Метод синхронного импеданса
Метод синхронного импеданса, также известный как метод ЭДС, заменяет влияние реакции якоря эквивалентным мнимым реактивным сопротивлением. Для расчета регулирования напряжения этим методом требуются следующие данные: сопротивление якоря на фазу, кривая холостого хода (OCC), показывающая зависимость напряжения холостого хода от тока возбуждения, и кривая короткого замыкания (SCC), показывающая зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения.
Для синхронного генератора приведены следующие уравнения:
Для расчета синхронного импеданса Zs проводятся измерения, и определяется значение Ea (ЭДС, индуцируемая в якоре). Используя Ea и V (напряжение на выводах), вычисляется регулирование напряжения.
Измерение синхронного импеданса
Синхронный импеданс определяется посредством трех основных испытаний:
Испытание постоянным током
В этом испытании предполагается, что альтернатор подключен по схеме "звезда" с обмоткой постоянного тока, открытой на цепи, как показано на схеме ниже:
Испытание постоянным током
Измеряется сопротивление постоянному току между каждой парой выводов с использованием метода амперметра-вольтметра или моста Уитстона. Считается среднее значение трех измеренных значений сопротивления Rt, и сопротивление постоянному току на фазу RDC вычисляется делением Rt на 2. Учитывая эффект кожного слоя, который увеличивает эффективное сопротивление переменному току, сопротивление переменному току на фазу RAC получается умножением RDC на коэффициент 1,20–1,75 (типичное значение: 1,25), в зависимости от размера машины.
Испытание холостого хода
Для определения синхронного импеданса при испытании холостого хода альтернатор работает на номинальной синхронной скорости с открытыми выводами нагрузки (нагрузка отключена) и начальным током возбуждения, равным нулю. Соответствующая схема показана ниже:
Испытание холостого хода (продолжение)
После установки тока возбуждения на ноль он постепенно увеличивается ступенями, при этом измеряется напряжение на выводах Et на каждом шаге. Ток возбуждения обычно повышается до тех пор, пока напряжение на выводах не достигнет 125% номинального значения. Построивается график между фазным напряжением холостого хода Ep = Et/√3 и током возбуждения If, что дает характеристику холостого хода (O.C.C). Эта кривая имеет форму стандартной кривой намагничивания, с линейным участком, продленным для формирования линии воздушного зазора.
Характеристика холостого хода и линия воздушного зазора показаны на рисунке ниже:
Испытание коротким замыканием
При испытании коротким замыканием выводы якоря замыкаются через три амперметра, как показано на рисунке ниже:
Испытание коротким замыканием (продолжение)
Перед запуском альтернатора ток возбуждения снижается до нуля, и каждый амперметр устанавливается на диапазон, превышающий номинальный полный ток нагрузки. Альтернатор работает на синхронной скорости, ток возбуждения увеличивается постепенно — аналогично испытанию холостого хода — при этом измеряется ток якоря на каждом шаге. Ток возбуждения регулируется до тех пор, пока ток якоря не достигнет 150% номинального значения.
На каждом шаге записываются ток возбуждения If и среднее значение трех показаний амперметров (ток якоря Ia). График, построенный по Ia против If, дает характеристику короткого замыкания (S.C.C), которая обычно представляет собой прямую линию, как показано на рисунке ниже.
Расчет синхронного импеданса
Для расчета синхронного импеданса Zs сначала накладываются характеристики холостого хода (OCC) и короткого замыкания (SCC) на один и тот же график. Затем определяется ток короткого замыкания ISC, соответствующий номинальному напряжению альтернатора на фазу Erated. Синхронный импеданс затем вычисляется как отношение напряжения холостого хода EOC (при токе возбуждения, дающем Erated) к соответствующему току короткого замыкания ISC, выражаемое как s = EOC / ISC.
График показан ниже:
На приведенном выше рисунке рассмотрим ток возбуждения If = OA, который создает номинальное напряжение альтернатора на фазу. При этом токе возбуждения напряжение холостого хода представлено AB.
Предположения метода синхронного импеданса
Метод синхронного импеданса предполагает, что синхронный импеданс (определенный из отношения напряжения холостого хода к току короткого замыкания по характеристикам OCC и SCC) остается постоянным, когда эти характеристики линейны. Дополнительно предполагается, что поток при испытательных условиях совпадает с потоком при нагрузке, хотя это вводит погрешность, так как ток якоря при коротком замыкании отстает от напряжения примерно на 90°, вызывая преимущественно демагнитизирующее воздействие якоря. Воздействие якоря моделируется как падение напряжения, пропорциональное току якоря, в сочетании с падением напряжения на реактивном сопротивлении, при условии, что магнитное сопротивление считается постоянным (что верно для цилиндрических роторов из-за равномерных воздушных зазоров). При низком возбуждении остается постоянным (линейное/несытое сопротивление), но насыщение уменьшает за пределами линейного участка OCC (насыщенное сопротивление). Этот метод дает более высокое регулирование напряжения, чем при реальной нагрузке, что привело к его названию "пессимистический метод".
