2.1 Generátor és terhelés
A generátor egy feszültségszabályozóra támaszkodik a kimeneti feszültség szabályozására. A feszültségszabályozó érzékeli a háromfázisú kimeneti feszültséget, és összehasonlítja az átlagos értéket a kívánt feszültségértékkel. A szabályozó a generátor belsejében található tápegységből táplálja az energiát, jellemzően egy kis generátort, amely koaxiálisan kapcsolódik a fő generátorhoz, és egyenáramú tápforrást szolgáltat a generátor rotor mágneses mező excitációs tekercséhez. A tekercs áram emelkedik vagy esik, szabályozva a generátor stacioner tekercsének forgó mágneses mezőjét vagy az elektromotoros erő EMF nagyságát. Az állórésztekercs mágneses fluxusa határozza meg a generátor kimeneti feszültségét.
A generátor állórésztekercsének belső ellenállását Z jelöli, beleértve az induktív és rezisztív részeket; a rotort gerjesztő tekercs által vezérelt generátor elektromotoros erőt egy AC feszültségforrással E jelöli. Feltételezve, hogy a terhelés pusztán induktív, az áram I-ben az U feszültséget pontosan 90 fokos elektromos fázisszöggel elhúzza a vektordiagramban. Ha a terhelés pusztán ellenáll, az U és I vektorai egybeesnek vagy fázissá válnak. Valójában a legtöbb terhelés tiszta, ellenálló és tisztán induktív. Az állórésztekercsen áthaladó áram feszültségcsökkenését I x Z feszültségvektor jelenti. Ez valójában két kisebb feszültségvektor összege, az I fázisú feszültségcsökkenés és az induktív feszültségcsökkenés 90 ° -os előtti. Ebben az esetben előfordul, hogy U fázisban van. Mivel az elektromotoros erőnek egyenlőnek kell lennie a generátor belső ellenállásának feszültségcsökkenésével és a kimeneti feszültséggel, vagyis az E = U és I × Z. A feszültségszabályozó az E feszültséget hatékonyan szabályozza.
Most fontold meg, mi történik a generátor belső körülményeivel, ha tisztán kapacitív terhelést használunk a tisztán induktív terhelés helyett. Az áram jelenleg éppen az ellenkezője az induktív terhelésnek. Az áramot, melyet most vezetek, az U feszültségvektor, és az I × Z belső ellenállási feszültség veszteség is pontosan megfordul. Ekkor az U és az I × Z vektorösszege kisebb, mint az U.
Mivel ugyanaz az elektromotoros E erő az induktív terhelés idején magasabb generátor kimeneti feszültséget eredményez U kapacitív terhelés esetén, a feszültségszabályozónak jelentősen csökkentenie kell a forgó mágneses mezőt. Valójában a feszültségszabályozónak nincs elegendő tartománya a kimeneti feszültség teljes szabályozásához. Az összes generátor rotorának egyirányú folyamatos gerjesztése állandó mágneses mezőt tartalmaz. Még ha a feszültségszabályozó teljesen zárt is, a rotornak még van elegendő mágneses mezője a kapacitív terhelés feltöltésére és feszültség létrehozására. Ezt a jelenséget "öngerjesztésnek" nevezik. Az öngerjesztés eredménye a túlfeszültség vagy a feszültségszabályozó kikapcsolása, és a generátor felügyeleti rendszere feszültségszabályozó hibának (azaz "feszültségmentes"). Mindkét esetben a generátor leáll. A generátor kimenetéhez csatlakoztatott terhelés lehet független vagy párhuzamos, az automatikus kapcsolószekrény működésének időzítésétől és beállításaitól függően. Egyes alkalmazásoknál az UPS rendszer az első töltés, amelyet a generátorhoz az áramkimaradás során kell csatlakoztatni. Más esetekben a szünetmentes tápegység és a mechanikai terhelés egyidejűleg csatlakozik. A mechanikai terhelés általában indító kontaktorral rendelkezik. Az áramkimaradás után újra be kell zárni, és az UPS bemeneti szűrőkondenzátor induktív motorterhelésének kompenzálása késleltetésre kerül. A szünetmentes tápegységnek is van egy ideje a "puha indítás" ciklusnak, amely a terhelést az akkumulátorról a generátorra váltja, növelve a bemeneti teljesítménytényezőjét. Az UPS bemeneti szűrői azonban nem vesznek részt a lágy indítás folyamatában. A szünetmentes tápegység bemenetére a szünetmentes tápegység részeként csatlakoznak. Ezért bizonyos esetekben a tápfeszültség lekapcsolásakor először a generátor kimenetére kapcsolt főterhelés az UPS bemeneti szűrője. Nagyon kapacitív (néha tisztán kapacitív).
A probléma megoldása nyilvánvalóan a teljesítmény tényező korrekciója. Ennek több módja van:
● Szerelje be az automatikus kapcsolószekrényt úgy, hogy a motorterhelés az UPS előtt legyen csatlakoztatva. Egyes kapcsolók nem képesek végrehajtani ezt a módszert. Ezenkívül a berendezésgyártóknak szüneteltetniük kell az UPS-t és a generátorokat a karbantartás során.
• Állandó reaktív reaktanciát adjon a kapacitív terhelés kompenzálásához, általában EG vagy generátor kimeneti párhuzamos táblahoz csatlakoztatott párhuzamos reaktort használva. Ez könnyen megvalósítható és kevesebb költséggel jár. Nagy terhelés vagy alacsony terhelés esetén azonban a reaktor mindig felszívja az áramot, és hatással van a terhelési teljesítmény tényezőre. És függetlenül a szünetmentes tápegységek számától, a reaktorok száma mindig rögzítve van.
● Mindegyik szünetmentes tápegységhez induktív reaktort adjon az UPS kapacitív reaktancia kompenzálásához. A reaktor bemenet (opció) szabályozza a reaktor bemenete alacsony terhelés mellett. Ez a módszer pontosabb, de a szám nagy, és a telepítés és a vezérlés költsége magas.
● Szerelje fel a kontaktort a szűrőkondenzátor előtt, és húzza ki azt alacsony terhelés mellett. Mivel a kontaktor idejének pontosnak kell lennie, a vezérlés bonyolult, és csak gyárilag telepíthető.
Melyik módszer optimális a helyszínen és a berendezés teljesítményén múlik.
Rezonanciaprobléma
A kondenzátor öngitási problémáit súlyosbíthatja vagy elfedheti más elektromos állapotok, például sorozat-rezonancia. Ha a generátor induktív reaktancia ohmos értéke és a bemeneti szűrő kapacitív reaktancia ohmos értéke közel van egymáshoz, és a rendszer ellenállása kicsi, oszcilláció következik be, és a feszültség meghaladhatja a névleges értéket az energiarendszert. Az újonnan tervezett UPS rendszer lényegében 100% -os kapacitív bemeneti impedancia. A 500 kVA-os UPS kapacitása 150 kvar és nullához közel álló teljesítmény tényező lehet. Párhuzamos induktorok, soros fojtók és bemeneti izolációs transzformátorok a UPS közös alkotóelemei, és ezek az alkatrészek induktívak. Valójában a szűrő kapacitásával együtt a szünetmentes tápegység általában kapacitív, és a szünetmentes tápegységen belül némi rezgés is lehet. Az UPS-hez csatlakoztatott átviteli vonal kapacitív jellemzőivel párhuzamosan az egész rendszer komplexitása nagymértékben javul, az analízis hatókörén kívül, amelyet az általános mérnökök elemezhetnek.
A kulcsfontosságú alkalmazásokban további két tényező jelentette a közelmúltban gyakoribbá ezeket a problémákat. Először is, a számítógép-berendezések gyártói több redundáns tápellátást biztosítanak a készülékeikben, a felhasználó megbízható adatfeldolgozásának követelményeitől függően. A tipikus számítógépes szekrények most két vagy több tápkábellel vannak ellátva. Másodszor, a berendezéskezelő megkérte a rendszert, hogy támogassa az online karbantartást, és meg akarta védeni a kritikus terhelést az UPS shutdown karbantartás során. Ez a két tényező növeli a tipikus adatközpont UPS-k telepítésének számát és csökkenti az egyes UPS terhelhetőségét. A generátorok növekedése azonban nem felel meg a szünetmentes tápegységnek. A berendezéskezelő szemében a generátor általában tartalék és könnyen karbantartható. Néhány nagy projektben a pénzügyi nyomás korlátozza a drága nagy teljesítményű generátor készleteket is. Ennek eredményeképpen minden generátor több UPS-vel rendelkezik, ami egy olyan tendencia, amely az UPS gyártóit boldoggá teszi és a generátor gyártói gondot okoznak.
A legjobb védekezés az öngerjesztés és az oszcilláció ellen a fizika alapvető ismerete. A mérnököknek gondosan kell meghatározniuk az UPS rendszer teljesítményfaktor-jellemzőit minden terhelési körülmény között. Az UPS felszerelése után a tulajdonosnak be kell tartania az átfogó tesztet, és alaposan meg kell mérnie a teljes rendszer működési paramétereit a teszt beállításakor. Amikor problémákat fedeznek fel, a legjobb megoldás a gyártók, mérnökök, vállalkozók és tulajdonosok projektcsapata felállítása a rendszer teljes tesztelésére és megoldások megtalálására.
