Metoda synchronicznej impedancji
Metoda synchronicznej impedancji, znana również jako metoda EMF, zastępuje wpływ reakcji armatury równoważną urojoną reaktancją. Aby obliczyć regulację napięcia za pomocą tej metody, wymagane są następujące dane: opór armatury na fazę, krzywa charakterystyki otwartego obwodu (OCC) przedstawiająca zależność napięcia otwartego obwodu od prądu pola, oraz krzywa charakterystyki krótkiego obwodu (SCC) pokazująca zależność prądu krótkiego obwodu od prądu pola.
Dla synchronicznego generatora podane są poniżej równania:
Aby obliczyć synchroniczną impedancję Zs, wykonuje się pomiary, a wartość Ea (EMF indukowane w armaturze) jest wyznaczana. Używając Ea i V (napięcie końcowe), obliczana jest następnie regulacja napięcia.
Pomiar synchronicznej impedancji
Synchroniczna impedancja jest określana przez trzy główne testy:
Test oporu stałoprądowego
W tym teście alternator jest zakładany jako połączony gwiazdowo z otwartym obwodem cewki pola stałoprądowego, jak pokazano na schemacie obwodowym poniżej:
Test oporu stałoprądowego
Opór stałoprądowy między każdą parą zacisków mierzy się za pomocą metody amperometru-woltmetru lub mostka Wheatstone'a. Średnia trzech zmierzonych wartości oporu Rt jest obliczana, a opór stało-prądowy na fazę RDC jest wyznaczany poprzez podzielenie Rt przez 2. Biorąc pod uwagę efekt skórowy, który zwiększa efektywny opór przemienny, opór przemienny na fazę RAC jest uzyskiwany przez pomnożenie RDC przez współczynnik 1,20–1,75 (typowa wartość: 1,25), w zależności od wielkości maszyny.
Test otwartego obwodu
Aby określić synchroniczną impedancję za pomocą testu otwartego obwodu, alternator działa z prędkością synchroniczną przy złączach obciążenia otwartych (obciążenia rozłączone) i początkowym prądzie pola ustawionym na zero. Odpowiedni schemat obwodowy przedstawiono poniżej:
Test otwartego obwodu (ciąg dalszy)
Po ustawieniu prądu pola na zero, stopniowo go zwiększamy w etapach, mierząc jednocześnie napięcie końcowe Et przy każdym kroku. Prąd pobudzający jest zwykle podnoszony do momentu, gdy napięcie końcowe osiągnie 125% wartości nominalnej. Rysuje się wykres między fazowym napięciem otwartego obwodu Ep = Et/sqrt 3 a prądem pola If, otrzymując charakterystykę otwartego obwodu (O.C.C). Ta krzywa ma kształt standardowej krzywej namagnesowania, z jej liniową częścią rozszerzoną, tworząc linię szczeliny powietrznej.
Charakterystyka O.C.C i linia szczeliny powietrznej są przedstawione na rysunku poniżej:
Test krótkiego obwodu
W teście krótkiego obwodu zaciski armatury są skrócone przez trzy amperometry, jak pokazano na rysunku poniżej:
Test krótkiego obwodu (ciąg dalszy)
Przed uruchomieniem alternatora, prąd pola jest obniżany do zera, a każdy amperometr ustawia się na zakres przekraczający pełny prąd obciążenia nominalnego. Alternator działa z prędkością synchroniczną, z prądem pola zwiększonym w etapach — podobnie jak w teście otwartego obwodu — przy jednoczesnym mierzeniu prądu armatury przy każdym kroku. Prąd pola jest dostosowywany, aż prąd armatury osiągnie 150% wartości nominalnej.
Dla każdego kroku, prąd pola If i średnia trzech odczytów amperometrów (prąd armatury Ia) są zapisywane. Wykres przedstawiający Ia w zależności od If daje charakterystykę krótkiego obwodu (S.C.C), która zazwyczaj tworzy prostą, jak pokazano na rysunku poniżej.
Obliczenie synchronicznej impedancji
Aby obliczyć synchroniczną impedancję Zs, najpierw nakładają się charakterystykę otwartego obwodu (OCC) i charakterystykę krótkiego obwodu (SCC) na ten sam wykres. Następnie określa się prąd krótkiego obwodu ISC odpowiadający nominalnemu napięciu alternatora na fazę Erated. Synchroniczna impedancja jest następnie wyznaczana jako stosunek napięcia otwartego obwodu EOC (przy prądzie pola, który daje Erated) do odpowiadającego mu prądu krótkiego obwodu ISC, wyrażony jako s = EOC / ISC.
Wykres jest pokazany poniżej:
Z powyższego rysunku, rozważmy prąd pola If = OA, który generuje nominalne napięcie alternatora na fazę. Dla tego prądu pola, napięcie otwartego obwodu jest reprezentowane przez AB.
Założenia metody synchronicznej impedancji
Metoda synchronicznej impedancji zakłada, że synchroniczna impedancja (określona z proporcji napięcia otwartego obwodu do prądu krótkiego obwodu za pomocą krzywych OCC i SCC) pozostaje stała, gdy te charakterystyki są liniowe. Zakłada się ponadto, że strumień magnetyczny w warunkach testowych odpowiada temu w warunkach obciążenia, choć to wprowadza błąd, ponieważ prąd armatury w obwodzie krótkim opóźnia się względem napięcia o około 90°, powodując głównie demagnetyzującą reakcję armatury. Efekty reakcji armatury są modelowane jako spadek napięcia proporcjonalny do prądu armatury, połączony ze spadkiem napięcia reaktancyjnego, z założeniem stałości reluctancji (jest to prawidłowe dla rotora cylindrycznego ze względu na jednolite szczeliny powietrzne). Przy niskich pobudzeniach jest stała (liniowa/niesycąca impedancja), ale nasycenie redukuje poza liniową regionem OCC (nasycąca impedancja). Ta metoda daje wyższą regulację napięcia niż rzeczywiste obciążenie, co sprawia, że nazywana jest metodą pesymistyczną.
