Om te voorkomen dat de discussie te onnauwkeurig wordt, moeten we allereerst de reikwijdte ervan beperken. De hier besproken generator is een borstelloze, driefasige synchrone wisselstroomgenerator, hierna kortweg "de generator" genoemd.
Dit type generator bestaat uit ten minste drie hoofdonderdelen, die in de volgende toelichting zullen worden genoemd:
De hoofdgenerator bestaat uit een stator en een rotor. De rotor zorgt voor een magnetisch veld en de stator wekt elektriciteit op om de belasting te voeden. De bekrachtiger bestaat uit een stator en een rotor. De stator zorgt voor een magnetisch veld, de rotor wekt elektriciteit op en na gelijkrichting door een roterende commutator levert deze stroom aan de hoofdrotor. De automatische spanningsregelaar (AVR) detecteert de uitgangsspanning van de hoofdgenerator, regelt de stroom in de statorwikkeling van de bekrachtiger en stabiliseert zo de uitgangsspanning van de stator.
Beschrijving van de spanningsstabilisatie van de AVR
Het operationele doel van AVR is het handhaven van een stabiele uitgangsspanning van de generator, ook wel bekend als een "spanningsstabilisator".
De werking ervan is dat de statorstroom van de bekrachtiger wordt verhoogd wanneer de uitgangsspanning van de generator lager is dan de ingestelde waarde. Dit komt overeen met een verhoging van de bekrachtigingsstroom van de hoofdrotor, waardoor de spanning van de hoofdgenerator stijgt tot de ingestelde waarde. Omgekeerd verlaagt de AVR de bekrachtigingsstroom, waardoor de spanning daalt. Als de uitgangsspanning van de generator gelijk is aan de ingestelde waarde, handhaaft de AVR de bestaande uitgangsspanning zonder aanpassing.
Bovendien kunnen wisselstroombelastingen, afhankelijk van de faseverhouding tussen stroom en spanning, in drie categorieën worden ingedeeld:
Een resistieve belasting is een belasting waarbij de stroom in fase is met de aangelegde spanning; een inductieve belasting is een belasting waarbij de fase van de stroom achterloopt op de spanning; en een capacitieve belasting is een belasting waarbij de fase van de stroom voorloopt op de spanning. Een vergelijking van de drie belastingskarakteristieken helpt ons capacitieve belastingen beter te begrijpen.
Bij resistieve belastingen geldt: hoe groter de belasting, hoe groter de benodigde bekrachtigingsstroom voor de hoofdrotor (om de uitgangsspanning van de generator te stabiliseren).
In de daaropvolgende discussie gebruiken we de benodigde bekrachtigingsstroom voor resistieve belastingen als referentiestandaard. Dit betekent dat grotere waarden als 'groter' worden aangeduid en kleinere waarden als 'kleiner dan'.
Wanneer de belasting van de generator inductief is, heeft de hoofdrotor een grotere bekrachtigingsstroom nodig om de generator een stabiele uitgangsspanning te laten behouden.
Capacitieve belasting
Wanneer de generator een capacitieve belasting tegenkomt, is de benodigde bekrachtigingsstroom voor de hoofdrotor kleiner. Dit betekent dat de bekrachtigingsstroom verlaagd moet worden om de uitgangsspanning van de generator te stabiliseren.
Waarom is dit gebeurd?
We moeten niet vergeten dat de stroom door de capacitieve belasting voorloopt op de spanning, en dat deze voorlopende stromen (die door de stator lopen) een geïnduceerde stroom in de hoofdrotor opwekken. Deze geïnduceerde stroom wordt positief gesuperponeerd op de bekrachtigingsstroom, waardoor het magnetische veld van de hoofdrotor wordt versterkt. Daarom moet de stroom van de bekrachtiger worden verlaagd om een stabiele uitgangsspanning van de generator te behouden.
Hoe groter de capacitieve belasting, hoe kleiner het uitgangsvermogen van de bekrachtiger. Wanneer de capacitieve belasting tot een bepaald niveau toeneemt, moet het uitgangsvermogen van de bekrachtiger tot nul worden gereduceerd. Wanneer het uitgangsvermogen van de bekrachtiger nul is, vormt dit de limiet van de generator. Op dit punt zal de uitgangsspanning van de generator niet zelfstabiliserend zijn en is dit type voeding niet gekwalificeerd. Deze beperking staat ook bekend als 'onderbekrachtigingsbeperking'.
De generator kan slechts een beperkte belasting aan; (Uiteraard gelden er voor een specifieke generator ook beperkingen met betrekking tot de grootte van de resistieve of inductieve belastingen.)
Als een project problemen ondervindt met capacitieve belastingen, kan men ervoor kiezen om IT-voedingen met een lagere capaciteit per kilowatt te gebruiken, of inductoren ter compensatie in te zetten. Laat de generator niet in de buurt van de "onderbekrachtigingslimiet" werken.
Geplaatst op: 7 september 2023
