.
O.C.C a linie vzduchového mezery jsou znázorněny na níže uvedeném obrázku:
Test zkráceného obvodu
V testu zkráceného obvodu jsou terminály armatury krátce spojeny třemi ampermetry, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku:
Test zkráceného obvodu (Pokračování)
Před spuštěním alternátoru se proudu pole sníží na nulu a každý ampermetr se nastaví na rozsah překračující nominální plné zatížení. Alternátor se provozuje při synchronní rychlosti a proudu pole se zvyšuje v krocích – podobně jako v testu otevřeného obvodu – přičemž se měří proud armatury při každém zvýšení. Proudu pole se nastavuje až do chvíle, kdy proud armatury dosáhne 150 % nominální hodnoty.
Pro každý krok se zaznamenávají proudu pole If a průměr tří čtecích hodnot ampermetrů (proud armatury Ia). Graf zakreslený Ia proti If dává charakteristiku zkráceného obvodu (S.C.C), která obvykle tvoří přímku, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku.
Výpočet synchronní impedance
Pro výpočet synchronní impedance Zs se nejprve překryjí charakteristiky otevřeného obvodu (OCC) a zkráceného obvodu (SCC) na stejném grafu. Poté se určí proud zkráceného obvodu ISC odpovídající nominálnímu napětí alternátoru na fázi Erated. Synchronní impedance se pak odvodí jako poměr napětí otevřeného obvodu EOC (při proudu pole, který dává Erated) k odpovídajícímu proudu zkráceného obvodu ISC, vyjádřen jako s = EOC / ISC.
Graf je znázorněn níže:
Ze výše uvedeného obrázku, zvažte proudu pole If = OA, který produkuje nominální napětí alternátoru na fázi. K tomuto proudu pole odpovídá napětí otevřeného obvodu, které je reprezentováno AB.
Předpoklady synchronní impedanční metody
Synchronní impedanční metoda předpokládá, že synchronní impedance (určená z poměru napětí otevřeného obvodu k proudu zkráceného obvodu prostřednictvím křivek OCC a SCC) zůstává konstantní, když tyto charakteristiky jsou lineární. Dále předpokládá, že tok pod testovacími podmínkami odpovídá toku za zatížení, i když to způsobuje chybu, protože proud zkrácené armatury je posunut o ~90° za napětím, což způsobuje převážně demagnetizační reakci armatury. Efekty reakce armatury jsou modelovány jako pokles napětí úměrný proudu armatury, kombinovaný s poklesem napětí reaktance, s magnetickou neprovedností považovanou za konstantní (platí pro válcové rotorové kvůli rovnoměrným vzduchovým mezera). Při nízké excitační energii je konstantní (lineární/nenasycená impedance), ale nasycení snižuje za lineární oblasti OCC (nasycená impedance). Tato metoda dává vyšší napěťovou regulaci než skutečné zatížení, což jí vyneslo označení pessimistická metoda.
