Zunächst müssen wir den Rahmen der Diskussion eingrenzen, um sie nicht zu ungenau zu gestalten. Der hier besprochene Generator ist ein bürstenloser, dreiphasiger Wechselstrom-Synchrongenerator, im Folgenden nur noch als „Generator“ bezeichnet.
Dieser Generatortyp besteht aus mindestens drei Hauptteilen, die in der folgenden Erläuterung erwähnt werden:
Der Hauptgenerator besteht aus Hauptstator und Hauptrotor. Der Hauptrotor erzeugt ein Magnetfeld, der Hauptstator erzeugt Strom zur Versorgung der Last. Der Erregergenerator besteht aus Erregerstator und -rotor. Der Erregerstator erzeugt ein Magnetfeld, der Rotor erzeugt Strom, der nach der Gleichrichtung durch einen rotierenden Kommutator den Hauptrotor speist. Der automatische Spannungsregler (AVR) erfasst die Ausgangsspannung des Hauptgenerators, steuert den Strom der Erregerstatorspule und stabilisiert so die Ausgangsspannung des Hauptstators.
Beschreibung der AVR-Spannungsstabilisierungsarbeiten
Das operative Ziel des AVR ist die Aufrechterhaltung einer stabilen Generatorausgangsspannung, allgemein bekannt als „Spannungsstabilisator“.
Seine Funktionsweise besteht darin, den Statorstrom des Erregers zu erhöhen, wenn die Ausgangsspannung des Generators unter dem Sollwert liegt. Dies entspricht einer Erhöhung des Erregerstroms des Hauptrotors, wodurch die Hauptgeneratorspannung auf den Sollwert ansteigt. Umgekehrt reduziert es den Erregerstrom und lässt die Spannung sinken. Liegt die Ausgangsspannung des Generators auf dem Sollwert, hält der AVR die bestehende Ausgangsspannung ohne Anpassung aufrecht.
Des Weiteren können Wechselstromlasten gemäß der Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung in drei Kategorien eingeteilt werden:
Bei einer ohmschen Last ist der Strom phasengleich mit der angelegten Spannung; bei einer induktiven Last eilt der Strom der Spannung nach; bei einer kapazitiven Last eilt der Strom der Spannung voraus. Ein Vergleich dieser drei Lastcharakteristika hilft uns, kapazitive Lasten besser zu verstehen.
Bei ohmschen Lasten gilt: Je größer die Last, desto größer ist der für den Hauptrotor erforderliche Erregerstrom (um die Ausgangsspannung des Generators zu stabilisieren).
In der nachfolgenden Diskussion werden wir den für ohmsche Lasten erforderlichen Erregerstrom als Referenzstandard verwenden, was bedeutet, dass größere Lasten als größer bezeichnet werden; wir nennen es kleiner als diesen.
Bei induktiver Last des Generators benötigt der Hauptrotor einen höheren Erregerstrom, damit der Generator eine stabile Ausgangsspannung aufrechterhalten kann.
Kapazitive Last
Wenn der Generator auf eine kapazitive Last trifft, ist der vom Hauptrotor benötigte Erregerstrom kleiner, was bedeutet, dass der Erregerstrom reduziert werden muss, um die Ausgangsspannung des Generators zu stabilisieren.
Warum ist das passiert?
Wir sollten bedenken, dass der Strom durch die kapazitive Last der Spannung vorauseilt. Diese vorauseilenden Ströme (die durch den Hauptstator fließen) induzieren einen Strom im Hauptrotor, der sich mit dem Erregerstrom überlagert und so das Magnetfeld des Hauptrotors verstärkt. Daher muss der Erregerstrom reduziert werden, um eine stabile Ausgangsspannung des Generators zu gewährleisten.
Je größer die kapazitive Last, desto geringer die Erregerleistung. Überschreitet die kapazitive Last einen bestimmten Wert, muss die Erregerleistung auf null reduziert werden. Diese Nullleistung stellt die Leistungsgrenze des Generators dar. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung des Generators nicht mehr stabil, und diese Art von Stromversorgung ist nicht mehr zulässig. Diese Einschränkung wird auch als „Untererregungsgrenze“ bezeichnet.
Der Generator kann nur eine begrenzte Lastkapazität aufnehmen; (Selbstverständlich gibt es für einen bestimmten Generator auch Beschränkungen hinsichtlich der Größe von ohmschen oder induktiven Lasten.)
Bei Projekten mit kapazitiven Lasten können IT-Stromquellen mit geringerer Kapazität pro Kilowatt oder Induktivitäten zur Kompensation eingesetzt werden. Der Generator darf nicht im Bereich der Untererregungsgrenze betrieben werden.
Veröffentlichungsdatum: 07.09.2023
