2.1 Generator i obciążenie
Generator wykorzystuje regulator napięcia do sterowania napięciem wyjściowym. Regulator napięcia wykrywa trójfazowe napięcie wyjściowe i porównuje jego średnią wartość z wymaganą wartością napięcia. Regulator pobiera energię z pomocniczego źródła energii wewnątrz generatora, zazwyczaj małego generatora współosiowego z głównym generatorem, i dostarcza źródło prądu stałego do cewki wzbudzenia pola magnetycznego wirnika generatora. Prąd cewki wznosi się lub opada, kontrolując wirujące pole magnetyczne cewki stojana generatora lub wielkość siły elektromotorycznej EMF. Strumień magnetyczny cewki stojana określa napięcie wyjściowe generatora.
Wewnętrzna rezystancja cewki stojana generatora jest oznaczona przez Z, łącznie z częściami indukcyjnymi i rezystancyjnymi; Siła elektromotoryczna generatora sterowana przez cewkę wzbudzenia wirnika jest oznaczona przez E ze źródłem napięcia przemiennego. Zakładając, że obciążenie jest czysto indukcyjne, prąd I pozostaje w tyle w stosunku do napięcia U o kąt 90 ° na schemacie wektorowym. Jeśli obciążenie jest czysto rezystywne, wektory U i I będą się pokrywać lub będą w fazie. W rzeczywistości większość obciążeń jest między czystym rezystywnym i czysto indukcyjnym. Spadek napięcia spowodowany przez prąd przepływający przez cewkę stojana jest reprezentowany przez wektor napięciowy I x Z. Jest to w rzeczywistości suma dwóch mniejszych wektorów napięciowych, spadku napięcia w fazie z I i spadku napięcia cewki indukcyjnej o 90 ° w przód. W tym przypadku zdarza się, że jest w fazie z U. Ponieważ siła elektromotoryczna musi być równa sumie spadku napięcia rezystancji wewnętrznej generatora i napięcia wyjściowego, tj. Sumy wektorów E = U i I × Z. Regulator napięcia zmienia E, aby skutecznie kontrolować napięcie U.
Teraz zastanów się, co dzieje się z wewnętrznymi warunkami generatora, gdy zamiast czysto indukcyjnego obciążenia używa się czysto pojemnościowego obciążenia. Prąd w tym czasie jest dokładnie przeciwny do obciążenia indukcyjnego. Prąd I prowadzi teraz wektor napięciowy U, a wewnętrzny wektor spadku napięcia rezystancji I × Z również jest dokładnie odwrócony. Następnie suma wektorów U i I × Z jest mniejsza niż U.
Ponieważ ta sama siła elektromotoryczna E w czasie obciążenia indukcyjnego wytwarza wyższe napięcie wyjściowe generatora U przy obciążeniu pojemnościowym, regulator napięcia musi znacznie zmniejszyć wirujące pole magnetyczne. W rzeczywistości regulator napięcia może nie mieć wystarczającego zasięgu, aby w pełni regulować napięcie wyjściowe. Ciągłe wzbudzenie wirnika wszystkich generatorów w jednym kierunku zawiera stałe pole magnetyczne. Nawet jeśli regulator napięcia jest całkowicie zamknięty, wirnik nadal ma wystarczającą ilość pola magnetycznego, aby naładować obciążenie pojemnościowe i wygenerować napięcie. Zjawisko to nazywane jest "samo-wzbudzeniem". Wynikiem samo-wzbudzenia jest wyłączenie przepięcia lub wyłączenia regulatora napięcia, a system monitorowania generatora jest uważany za błąd regulatora napięcia (tj. "Bez napięcia"). W obu przypadkach generator zostanie zatrzymany. Obciążenie podłączone do wyjścia generatora może być niezależne lub równoległe, w zależności od czasu i ustawień pracy automatycznej szafy rozdzielczej. W niektórych zastosowaniach system UPS jest pierwszym obciążeniem, które należy podłączyć do generatora podczas przerwy w zasilaniu. W innych przypadkach UPS i obciążenie mechaniczne są jednocześnie podłączone. Obciążenie mechaniczne ma zwykle stycznik rozruchowy. Ponowne zamknięcie po awarii zasilania zajmuje pewien czas, a opóźnienie w kompensowaniu indukcyjnego obciążenia silnika kondensatora filtru wejściowego zasilacza UPS. Sam UPS ma okres czasu nazywany cyklem "miękkiego startu", który przesuwa obciążenie z akumulatora do generatora, zwiększając jego współczynnik mocy wejściowej. Jednak filtry wejściowe zasilacza UPS nie uczestniczą w procesie łagodnego rozruchu. Są one podłączone do wejścia UPS jako części UPS. Dlatego w niektórych przypadkach głównym obciążeniem, które jest po raz pierwszy podłączone do wyjścia generatora po odcięciu zasilania, jest filtr wejściowy zasilacza UPS. Są wysoce pojemnościowe (czasami czysto pojemnościowe).
Rozwiązaniem tego problemu jest oczywiście zastosowanie korekty współczynnika mocy. Można to zrobić na kilka sposobów:
● Zainstalować automatyczną szafę rozdzielczą, aby obciążenie silnika było podłączone przed UPS. Niektóre przełączniki mogą nie być w stanie wdrożyć tej metody. Ponadto inżynierowie elektrycy mogą wymagać osobnego przekazania UPS i generatorów podczas konserwacji.
• Dodaj stałą reaktancję reaktywną, aby skompensować obciążenie pojemnościowe, zwykle za pomocą równoległego reaktora rany połączonego z płytą równoległą wyjścia EG lub generatora. Jest to łatwe do wdrożenia i kosztuje mniej. Ale w przypadku dużego obciążenia lub małego obciążenia, reaktor zawsze absorbuje prąd i wpływa na współczynnik mocy obciążenia. Niezależnie od liczby UPS-ów, liczba reaktorów jest zawsze stała.
● Dodaj indukcyjny reaktor do każdego UPS, aby zrekompensować reaktancję pojemnościową UPS. Wejście reaktora (opcja) steruje wejściem reaktora w warunkach niskiego obciążenia. Ta metoda jest dokładniejsza, ale liczba jest duża, a koszt instalacji i kontroli jest wysoki.
● Zainstalować stycznik przed kondensatorem filtru i odłączyć go przy niskim obciążeniu. Ponieważ czas stycznika musi być precyzyjny, sterowanie jest skomplikowane i może być zainstalowane tylko w fabryce.
Która metoda jest optymalna zależy od sytuacji na miejscu i wydajności urządzenia.
2.2 Problem z rezonansem
Problemy z samo-pobudzeniem kondensatora mogą być pogarszane lub maskowane przez inne stany elektryczne, takie jak rezonans szeregowy. Gdy wartość omowa reaktancji indukcyjnej generatora i wartość rezystancji reaktancyjnego reaktora pojemnościowego są zbliżone do siebie, a wartość rezystancji układu jest niewielka, nastąpi oscylacja, a napięcie może przekroczyć wartość znamionową system energetyczny. Nowo zaprojektowany system UPS to zasadniczo 100% pojemnościowa impedancja wejściowa. UPS 500 kVA może mieć pojemność 150 kvar i współczynnik mocy bliski zeru. Dławiki równoległe, dławiki szeregowe i wejściowe transformatory izolacyjne są powszechnymi składnikami UPS-a, a te elementy są indukcyjne. W rzeczywistości, wraz z pojemnością filtra, UPS jest generalnie pojemnościowy i mogą wystąpić pewne oscylacje wewnątrz UPS. W połączeniu z charakterystyką pojemnościową linii transmisyjnej podłączonej do UPS, złożoność całego systemu jest znacznie poprawiona, poza zakresem analizy, która może być analizowana przez inżynierów generalnych.
Dwa dodatkowe czynniki w kluczowych aplikacjach sprawiły ostatnio, że problemy te są bardziej powszechne. Po pierwsze, producenci sprzętu komputerowego zapewniają więcej nadmiarowego poboru mocy w swoich urządzeniach, w zależności od wymagań niezawodnego przetwarzania danych przez użytkownika. Typowe szafki komputerowe są teraz wyposażone w co najmniej dwa kable zasilające. Po drugie, menedżer sprzętu poprosił system o obsługę serwisową w trybie online i chciał chronić krytyczne obciążenie podczas konserwacji systemu UPS. Te dwa czynniki zwiększają liczbę instalacji typowych zasilaczy UPS centrów danych i zmniejszają ładowność każdego zasilacza UPS. Jednak wzrost generatorów nie jest zgodny z UPS. W oczach kierownika wyposażenia generator jest zwykle oszczędny i łatwy w obsłudze. Również w niektórych dużych projektach presja finansowa ogranicza liczbę drogich zestawów generatorów dużej mocy. W rezultacie każdy generator ma więcej zasilaczy UPS, co jest trendem, który sprawia, że producenci UPS są zadowoleni, a producenci generatorów mają kłopoty.
Najlepszą obroną przed samo-pobudzeniem i oscylacją jest podstawowa wiedza z zakresu fizyki. Inżynierowie powinni dokładnie określić charakterystyki współczynnika mocy systemu UPS we wszystkich warunkach obciążenia. Po zainstalowaniu sprzętu UPS właściciel powinien przestrzegać kompleksowego testu i dokładnie zmierzyć parametry pracy całego systemu podczas dostosowywania testu. Po wykryciu problemów najlepszym rozwiązaniem jest utworzenie zespołu projektowego dostawców, inżynierów, wykonawców i właścicieli, aby w pełni przetestować system i znaleźć rozwiązania.
