Metodo di Impedenza Sincrona
Il Metodo dell'Impedenza Sincrona, noto anche come Metodo EMF, sostituisce l'effetto della reazione dell'armatura con una reattanza immaginaria equivalente. Per calcolare la regolazione di tensione utilizzando questo metodo, sono richiesti i seguenti dati: resistenza dell'armatura per fase, la curva Caratteristica Aperta (OCC) che rappresenta la relazione tra la tensione aperto-circuito e la corrente del campo, e la curva Caratteristica Corto-Circuito (SCC) che mostra la relazione tra la corrente corto-circuito e la corrente del campo.
Per un generatore sincrono, le equazioni seguenti sono fornite:
Per calcolare l'impedenza sincrona Zs, vengono effettuate misurazioni e si deriva il valore di Ea (EMF indotto dall'armatura). Utilizzando Ea e V (tensione terminale), viene quindi calcolata la regolazione di tensione.
Misurazione dell'Impedenza Sincrona
L'impedenza sincrona è determinata attraverso tre test principali:
Test di Resistenza CC
In questo test, l'alternatore viene considerato stellato con l'avvolgimento del campo in corto circuito, come illustrato nel diagramma del circuito sottostante:
Test di Resistenza CC
La resistenza CC tra ogni coppia di terminali viene misurata utilizzando il metodo amperometro-voltmetro o il ponte di Wheatstone. Si calcola la media dei tre valori di resistenza misurati Rt e si deriva la resistenza CC per fase RDC dividendo Rt per 2. Considerando l'effetto pelle, che aumenta la resistenza AC effettiva, la resistenza AC per fase RAC è ottenuta moltiplicando RDC per un fattore compreso tra 1,20 e 1,75 (valore tipico: 1,25), a seconda delle dimensioni della macchina.
Test in Aperto Circuito
Per determinare l'impedenza sincrona tramite il test in aperto circuito, l'alternatore opera alla velocità sincrona nominale con i terminali di carico aperti (carichi disconnessi) e la corrente del campo inizialmente impostata a zero. Il diagramma del circuito corrispondente è mostrato di seguito:
Test in Aperto Circuito (Continuazione)
Dopo aver impostato la corrente del campo a zero, questa viene gradualmente aumentata in passaggi, misurando la tensione terminale Et ad ogni incremento. La corrente di eccitazione viene solitamente aumentata fino a quando la tensione terminale raggiunge il 125% del valore nominale. Viene tracciato un grafico tra la tensione di fase in aperto circuito Ep = Et/sqrt 3 e la corrente del campo If, ottenendo la curva Caratteristica Aperto Circuito (O.C.C). Questa curva riflette la forma di una curva di magnetizzazione standard, con la sua regione lineare estesa per formare una linea di spazio d'aria.
La O.C.C e la linea di spazio d'aria sono illustrate nella figura sottostante:
Test in Corto Circuito
Nel test in corto circuito, i terminali dell'armatura sono cortocircuitati tramite tre amperometri, come illustrato nella figura sottostante:
Test in Corto Circuito (Continuazione)
Prima di avviare l'alternatore, la corrente del campo viene ridotta a zero e ciascun amperometro è impostato su un range superiore alla corrente nominale a pieno carico. L'alternatore viene operato alla velocità sincrona, con la corrente del campo aumentata in passaggi graduati, simili al test in aperto circuito, mentre si misura la corrente dell'armatura ad ogni incremento. La corrente del campo viene regolata fino a quando la corrente dell'armatura raggiunge il 150% del valore nominale.
Per ciascun passaggio, la corrente del campo If e la media di tre letture di amperometro (corrente dell'armatura Ia) vengono registrate. Un grafico che traccia Ia contro If fornisce la Caratteristica Corto Circuito (S.C.C), che tipicamente forma una linea retta, come mostrato nella figura sottostante.
Calcolo dell'Impedenza Sincrona
Per calcolare l'impedenza sincrona Zs, si sovrappongono prima la Caratteristica Aperto Circuito (OCC) e la Caratteristica Corto Circuito (SCC) sullo stesso grafico. Successivamente, si determina la corrente di corto circuito ISC corrispondente alla tensione nominale dell'alternatore per fase Erated. L'impedenza sincrona è poi derivata come il rapporto tra la tensione in aperto circuito EOC (alla corrente del campo che produce Erated) e la corrente di corto circuito corrispondente ISC, espresso come s = EOC / ISC.
Il grafico è mostrato di seguito:
Dalla figura sopra, si considera la corrente del campo If = OA, che produce la tensione nominale dell'alternatore per fase. Corrispondente a questa corrente del campo, la tensione in aperto circuito è rappresentata da AB.
Assunzioni del Metodo dell'Impedenza Sincrona
Il metodo dell'impedenza sincrona assume che l'impedenza sincrona (determinata dal rapporto tra la tensione in aperto circuito e la corrente di corto circuito tramite le curve OCC e SCC) rimanga costante quando queste caratteristiche sono lineari. Si assume inoltre che il flusso nelle condizioni di prova corrisponda a quello sotto carico, sebbene ciò introduca un errore poiché la corrente dell'armatura cortocircuitata ritarda la tensione di circa 90°, causando principalmente una reazione demagnetizzante dell'armatura. Gli effetti della reazione dell'armatura sono modellati come una caduta di tensione proporzionale alla corrente dell'armatura, combinata con una caduta di tensione reattiva, con la riluttanza magnetica assunta costante (valida per i rotori cilindrici a causa degli spazi d'aria uniformi). A bassi livelli di eccitazione, è costante (impedenza lineare/non saturata), ma la saturazione riduce oltre la regione lineare della OCC (impedenza saturata). Questo metodo fornisce una regolazione di tensione più alta rispetto al carico effettivo, guadagnandosi il termine di metodo pessimistico.
