技術分享|數據中心柴油發電機組常遇的容性負載問題

2020-12-05 KaKa說機

本次的話題是數據中心應用中經常遇到的容性負載的問題。

首先,我們要限定一下討論的範圍,以免論述太不嚴謹。這裡討論的發電機,是指無刷的、三相交流同步發電機,以下僅簡稱為「發電機」。

這種發電機至少包含下面三個主要部分,下面的論述中會提及:

主發電機,分為主定子和主轉子;主轉子提供磁場,主定子發電向負載供應;勵磁機,分勵磁機定子和轉子;勵磁機定子提供磁場,轉子發電,經旋轉整流子整流之後,向主轉子供電;自動電壓調節器 (AVR),檢測主發電機輸出電壓,控制勵磁機定子線圈的電流,以達到穩定主定子輸出電壓的目的。

AVR的穩壓工作描述

AVR的操作目標是穩定的發電機輸出電壓,通俗的稱呼也叫「穩壓器」。

它的操作是:當發電機輸出電壓低於設定值時,增大勵磁機定子電流,也就是相當於增大主轉子的勵磁電流,讓主發電機電壓上升至設定值;反之,則減小勵磁電流,讓電壓下降;如果發電機輸出電壓等於設定值時,AVR 保持現有輸出,不作調整。

再說負載,按電流與電壓的相位關係分類,交流電的負載可分為三類:

阻性負載,電流與施於其上的電壓同相位;感性負載,電流的相位滯後於電壓;容性負載,電流的相位超前於電壓。對三種負載特性的比較,有助於我們更好地理解容性負載。

對於阻性負載,負載量越大,則 (為了穩定發電機的輸出電壓) 主轉子需要的勵磁電流越大。

在後面的討論中,我們把阻性負載所需要的勵磁電流作為一個參考的標準,也就是說,比它大的我們稱這更大;比它小的我們稱為更小。

當發電機的負載為感性時,主轉子會需要更大的勵磁電流,發電機才能維持穩定的輸出電壓。

容性負載

當發電機遇上容性負載時,主轉子需要的勵磁電流更小,也就是說,必須減少勵磁電流,才能穩定發電機的輸出電壓。

為什麼會出現這樣的情況呢?

我們應該還記得,容性負載上的電流是超前於電壓的,這些 (流經主定子的) 超前的電流會在主轉子上產生感應電流,剛好與勵磁電流是正向疊加,使主轉子磁場增強。所以從勵磁機來的電流必須減少,才能讓發電機輸出電壓保持穩定。

容性負載越大,勵磁機的輸出必須越小;當容性負載增大到一定程度時,勵磁機的輸出必須減到零。勵磁機的輸出為零,就是發電機的極限;此時,發電機輸出電壓將不能自我穩定,這種電源就不合格了。這種限制又稱為「欠勵限制」。

發電機只能接受有限的負載容性;(當然,對於一臺指定的發電機來講,對阻性或感性負載一樣也有大小的限制)

如果一個項目為容性負載所困擾,可以選擇使用每千瓦功率的容性更小的 IT 電源,也可以使用電感進行補償,切勿讓發電機組工作在「欠勵限制」附近區域。

責任編輯:CAT 卡特彼勒柴油發電機組 celgenset.com,Cathy

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