روش امپدانس همزمان
Метод синхронного импеданса, также известный как метод ЭДС, заменяет влияние реакции якоря эквивалентным мнимым реактивным сопротивлением. Для расчета регулирования напряжения этим методом требуются следующие данные: сопротивление якоря на фазу, кривая холостого хода (OCC), показывающая зависимость напряжения холостого хода от тока возбуждения, и кривая короткого замыкания (SCC), показывающая зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения.
Для синхронного генератора приведены уравнения ниже:
Для расчета синхронного импеданса Zs проводятся измерения, и определяется значение Ea (ЭДС, индуцируемая в якоре). Используя Ea и V (напряжение на выводах), затем вычисляется регулирование напряжения.
Измерение синхронного импеданса
Синхронное импеданс определяется через три основных теста:
Тест постоянного сопротивления
В этом тесте предполагается, что альтернатор подключен по схеме "звезда" с обмоткой постоянного тока возбуждения разомкнутой, как показано на схеме ниже:
Тест постоянного сопротивления
Постоянное сопротивление между каждой парой выводов измеряется либо методом амперметра-вольтметра, либо мостом Уитстона. Среднее значение трех измеренных значений сопротивления Rt рассчитывается, и сопротивление постоянному току на фазу RDC определяется делением Rt на 2. Учитывая эффект кожи, который увеличивает эффективное сопротивление переменному току, сопротивление переменному току на фазу RAC получается путем умножения RDC на коэффициент 1.20–1.75 (типичное значение: 1.25), в зависимости от размера машины.
Тест холостого хода
Для определения синхронного импеданса посредством теста холостого хода, альтернатор работает на номинальной синхронной скорости с открытыми выводами нагрузки (нагрузка отключена) и начальным током возбуждения, установленным на ноль. Соответствующая схема показана ниже:
Тест холостого хода (продолжение)
После установки тока возбуждения на ноль, он постепенно увеличивается ступенями, при этом измеряется напряжение на выводах Et на каждом шаге. Ток возбуждения обычно увеличивают до тех пор, пока напряжение на выводах не достигнет 125% номинального значения. Построивается график между фазным напряжением холостого хода Ep = Et/sqrt 3 и током возбуждения If, что дает характеристику холостого хода (O.C.C). Эта кривая отражает форму стандартной кривой намагничивания, с ее линейной областью, продленной для формирования линии воздушного зазора.
Характеристика холостого хода и линия воздушного зазора показаны на рисунке ниже:
Тест короткого замыкания
В тесте короткого замыкания выводы якоря короткозамыкаются через три амперметра, как показано на рисунке ниже:
Тест короткого замыкания (продолжение)
Перед запуском альтернатора ток возбуждения уменьшается до нуля, и каждый амперметр устанавливается на диапазон, превышающий номинальный полный ток нагрузки. Альтернатор работает на синхронной скорости, с током возбуждения, увеличиваемым постепенно, аналогично тесту холостого хода, при этом измеряется ток якоря на каждом шаге. Ток возбуждения регулируется до тех пор, пока ток якоря не достигнет 150% номинального значения.
На каждом шаге записываются ток возбуждения If и среднее значение трех показаний амперметров (ток якоря Ia). График, построенный по Ia против If, дает характеристику короткого замыкания (S.C.C), которая обычно имеет вид прямой линии, как показано на рисунке ниже.
Расчет синхронного импеданса
Для расчета синхронного импеданса Zs сначала на одном графике накладываются характеристики холостого хода (OCC) и короткого замыкания (SCC). Затем определяется ток короткого замыкания ISC, соответствующий номинальному напряжению альтернатора на фазу Erated. Синхронный импеданс затем определяется как отношение напряжения холостого хода EOC (при токе возбуждения, дающем Erated) к соответствующему току короткого замыкания ISC, выражаемое как s = EOC / ISC.
График показан ниже:
На приведенном выше рисунке, рассмотрим ток возбуждения If = OA, который создает номинальное напряжение альтернатора на фазу. При этом токе возбуждения напряжение холостого хода представлено AB.
Предположения метода синхронного импеданса
Метод синхронного импеданса предполагает, что синхронный импеданс (определенный из отношения напряжения холостого хода к току короткого замыкания по характеристикам OCC и SCC) остается постоянным, когда эти характеристики линейны. Дополнительно предполагается, что поток при испытательных условиях совпадает с потоком при нагрузке, хотя это вносит ошибку, так как ток якоря при коротком замыкании отстает от напряжения примерно на 90°, вызывая преимущественно демагнитизирующее воздействие якоря. Воздействие якоря моделируется как падение напряжения, пропорциональное току якоря, объединенное с падением напряжения на реактивное сопротивление, при условии, что магнитное сопротивление считается постоянным (что верно для цилиндрических роторов из-за равномерности воздушного зазора). При низких возбуждениях является постоянным (линейным/несытым импедансом), но насыщение уменьшает за пределами линейной области OCC (насыщенный импеданс). Этот метод дает более высокое регулирование напряжения, чем при реальной нагрузке, что приводит к его называнию пессимистическим методом.
