Synkron impedansmetod
Synkron impedansmetoden, även känd som EMF-metoden, ersätter effekten av armaturreaktion med en motsvarande imaginär reaktans. För att beräkna spänningsreglering med denna metod krävs följande data: armaturmotstånd per fas, Öppen-krets-karakteristik (OCC) kurva som visar förhållandet mellan öppen-kretsspänning och fälströmsstyrka, samt Kortslutningskarakteristik (SCC) kurva som visar förhållandet mellan kortslutningsström och fälströmsstyrka.
För en synkron generator ges följande ekvationer:
För att beräkna den synkrona impedansen Zs, tas mätningar, och värdet av Ea (armaturinducerad EMF) fastställs. Med hjälp av Ea och V (terminalspänning) beräknas sedan spänningsregleringen.
Mätning av Synkron Impedans
Synkron impedans fastställs genom tre huvudtester:
DC-motståndsprov
I detta prov antas alternatorn vara stjärnkopplad med sin DC-fältdrädt öppenkört, som visas i kretsdiagrammet nedan:
DC-motståndsprov
DC-motståndet mellan varje par terminaler mäts med antingen ammeters-voltmetersmetoden eller Wheatstones bro. Medelvärdet av de tre mätta motståndsvärdena Rt beräknas, och det per-fase DC-motståndet RDC erhålls genom att dela Rt med 2. Efter att ha tagit hänsyn till skineffekten, vilken ökar det effektiva AC-motståndet, erhålls det per-fase AC-motståndet RAC genom att multiplicera RDC med en faktor på 1,20–1,75 (typiskt värde: 1,25), beroende på maskinstorlek.
Öppen-krets-prov
För att bestämma synkron impedans via öppen-krets-provet drivs alternatorn vid nominell synkron hastighet med lastterminalerna öppna (lasterna frånkopplade) och fälströmmen initialt inställd på noll. Det motsvarande kretsdiagrammet visas nedan:
Öppen-krets-prov (fortsättning)
Efter att ha satt fälströmmen till noll ökas den gradvis i steg samtidigt som terminalspänningen Et mäts vid varje inkrement. Fältströmmen höjs vanligtvis tills terminalspänningen når 125% av det nominella värdet. En graf ritas mellan öppen-kretsfasvolten Ep = Et/sqrt 3 och fälströmmen If, vilket ger Öppen-Krets-Karakteristiken (O.C.C). Denna kurva liknar formen av en standardmagnetiseringskurva, där dess linjära region är utökad för att forma en luftgaplinje.
O.C.C och luftgaplinjen illustreras i figuren nedan:
Kortslutningsprov
I kortslutningsprovet kopplas armaturterminalerna kort via tre ammeters, som illustreras i figuren nedan:
Kortslutningsprov (fortsättning)
Innan alternatorn startas sänks fälströmmen till noll, och varje ammeter sätts in i ett område som överstiger den nominella fullastningsströmmen. Alternatorn drivs vid synkron hastighet, med fälströmmen ökad i gradvisa steg – liknande öppen-kretsprovet – samtidigt som armaturströmmen mäts vid varje inkrement. Fälströmmen justeras tills armaturströmmen når 150% av det nominella värdet.
För varje steg registreras fälströmmen If och medelvärdet av tre ammetersläsningar (armaturströmmen Ia). En graf som ritar Ia mot If ger Kortslutningskarakteristiken (S.C.C), vilken vanligtvis bildar en rak linje, som visas i figuren nedan.
Beräkning av Synkron Impedans
För att beräkna den synkrona impedansen Zs, överlagras först Öppen-Krets-Karakteristiken (OCC) och Kortslutningskarakteristiken (SCC) på samma graf. Sedan fastställs kortslutningsströmmen ISC som motsvarar den nominella alternatorspänningen per fas Erated. Den synkrona impedansen erhålls sedan som kvoten mellan öppen-kretsspänningen EOC (vid fälströmmen som ger Erated till motsvarande kortslutningsströmmen ISC, uttryckt som s = EOC / ISC.
Grafen visas nedan:
Från ovanstående figur betraktas fälströmmen If = OA, vilken producerar den nominella alternatorspänningen per fas. Motsvarande denna fälström representeras öppen-kretsspänningen av AB.
Antaganden i Synkron Impedansmetoden
Synkron impedansmetoden antar att den synkrona impedansen (bestämd från kvoten mellan öppen-kretsspänning och kortslutningsström via OCC- och SCC-kurvor) förblir konstant när dessa karaktäristiker är linjära. Den antar vidare att flödet under provförhållanden matchar det under belastning, även om detta introducerar fel eftersom kortsluten armaturström ligger ~90° efter spänningen, vilket orsakar huvudsakligen demagnetiserande armaturreaktion. Armaturreaktionseffekter modelleras som en spänningsfall proportional mot armaturström, kombinerat med reaktansspänningsfall, med magnetisk motståndsförmåga antagen konstant (giltig för cylindriska rotorer på grund av enhetliga luftgap). Vid låg excitation är konstant (linjär/oversättad impedans), men sättning reducerar bortom OCC:s linjära region (sättad impedans). Denna metod ger högre spänningsreglering än den verkliga belastningen, vilket gör att den får namnet pessimistisk metod.
