בעיית עומס קיבולי שנתקלת בה לעתים קרובות על ידי סט גנרטורים דיזל במרכז נתונים

ראשית, עלינו להגביל את היקף הדיון כדי להימנע מחוסר דיוק יתר. הגנרטור הנדון כאן מתייחס לגנרטור סינכרוני AC תלת פאזי ללא מברשות, להלן יכונה "הגנרטור".

גנרטור מסוג זה מורכב משלושה חלקים עיקריים לפחות, אשר יוזכרו בדיון הבא:

גנרטור ראשי, מחולק לסטטור ראשי ורוטור ראשי; הרוטור הראשי מספק שדה מגנטי, והסטטור הראשי מייצר חשמל כדי לספק את העומס; מעורר, מחולק לסטטור מעורר ורוטור; סטטור המעורר מספק שדה מגנטי, הרוטור מייצר חשמל, ולאחר יישור על ידי קומוטטור מסתובב, הוא מספק חשמל לרוטור הראשי; ווסת מתח אוטומטי (AVR) מזהה את מתח המוצא של הגנרטור הראשי, שולט בזרם סליל הסטטור של המעורר ומשיג את המטרה של ייצוב מתח המוצא של הסטטור הראשי.

תיאור של עבודת ייצוב מתח AVR

המטרה התפעולית של AVR היא לשמור על מתח יציאה יציב של הגנרטור, המכונה בדרך כלל "מייצב מתח".

פעולתו היא להגביר את זרם הסטטור של המעורר כאשר מתח המוצא של הגנרטור נמוך מהערך שנקבע, דבר השקול להגדלת זרם העירור של הרוטור הראשי, מה שגורם למתח הגנרטור הראשי לעלות לערך שנקבע; להיפך, להפחית את זרם העירור ולאפשר למתח לרדת; אם מתח המוצא של הגנרטור שווה לערך שנקבע, ה-AVR שומר על הפלט הקיים ללא כוונון.

יתר על כן, בהתאם ליחסי הפאזה בין הזרם למתח, ניתן לסווג עומסי AC לשלוש קטגוריות:

עומס התנגדותי, כאשר הזרם נמצא בפאזה עם המתח המופעל עליו; עומס אינדוקטיבי, הפאזה של הזרם מפגרת אחרי המתח; עומס קיבולי, הפאזה של הזרם מקדימה את המתח. השוואה בין שלושת מאפייני העומס עוזרת לנו להבין טוב יותר עומסים קיבוליים.

עבור עומסים התנגדותיים, ככל שהעומס גדול יותר, כך זרם העירור הנדרש לרוטור הראשי גדול יותר (על מנת לייצב את מתח המוצא של הגנרטור).

בדיון שלאחר מכן, נשתמש בזרם העירור הנדרש לעומסים התנגדותיים כסטנדרט ייחוס, מה שאומר שגדולים יותר מכונים גדולים יותר; אנו מכנים אותו קטן ממנו.

כאשר העומס של הגנרטור הוא אינדוקטיבי, הרוטור הראשי ידרוש זרם עירור גדול יותר על מנת שהגנרטור ישמור על מתח יציאה יציב.

עומס קיבולי

כאשר הגנרטור נתקל בעומס קיבולי, זרם העירור הנדרש על ידי הרוטור הראשי קטן יותר, מה שאומר שיש להפחית את זרם העירור על מנת לייצב את מתח המוצא של הגנרטור.

למה זה קרה?

עלינו לזכור שהזרם על העומס הקיבולי גבוה מהמתח, וזרמים מובילים אלה (הזורמים דרך הסטטור הראשי) ייצרו זרם מושרה על הרוטור הראשי, אשר במקרה מוצמד באופן חיובי לזרם העירור, מה שמגביר את השדה המגנטי של הרוטור הראשי. לכן יש להפחית את הזרם מהמעורר על מנת לשמור על מתח יציאה יציב של הגנרטור.

ככל שהעומס הקיבולי גדול יותר, כך תפוקת המעורר קטנה יותר; כאשר העומס הקיבולי עולה במידה מסוימת, תפוקת המעורר חייבת להיות מופחתת לאפס. תפוקת המעורר היא אפס, שהיא גבול הגנרטור; בשלב זה, מתח המוצא של הגנרטור לא יהיה יציב מעצמו, וסוג זה של ספק כוח אינו עומד בקריטריונים. מגבלה זו ידועה גם בשם 'מגבלת עירור לאחור'.

הגנרטור יכול לקבל רק קיבולת עומס מוגבלת; (כמובן, עבור גנרטור מסוים, ישנן גם מגבלות על גודל העומסים ההתנגדותיים או האינדוקטיביים.)

אם פרויקט סובל מעומסים קיבוליים, ניתן לבחור להשתמש במקורות כוח IT בעלי קיבול קטן יותר לקילוואט, או להשתמש במשרנים לפיצוי. אין לאפשר לגנרטור לפעול ליד אזור "תת-גבול העירור".