مشکل بار خازنی که اغلب در دیزل ژنراتورهای مرکز داده مشاهده می‌شود

اولاً، باید دامنه بحث را محدود کنیم تا از مبهم شدن بیش از حد آن جلوگیری شود. ژنراتور مورد بحث در اینجا به یک ژنراتور سنکرون AC سه فاز بدون جاروبک اشاره دارد که از این پس فقط به عنوان «ژنراتور» نامیده می‌شود.

این نوع ژنراتور حداقل از سه بخش اصلی تشکیل شده است که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد:

ژنراتور اصلی، به استاتور اصلی و روتور اصلی تقسیم می‌شود؛ روتور اصلی یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و استاتور اصلی برق را برای تغذیه بار تولید می‌کند؛ محرک، به استاتور محرک و روتور تقسیم می‌شود؛ استاتور محرک یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، روتور برق تولید می‌کند و پس از یکسوسازی توسط یک کموتاتور چرخان، برق را به روتور اصلی تأمین می‌کند؛ تنظیم‌کننده خودکار ولتاژ (AVR) ولتاژ خروجی ژنراتور اصلی را تشخیص می‌دهد، جریان سیم‌پیچ استاتور محرک را کنترل می‌کند و به هدف تثبیت ولتاژ خروجی استاتور اصلی دست می‌یابد.

شرح کار تثبیت ولتاژ AVR

هدف عملیاتی AVR حفظ ولتاژ خروجی پایدار ژنراتور است که معمولاً به عنوان "تثبیت کننده ولتاژ" شناخته می‌شود.

عملکرد آن افزایش جریان استاتور تحریک کننده است وقتی ولتاژ خروجی ژنراتور کمتر از مقدار تنظیم شده باشد، که معادل افزایش جریان تحریک روتور اصلی است و باعث می‌شود ولتاژ ژنراتور اصلی به مقدار تنظیم شده افزایش یابد؛ در مقابل، جریان تحریک را کاهش داده و اجازه می‌دهد ولتاژ کاهش یابد؛ اگر ولتاژ خروجی ژنراتور برابر با مقدار تنظیم شده باشد، AVR خروجی موجود را بدون تنظیم حفظ می‌کند.

علاوه بر این، با توجه به رابطه فاز بین جریان و ولتاژ، بارهای AC را می‌توان به سه دسته طبقه‌بندی کرد:

بار مقاومتی، که در آن جریان با ولتاژ اعمال شده به آن همفاز است؛ بار القایی، که فاز جریان از ولتاژ عقب‌تر است؛ بار خازنی، که فاز جریان از ولتاژ جلوتر است. مقایسه سه ویژگی بار به ما کمک می‌کند تا بارهای خازنی را بهتر درک کنیم.

برای بارهای مقاومتی، هر چه بار بزرگتر باشد، جریان تحریک مورد نیاز برای روتور اصلی (به منظور تثبیت ولتاژ خروجی ژنراتور) بیشتر است.

در بحث بعدی، از جریان تحریک مورد نیاز برای بارهای مقاومتی به عنوان استاندارد مرجع استفاده خواهیم کرد، به این معنی که بارهای بزرگتر را بزرگتر و بارهای کوچکتر را کوچکتر از آن می‌نامیم.

وقتی بار ژنراتور القایی باشد، روتور اصلی به جریان تحریک بیشتری نیاز دارد تا ژنراتور بتواند ولتاژ خروجی پایدار را حفظ کند.

بار خازنی

وقتی ژنراتور با بار خازنی مواجه می‌شود، جریان تحریک مورد نیاز روتور اصلی کمتر است، به این معنی که برای تثبیت ولتاژ خروجی ژنراتور، جریان تحریک باید کاهش یابد.

چرا این اتفاق افتاد؟

همچنان باید به خاطر داشته باشیم که جریان بار خازنی از ولتاژ جلوتر است و این جریان‌های پیش‌افتاده (که از استاتور اصلی عبور می‌کنند) جریان القایی را در روتور اصلی تولید می‌کنند که اتفاقاً با جریان تحریک همپوشانی مثبت دارد و میدان مغناطیسی روتور اصلی را افزایش می‌دهد. بنابراین جریان از تحریک‌کننده باید کاهش یابد تا ولتاژ خروجی پایدار ژنراتور حفظ شود.

هرچه بار خازنی بزرگتر باشد، خروجی تحریک کننده کوچکتر است. وقتی بار خازنی تا حد مشخصی افزایش می‌یابد، خروجی تحریک کننده باید به صفر کاهش یابد. خروجی تحریک کننده صفر است که حد ژنراتور است. در این نقطه، ولتاژ خروجی ژنراتور خود پایدار نخواهد بود و این نوع منبع تغذیه واجد شرایط نیست. این محدودیت همچنین به عنوان "محدودیت تحریک" شناخته می‌شود.

ژنراتور فقط می‌تواند ظرفیت بار محدودی را بپذیرد؛ (البته، برای یک ژنراتور مشخص، محدودیت‌هایی در اندازه بارهای مقاومتی یا القایی نیز وجود دارد.)

اگر پروژه‌ای با بارهای خازنی مواجه است، می‌توان از منابع تغذیه IT با ظرفیت خازنی کمتر در هر کیلووات استفاده کرد، یا از سلف برای جبران‌سازی استفاده کرد. اجازه ندهید دستگاه ژنراتور نزدیک به ناحیه «زیر حد تحریک» کار کند.