ปัญหาโหลดแบบคาปาซิทีฟที่มักพบในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลในศูนย์ข้อมูล

ประการแรก เราต้องจำกัดขอบเขตของการอภิปรายเพื่อหลีกเลี่ยงการคลุมเครือเกินไป เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กล่าวถึงในที่นี้หมายถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบซิงโครนัสสามเฟสไร้แปรงถ่าน ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า "เครื่องกำเนิดไฟฟ้า" เท่านั้น

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักอย่างน้อย 3 ชิ้น ซึ่งจะกล่าวถึงในหัวข้อต่อไปนี้:

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลัก แบ่งออกเป็นสเตเตอร์หลักและโรเตอร์หลัก โรเตอร์หลักให้สนามแม่เหล็กและสเตเตอร์หลักสร้างกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายโหลด เครื่องกระตุ้น แบ่งออกเป็นสเตเตอร์เครื่องกระตุ้นและโรเตอร์ สเตเตอร์เครื่องกระตุ้นให้สนามแม่เหล็ก โรเตอร์สร้างกระแสไฟฟ้า และหลังจากการแก้ไขโดยคอมมิวเตเตอร์แบบหมุนแล้ว ก็จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโรเตอร์หลัก ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (AVR) ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลัก ควบคุมกระแสของคอยล์สเตเตอร์เครื่องกระตุ้น และบรรลุเป้าหมายในการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าขาออกของสเตเตอร์หลัก

คำอธิบายงานการรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้า AVR

เป้าหมายการทำงานของ AVR คือการรักษาแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้คงที่ ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า “เครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้า”

การทำงานของมันคือการเพิ่มกระแสสเตเตอร์ของตัวกระตุ้นเมื่อแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มกระแสกระตุ้นของโรเตอร์หลัก ทำให้แรงดันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักเพิ่มขึ้นถึงค่าที่ตั้งไว้ ในทางตรงกันข้าม ให้ลดกระแสกระตุ้นและปล่อยให้แรงดันลดลง หากแรงดันเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่ากับค่าที่ตั้งไว้ AVR จะรักษาเอาต์พุตที่มีอยู่โดยไม่ต้องปรับ

นอกจากนี้ ตามความสัมพันธ์เฟสระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า โหลด AC สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

โหลดแบบต้านทาน ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะอยู่ในเฟสเดียวกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ โหลดแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งเฟสของกระแสไฟฟ้าจะช้ากว่าแรงดันไฟฟ้า โหลดแบบคาปาซิทีฟ ซึ่งเฟสของกระแสไฟฟ้าจะเร็วกว่าแรงดันไฟฟ้า การเปรียบเทียบคุณลักษณะของโหลดทั้งสามแบบจะช่วยให้เข้าใจโหลดแบบคาปาซิทีฟได้ดียิ่งขึ้น

สำหรับโหลดต้านทาน ยิ่งโหลดมีขนาดใหญ่ กระแสกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับโรเตอร์หลักก็จะมากขึ้น (เพื่อรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)

ในการอภิปรายครั้งต่อไป เราจะใช้กระแสกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับโหลดต้านทานเป็นมาตรฐานอ้างอิง ซึ่งหมายความว่าโหลดที่ใหญ่กว่าจะเรียกว่าใหญ่กว่า เราเรียกว่าเล็กกว่า

เมื่อโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแบบเหนี่ยวนำ โรเตอร์หลักจะต้องใช้กระแสกระตุ้นที่มากขึ้นเพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารักษาแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตที่เสถียร

โหลดแบบคาปาซิทีฟ

เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพบกับโหลดแบบคาปาซิทีฟ กระแสกระตุ้นที่โรเตอร์หลักต้องการจะลดลง ซึ่งหมายความว่าจะต้องลดกระแสกระตุ้นลงเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้คงที่

เหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์นี้?

เราควรจำไว้ว่ากระแสที่โหลดแบบคาปาซิทีฟนั้นมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้า และกระแสนำเหล่านี้ (ที่ไหลผ่านสเตเตอร์หลัก) จะสร้างกระแสเหนี่ยวนำบนโรเตอร์หลัก ซึ่งจะถูกซ้อนทับกับกระแสกระตุ้นในทิศทางบวก ส่งผลให้สนามแม่เหล็กของโรเตอร์หลักเพิ่มขึ้น ดังนั้น จึงต้องลดกระแสจากตัวกระตุ้นเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้คงที่

ยิ่งโหลดแบบคาปาซิทีฟมากเท่าไหร่ เอาต์พุตของตัวกระตุ้นก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เมื่อโหลดแบบคาปาซิทีฟเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง เอาต์พุตของตัวกระตุ้นจะต้องลดลงเป็นศูนย์ เอาต์พุตของตัวกระตุ้นจะเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นขีดจำกัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ณ จุดนี้ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะไม่เสถียร และแหล่งจ่ายไฟประเภทนี้จะไม่ผ่านเกณฑ์ ข้อจำกัดนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า 'ขีดจำกัดภายใต้การกระตุ้น'

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถรับโหลดได้จำกัดเท่านั้น (แน่นอนว่าสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบระบุชนิด ยังมีข้อจำกัดเกี่ยวกับขนาดของโหลดต้านทานหรือเหนี่ยวนำด้วย)

หากโครงการมีปัญหาเรื่องโหลดแบบคาปาซิทีฟ สามารถเลือกใช้พลังงานไอทีที่มีความจุต่อกิโลวัตต์น้อยกว่า หรือใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อชดเชยได้ อย่าปล่อยให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานใกล้บริเวณที่ “ต่ำกว่าขีดจำกัดการกระตุ้น”