Synkron impedansemetode
Synkron impedansemetoden, også kjent som EMF-metoden, erstatter effekten av armaturreaksjon med en ekvivalent imaginær reaktanse. For å beregne spenningsregulering ved hjelp av denne metoden, kreves følgende data: armaturmotstand per fase, Open-Circuit Characteristic (OCC)-kurven som viser forholdet mellom åpen-sirkel spenning og feltstrøm, samt Short-Circuit Characteristic (SCC)-kurven som viser forholdet mellom kortslutningsstrøm og feltstrøm.
For en synkron generator er ligningene gitt nedenfor:
For å beregne synkron impedansen Zs, tas målinger, og verdien av Ea (armaturindusert EMF) utledes. Ved hjelp av Ea og V (terminalspenning), beregnes deretter spenningsreguleringen.
Måling av synkron impedans
Synkron impedans fastsettes gjennom tre primære tester:
DC motstandstest
I denne testen antas alternatoren å være stjernetilkoblet med sin DC feltspole åpen-sirkulert, som vist i kretsskjemaet nedenfor:
DC motstandstest
DC motstanden mellom hvert par terminaler måles ved hjelp av enten ammeter-voltmetermetoden eller Wheatstone-broen. Gjennomsnittet av tre målte motstandsverdier Rt beregnes, og per-fase DC motstand RDC utledes ved å dele Rt med 2. Med hensyn til skin-effekten, som øker den effektive AC motstanden, blir per-fase AC motstand RAC oppnådd ved å multiplisere RDC med en faktor på 1.20–1.75 (typisk verdi: 1.25), avhengig av maskinstørrelse.
Åpen-sirkel test
For å bestemme synkron impedans via åpen-sirkel testen, opererer alternatoren på satt synkron hastighet med lastterminaler åpne (last frakoblet) og feltstrøm initialt satt til null. Tiltakende kretsskjema er vist nedenfor:
Åpen-sirkel test (fortsettelse)
Etter at feltstrømmen er satt til null, økes den trinnvis mens terminalspenningen Et måles ved hver inkrement. Feltstrømmen økes typisk inntil terminalspenningen når 125% av den satt verdien. En graf tegnes mellom åpen-sirkel fasen spenning Ep = Et/sqrt 3 og feltstrøm If, som gir Open Circuit Characteristic (O.C.C) kurven. Denne kurven reflekterer formen av en standard magnetiseringskurve, med dens lineære region utvidet til å danne en luftgaplinje.
O.C.C og luftgaplinjen er illustrert i figuren nedenfor:
Kortsluttingstest
I kortsluttingstesten kortsluttes armatureterminalene gjennom tre ammeter, som illustrert i figuren nedenfor:
Kortsluttingstest (fortsettelse)
Før alternatoren startes, reduseres feltstrømmen til null, og hver ammeter settes til et område over den satt fullbelasted strømmen. Alternatoren drives på synkron hastighet, med feltstrøm økt trinnvis—liknende åpen-sirkel testen—mens armaturestrøm måles ved hver inkrement. Feltstrømmen justeres inntil armaturestrømmen når 150% av den satt verdien.
For hvert trinn, registreres feltstrøm If og gjennomsnittet av tre ammeter lesinger (armaturestrøm Ia). En graf som plotter Ia mot If gir Short Circuit Characteristic (S.C.C), som typisk danner en rett linje, som vist i figuren nedenfor.
Beregning av synkron impedans
For å beregne synkron impedansen Zs, legges først Open-Circuit Characteristic (OCC) og Short-Circuit Characteristic (SCC) på samme graf. Deretter fastsettes kortslutningsstrømmen ISC som tilsvarer den satt alternatorspenningen per fase Erated. Synkron impedansen utledes deretter som forholdet mellom åpen-sirkel spenning EOC (ved feltstrøm som gir Erated) til den tilsvarende kortslutningsstrømmen ISC, uttrykt som s = EOC / ISC.
Grafen er vist nedenfor:
Fra figuren over, betraktes feltstrømmen If = OA, som produserer den satt alternatorspenningen per fase. Tilsvarande denne feltstrømmen, representeres åpen-sirkel spenningen av AB.
Antagelser i synkron impedansmetoden
Synkron impedansmetoden antar at synkron impedans (bestemt fra forholdet mellom åpen-sirkel spenning og kortslutningsstrøm via OCC- og SCC-kurver) forbli konstant når disse karakteristikene er lineære. Det antas videre at flux under testbetingelser samsvarer med den under belastning, selv om dette introduserer feil da kortsluttet armaturestrøm forsinkes av spenning med ~90°, noe som fører til hovedsakelig demagnetiserende armaturreaksjon. Effekter av armaturreaksjon modelleres som en spenningsnedgang proporsjonell med armaturestrøm, kombinert med reaktansens spenningsnedgang, med magnetisk motstand antatt konstant (gyldig for sylindriske rotor pga. uniforme luftgapper). Ved lav excitasjon er konstant (lineær/unsaturert impedans), men saturering reduserer utenfor OCCs lineære område (saturert impedans). Denne metoden gir høyere spenningsregulering enn faktisk belasting, noe som gir den betegnelsen pessimistisk metode.
