2.1 Generátor a zatížení
Generátor se spoléhá na regulátor napětí pro řízení výstupního napětí. Regulátor napětí detekuje třífázové výstupní napětí a porovnává jeho průměrnou hodnotu s požadovanou hodnotou napětí. Regulátor čerpá energii z pomocného zdroje energie uvnitř generátoru, obvykle malého generátoru koaxiálního s hlavním generátorem a dodává stejnosměrný zdroj energie do excitační cívky magnetického pole rotoru generátoru. Cívkový proud stoupá nebo klesá, řídí rotující magnetické pole statorové cívky generátoru nebo velikost elektromotorické síly EMF. Magnetický tok statorové cívky určuje výstupní napětí generátoru.
Vnitřní odpor statorové cívky generátoru je označen Z, včetně indukčních a odporových částí; elektromotorická síla generátoru řízená excitační cívkou rotoru je označena jako E střídavým zdrojem napětí. Za předpokladu, že zátěž je čistě induktivní, proud I přenese napětí U přes přesně 90 ° elektrický fázový úhel ve vektorovém diagramu. Pokud je zatížení čistě odporové, vektory U a I se shodují nebo jsou ve fázi. Ve skutečnosti je většina zatížení mezi čistě odporovou a čistě induktivní. Pokles napětí způsobený proudem procházejícím statorovou cívkou je reprezentován napěťovým vektorem I x Z. Ve skutečnosti je to součet dvou menších napěťových vektorů, pokles napětí ve fázi s I a pokles napětí napětí induktoru o 90 ° dopředu. V tomto případě se jedná o fázi s U. Vzhledem k tomu, že elektromotorická síla musí být rovna součtu poklesu napětí vnitřního odporu generátoru a výstupního napětí, tj. Vektorového součtu vektorů E = U a I × Z. Regulátor napětí mění E tak, aby účinně řídil napětí U.
Nyní zvažte, co se stane s vnitřními podmínkami generátoru, když se místo čistě induktivní zátěže použije čistě kapacitní zátěž. Proud v tomto okamžiku je přesně opačný než indukční zátěž. Proud I nyní vede napěťový vektor U a vektor vnitřního odporového poklesu napětí I × Z je také přesně obrácený. Pak vektorový součet U a I × Z je menší než U.
Jelikož stejná elektromotorická síla E v době indukčního zatížení produkuje vyšší výkonové napětí U generátoru při kapacitním zatížení, musí regulátor napětí podstatně snížit rotační magnetické pole. Regulátor napětí nemusí mít dostatečný rozsah pro úplné nastavení výstupního napětí. Neustálé budování rotoru všech generátorů v jednom směru obsahuje trvalé magnetické pole. I když je regulátor napětí plně uzavřen, má rotor ještě dostatek magnetického pole pro nabíjení kapacitního zatížení a generování napětí. Tento jev se nazývá "seberealizace". Výsledek samovolné excitace je vypnutí přepětí nebo regulátoru napětí a monitorovací systém generátoru je považován za poruchu regulátoru napětí (tj. "Bez napětí"). V obou případech se generátor zastaví. Zatížení připojené k výstupu generátoru může být nezávislé nebo paralelní v závislosti na čase a nastavení provozu automatické spínací skříňky. V některých aplikacích je systém UPS prvním zatížením připojeným k generátoru během výpadku napájení. V ostatních případech jsou současně připojeny UPS a mechanické zatížení. Mechanické zatížení má obvykle spouštěcí stykač. Trvalé zablokování po výpadku proudu trvá určitou dobu a dochází ke zpoždění kompenzace indukčního zatížení motoru kondenzátoru vstupního filtru UPS. Samotný UPS má čas nazývaný "měkký start" cyklus, který posunuje zátěž z baterie na generátor, čímž se zvyšuje jeho vstupní účiník. Vstupní filtry UPS se však nezúčastňují procesu soft startu. Jsou připojeny k vstupu UPS jako součásti UPS. Proto je v některých případech hlavním zatížením, které je poprvé připojeno k výstupu generátoru při vypnutí napájení, vstupní filtr UPS. Jsou vysoce kapacitní (někdy čistě kapacitní).
Řešením tohoto problému je samozřejmě použití korekce účiníku. Existuje několik způsobů, jak to provést takto:
● Nainstalujte automatickou rozvodnou skříň tak, aby byla před UPS připojena zátěž motoru. Některé přepínače nemusí být schopny tuto metodu implementovat. Kromě toho mohou instalatéři instalovat během údržby samostatně do provozu UPS a generátory.
• Přidejte stálou jalovou reaktantu pro kompenzaci kapacitního zatížení, obvykle pomocí paralelního vinutého reaktoru připojeného k paralelní desce EG nebo generátoru. To je snadné implementovat a stojí méně. V případě vysokého zatížení nebo nízkého zatížení však reaktor vždy absorbuje proud a ovlivňuje faktor zatížení. A bez ohledu na počet UPS je počet reaktorů vždy pevný.
● Přidejte do každého UPS induktivní reaktor, abyste kompenzovali kapacitní reaktanci UPS. Vstup vstupu reaktoru (volitelně) řídí vstup reaktoru v podmínkách nízkého zatížení. Tato metoda je přesnější, ale počet je velký a náklady na instalaci a kontrolu jsou vysoké.
● Namontujte stykač před kondenzátor filtru a odpojte ho při nízkém zatížení. Protože doba stykače musí být přesná, ovládání je komplikované a může být instalováno pouze ve výrobním závodě.
Která metoda je optimální, závisí na situaci na místě a na výkonu zařízení.
2.2 Problém rezonance
Problémy s vlastním buzením kondenzátoru mohou být zhoršeny nebo maskovány jinými elektrickými stavy, například sériovou rezonancí. Pokud je ohmická hodnota indukční reaktance generátoru a ohmická hodnota kapacitní reaktance vstupního filtru blízko sebe a hodnota odporu systému je malá, dojde k oscilaci a napětí může překročit jmenovitou hodnotu napájení. Nově navržený systém UPS je v podstatě 100% kapacitní vstupní impedance. UPS s kapacitou 500 kVA může mít kapacitu 150 kvarů a faktor výkonu téměř nulový. Paralelní induktory, sériové tlumivky a vstupní izolační transformátory jsou běžnými součástmi UPS a tyto součásti jsou induktivní. Ve skutečnosti spolu s kapacitou filtru je UPS obecně kapacitní a uvnitř UPS může dojít k určité oscilaci. Spolu s kapacitními charakteristikami přenosové linky připojené k UPS se složitost celého systému výrazně vylepšila, mimo rámec analýzy, kterou mohou analyzovat hlavní inženýři.
Dva další faktory v klíčových aplikacích nedávno učinily tyto problémy častější. Za prvé, výrobci výpočetní techniky poskytují v zařízeních více redundantního příkonu v závislosti na požadavcích na vysoce spolehlivé zpracování dat uživatelem. Typické počítačové skříně mají nyní dva nebo více napájecích kabelů. Za druhé, manažer zařízení požádal systém o podporu online údržby a chtěli chránit kritickou zátěž během údržby vypnutí UPS. Tyto dva faktory zvyšují počet instalací typických UPS datových center a snižují kapacitu každého UPS. Zvýšení počtu generátorů však není v souladu s UPS. V očích správce zařízení je generátor obvykle náhradní a snadno se zorganizuje údržba. Také u některých velkých projektů finanční tlak omezuje počet drahých generátorů s vysokým výkonem. Výsledkem je, že každý generátor má více UPS, což je trend, který znemožňuje výrobcům UPS a výrobcům generátorů problémy.
Nejlepší obranou proti sebe-excitace a oscilace je základní znalost fyziky. Inženýři by měli pečlivě stanovit charakteristiky účiníku systému UPS za všech podmínek zatížení. Po instalaci zařízení UPS by měl majitel dodržovat komplexní test a při úpravě testu pečlivě změřit pracovní parametry celého systému. Při zjištění problémů je nejlepším řešením sestavit projektový tým dodavatelů, inženýrů, dodavatelů a vlastníků, aby plně testovali systém a našli řešení.
