Méthode de l'impédance synchrone
La méthode de l'impédance synchrone, également connue sous le nom de méthode de la force électromotrice (EMF), remplace l'impact de la réaction d'armature par une réactance imaginaire équivalente. Pour calculer la régulation de tension en utilisant cette méthode, les données suivantes sont requises : la résistance de l'armature par phase, la courbe de caractéristique à circuit ouvert (OCC) illustrant la relation entre la tension à circuit ouvert et le courant d'excitation, et la courbe de caractéristique à court-circuit (SCC) montrant la relation entre le courant de court-circuit et le courant d'excitation.
Pour un générateur synchrone, voici les équations ci-dessous :
Pour calculer l'impédance synchrone Zs, des mesures sont prises, et la valeur de Ea (force électromotrice induite dans l'armature) est dérivée. En utilisant Ea et V (tension aux bornes), la régulation de tension est ensuite calculée.
Mesure de l'impédance synchrone
L'impédance synchrone est déterminée par trois tests principaux :
Test de résistance en courant continu
Dans ce test, l'alternateur est supposé être connecté en étoile avec son bobinage d'excitation en courant continu en circuit ouvert, comme illustré dans le schéma électrique ci-dessous :
Test de résistance en courant continu
La résistance en courant continu entre chaque paire de bornes est mesurée à l'aide de la méthode ampermètre-voltmètre ou du pont de Wheatstone. La moyenne des trois valeurs de résistance mesurées Rt est calculée, et la résistance en courant continu par phase RDC est dérivée en divisant Rt par 2. En tenant compte de l'effet de peau, qui augmente la résistance effective en courant alternatif, la résistance en courant alternatif par phase RAC est obtenue en multipliant RDC par un facteur de 1,20 à 1,75 (valeur typique : 1,25), selon la taille de la machine.
Test à circuit ouvert
Pour déterminer l'impédance synchrone via le test à circuit ouvert, l'alternateur fonctionne à la vitesse synchrone nominale avec les bornes de charge ouvertes (charges déconnectées) et le courant d'excitation initialement réglé à zéro. Le schéma correspondant est montré ci-dessous :
Test à circuit ouvert (suite)
Après avoir réglé le courant d'excitation à zéro, il est augmenté progressivement par paliers tout en mesurant la tension aux bornes Et à chaque incrément. Le courant d'excitation est généralement augmenté jusqu'à ce que la tension aux bornes atteigne 125 % de la valeur nominale. Un graphique est tracé entre la tension de phase à circuit ouvert Ep = Et/sqrt 3 et le courant d'excitation If, donnant la courbe de caractéristique à circuit ouvert (O.C.C). Cette courbe reflète la forme d'une courbe de magnétisation standard, avec sa région linéaire prolongée pour former une ligne de fente d'air.
La O.C.C et la ligne de fente d'air sont illustrées dans la figure ci-dessous :
Test à court-circuit
Dans le test à court-circuit, les bornes de l'armature sont court-circuitées via trois ampèremètres, comme illustré dans la figure ci-dessous :
Test à court-circuit (suite)
Avant de démarrer l'alternateur, le courant d'excitation est réduit à zéro, et chaque ampèremètre est réglé sur une plage dépassant le courant nominal à pleine charge. L'alternateur est opéré à la vitesse synchrone, avec le courant d'excitation augmenté progressivement par paliers - similairement au test à circuit ouvert - tout en mesurant le courant d'armature à chaque incrément. Le courant d'excitation est ajusté jusqu'à ce que le courant d'armature atteigne 150 % de la valeur nominale.
Pour chaque palier, le courant d'excitation If et la moyenne des trois lectures d'ampèremètres (courant d'armature Ia) sont enregistrées. Un graphique traçant Ia contre If donne la caractéristique à court-circuit (S.C.C), qui forme généralement une ligne droite, comme illustré dans la figure ci-dessous.
Calcul de l'impédance synchrone
Pour calculer l'impédance synchrone Zs, superposez d'abord les caractéristiques à circuit ouvert (OCC) et à court-circuit (SCC) sur le même graphique. Ensuite, déterminez le courant de court-circuit ISC correspondant à la tension nominale de l'alternateur par phase Erated. L'impédance synchrone est alors dérivée comme le rapport de la tension à circuit ouvert EOC (au courant d'excitation qui donne Erated) au courant de court-circuit correspondant ISC, exprimé par s = EOC / ISC.
Le graphique est montré ci-dessous :
Sur la figure ci-dessus, considérez le courant d'excitation If = OA, qui produit la tension nominale de l'alternateur par phase. Correspondant à ce courant d'excitation, la tension à circuit ouvert est représentée par AB.
Suppositions de la méthode de l'impédance synchrone
La méthode de l'impédance synchrone suppose que l'impédance synchrone (déterminée à partir du rapport de la tension à circuit ouvert au courant de court-circuit via les courbes OCC et SCC) reste constante lorsque ces caractéristiques sont linéaires. Elle suppose également que le flux sous conditions de test correspond à celui sous charge, bien que cela introduise une erreur car le courant d'armature court-circuité retarde la tension d'environ 90°, provoquant principalement une réaction d'armature démagnétisante. Les effets de la réaction d'armature sont modélisés comme une chute de tension proportionnelle au courant d'armature, combinée à une chute de tension réactive, avec la réluctance magnétique supposée constante (valable pour les rotors cylindriques en raison des fentes d'air uniformes). À faibles excitations, est constante (impédance linéaire/non saturée), mais la saturation réduit au-delà de la région linéaire de la OCC (impédance saturée). Cette méthode donne une régulation de tension plus élevée que la charge réelle, ce qui lui vaut le terme de méthode pessimiste.
