Metoda sinkronog impedanca
Metoda sinkronog impedansa, također poznata kao metoda EMF, zamjenjuje utjecaj reakcije armature ekvivalentnim imaginarnim reaktancem. Za izračun regulacije napona ovoj metodom potrebni su sljedeći podaci: otpor armature po fazi, krivulja karakteristike otvorene struje (OCC) koja prikazuje odnos između napona otvorene struje i struje polja, te krivulja karakteristike kratkog spoja (SCC) koja pokazuje odnos između struje kratkog spoja i struje polja.
Za sinkroni generator, jednadžbe su date ispod:
Za izračun sinkronog impedansa Zs, vrši se mjerenja, a vrijednost Ea (EMF inducirano u armaturi) se određuje. Koristeći Ea i V (terminalni napon), zatim se izračunava regulacija napona.
Mjerenje sinkronog impedansa
Sinkroni impedans se određuje putem tri glavna testa:
Test DC otpora
U ovom testu, alternator se pretpostavlja da je spojen u zvijezdu s njegovim DC vijkom polja otvoreno-cirkuitiranim, kako je prikazano na shemi strujnog kruga ispod:
Test DC otpora
DC otpor između svake dvojice terminala mjeri se koristeći metodu ampermetra-voltmetra ili Most Wheatstonea. Izračunava se prosjek tri mjerenih vrijednosti otpora Rt, a per-fazni DC otpor RDC se dobiva dijeljenjem Rt sa 2. Uzimajući u obzir efekt kože, koji povećava efektivni AC otpor, per-fazni AC otpor RAC dobiva se množenjem RDC faktorom od 1,20–1,75 (tipična vrijednost: 1,25), ovisno o veličini stroja.
Test otvorene struje
Da bi se odredio sinkroni impedans putem testa otvorene struje, alternator radi na nominalnoj sinkronoj brzini s terminalima opterećenja otvoreno-cirkuitiranima (opterećenja odspojena) i struja polja inicijalno postavljena na nulu. Odpovarajuća shema strujnog kruga prikazana je ispod:
Test otvorene struje (Nastavak)
Nakon postavljanja struje polja na nulu, ona se postepeno povećava u koracima dok se mjeri terminalni napon Et na svakom koraku. Struja pobude obično se povećava dok terminalni napon ne doseže 125% nominalne vrijednosti. Crtanje grafa između faznog napona otvorene struje Ep = Et/sqrt 3 i struje polja If rezultira krivuljom karakteristike otvorene struje (O.C.C). Ova krivulja odražava oblik standardne krivulje magnetizacije, s njegovim linearnim područjem proširenom kako bi formirala liniju zračnog prostora.
O.C.C i linija zračnog prostora prikazane su na slici ispod:
Test kratkog spoja
U testu kratkog spoja, terminali armature su kratko spojeni preko tri ampermetra, kako je prikazano na slici ispod:
Test kratkog spoja (Nastavak)
Prije pokretanja alternatora, struja polja se smanji na nulu, a svaki ampermetar se postavi na opseg koji prelazi nominalnu punu radnu struju. Alternator se pokreće na sinkronoj brzini, s strujom polja koja se povećava u koracima - slično testu otvorene struje - dok se mjeri struja armature na svakom koraku. Struja polja se prilagođava dok struja armature ne doseže 150% nominalne vrijednosti.
Za svaki korak, struja polja If i prosjek tri čitanja ampermetara (struja armature Ia) se bilježe. Crtež grafa Ia protiv If rezultira krivuljom karakteristike kratkog spoja (S.C.C), koja obično formira pravac, kao što je prikazano na slici ispod.
Izračun sinkronog impedansa
Za izračun sinkronog impedansa Zs, najprije se preloži krivulja karakteristike otvorene struje (OCC) i krivulja karakteristike kratkog spoja (SCC) na isti graf. Zatim se odredi struja kratkog spoja ISC koja odgovara nominalnom naponu alternatora po fazi Erated. Sinkroni impedans se zatim određuje kao omjer napona otvorene struje EOC (na struju polja koja daje Erated) i odgovarajuće struje kratkog spoja ISC, izražen kao s = EOC / ISC.
Graf prikazan je ispod:
Na gornjoj slici, razmotrite struju polja If = OA, koja proizvodi nominalni napon alternatora po fazi. Odgovarajući toj struji polja, napon otvorene struje predstavljen je sa AB.
Pretpostavke metode sinkronog impedansa
Metoda sinkronog impedansa pretpostavlja da sinkroni impedans (određen iz omjera napona otvorene struje i struje kratkog spoja preko OCC i SCC krivulja) ostaje konstantan kada su ove karakteristike linearne. Također se pretpostavlja da je fluks pod uvjetima testiranja jednak fluksu pod opterećenjem, iako to uvođe grešku jer struja armature pri kratkom spoju zaostaje za naponom oko 90°, uzrokujući uglavnom demagnetizirajuću reakciju armature. Efekti reakcije armature modelirani su kao pad napona proporcionalan struji armature, kombiniran s padom napona reaktancije, s pretpostavkom da je magnetna reluktancija konstantna (važeće za cilindrične rotore zbog uniformnih zračnih prostore). Na niskim pobudama, je konstantan (linearan/nenasitljiv impedans), ali nasitljivost smanjuje izvan linearnog područja OCC (nasitljivi impedans). Ova metoda rezultira većom regulacijom napona od stvarnog opterećenja, zbog čega se naziva pesimistička metoda.
