2.1 Generator en belasting
De generator maakt gebruik van een spanningsregelaar om de uitgangsspanning te regelen. De spanningsregelaar detecteert de driefasige uitgangsspanning en vergelijkt de gemiddelde waarde met de vereiste spanningswaarde. De regelaar haalt energie uit een hulpvoedingsbron in de generator, meestal een kleine generator coaxiaal met de hoofdgenerator, en levert een gelijkstroombron aan de magnetisch veld-excitatiespoel van de generatorrotor. De spoelstroom stijgt of daalt en regelt het roterende magnetische veld van de statorspoel van de generator of de grootte van de elektromotorische kracht EMF. De magnetische flux van de statorspoel bepaalt de uitgangsspanning van de generator.
De inwendige weerstand van de generator-statorspoel is aangegeven met Z, inclusief de inductieve en resistieve delen; de elektromotorische kracht van de generator die wordt bestuurd door de rotor-excitatiespoel wordt aangegeven door E met een wisselspanningsbron. Ervan uitgaande dat de belasting zuiver inductief is, blijft de stroom I achter op exact 90 ° elektrische fasehoek in het vectordiagram. Als de belasting zuiver resistief is, zullen de vectoren van U en I samenvallen of in fase zijn. In feite zijn de meeste belastingen tussen zuiver resistief en puur inductief. De spanningsval die wordt veroorzaakt door de stroom die door de statorpoel loopt, wordt weergegeven door een spanningsvector I x Z. Het is eigenlijk de som van twee kleinere spanningsvectoren, de spanningsval in fase met I en de inductiespanningsval van 90 ° verderop. In dit geval is het toevallig in fase met U. Aangezien de elektromotorische kracht gelijk moet zijn aan de som van de spanningsval van de inwendige weerstand van de generator en de uitgangsspanning, d.w.z. de vectorsom van de vectoren E = U en I × Z. De spanningsregelaar verandert E om de spanning U effectief te regelen.
Overweeg nu wat er gebeurt met de interne omstandigheden van de generator wanneer een zuiver capacitieve belasting wordt gebruikt in plaats van een zuiver inductieve belasting. De stroom op dit moment is precies het tegenovergestelde van de inductieve belasting. De stroom leid ik nu de spanningsvector U en de interne weerstandsspanningsvalvector I × Z is ook precies omgekeerd. Dan is de vectorsom van U en I × Z kleiner dan U.
Aangezien dezelfde elektromotorische kracht E op het moment van de inductieve belasting een hogere generatorgasuitgangsspanning U bij de capacitieve belasting produceert, moet de spanningsregelaar het roterende magnetische veld aanzienlijk verminderen. In feite heeft de spanningsregelaar mogelijk niet voldoende bereik om de uitgangsspanning volledig te regelen. De continue excitatie van de rotor van alle generatoren in één richting bevat een permanent magnetisch veld. Zelfs als de spanningsregelaar volledig is gesloten, heeft de rotor nog steeds voldoende magnetisch veld om de capacitieve belasting op te laden en een spanning te genereren. Dit verschijnsel wordt "zelfexcitatie" genoemd. Het resultaat van zelfexcitatie is overspanning of uitschakeling van de spanningsregelaar en het bewakingssysteem van de generator wordt beschouwd als een spanningsregelaarstoring (dwz "spanningsloos"). In beide gevallen stopt de generator. De belasting die is aangesloten op de generatoruitgang kan onafhankelijk of parallel zijn, afhankelijk van de timing en instellingen van de werking van de automatische schakelkast. In sommige toepassingen is het UPS-systeem de eerste belasting die op de generator wordt aangesloten tijdens een stroomstoring. In andere gevallen worden de UPS en de mechanische belasting tegelijkertijd aangesloten. De mechanische belasting heeft meestal een startschakelaar. Het duurt een bepaalde tijd om opnieuw te sluiten na stroomuitval en er is een vertraging bij het compenseren van de inductieve motorbelasting van de UPS-filtercondensator. De UPS zelf heeft een tijdsperiode die de "softstart" -cyclus wordt genoemd en die de belasting van de accu naar de generator verschuift, waardoor de ingangsfactor wordt verhoogd. De invoerfilters van de UPS nemen echter niet deel aan het softstartproces. Ze zijn verbonden met de ingang van de UPS als onderdeel van de UPS. Daarom is in sommige gevallen de hoofdbelasting die voor het eerst wordt aangesloten op de uitgang van de generator wanneer de stroom wordt onderbroken, het ingangsfilter van de UPS. Ze zijn zeer capacitief (soms puur capacitief).
De oplossing voor dit probleem is uiteraard het gebruik van correctie voor arbeidsfactor. Er zijn verschillende manieren om dit te doen, als volgt:
● Installeer de automatische schakelkast zodanig dat de motorbelasting voor de UPS is aangesloten. Sommige switchers kunnen deze methode mogelijk niet implementeren. Bovendien moeten installateurs mogelijk tijdens onderhoud onderhoud plegen aan UPS en generatoren.
• Voeg een permanente reactieve reactantie toe om de capacitieve belasting te compenseren, meestal met behulp van een parallelle wondreactor die is aangesloten op de EG- of generatoruitgangsparallelkaart. Dit is eenvoudig te implementeren en kost minder. Maar in het geval van hoge belasting of lage belasting, absorbeert de reactor altijd stroom en beïnvloedt deze de belastingsfactor. En ongeacht het aantal UPS's, is het aantal reactoren altijd vast.
● Voeg een inductieve reactor toe aan elke UPS om te compenseren voor de capacitieve reactantie van de UPS. De reactorinvoer (optie) regelt de invoer van de reactor bij lage belasting. Deze methode is nauwkeuriger, maar het aantal is groot en de kosten van installatie en controle zijn hoog.
● Installeer de contactor vóór de filtercondensator en ontkoppel hem bij lage belasting. Aangezien de tijd van de contactor nauwkeurig moet zijn, is de besturing gecompliceerd en kan deze alleen in de fabriek worden geïnstalleerd.
Welke methode optimaal is, hangt af van de situatie ter plaatse en de prestaties van de apparatuur.
2.2 Resonantieprobleem
Condensatorzelfexcitatieproblemen kunnen verergeren of worden gemaskeerd door andere elektrische toestanden, zoals serieresonantie. Wanneer de ohmse waarde van de inductieve reactantie van de generator en de ohmse waarde van de capacitieve reactantie van het ingangsfilter dicht bij elkaar liggen, en de weerstandswaarde van het systeem klein is, zal oscillatie optreden en kan de spanning de nominale waarde van het voedingssysteem. Het nieuw ontworpen UPS-systeem is in essentie 100% capacitieve ingangsimpedantie. Een UPS van 500 kVA kan een capaciteit hebben van 150 kvar en een arbeidsfactor van bijna nul. Parallelle inductoren, serieschakelaars en ingangsscheidingstransformatoren zijn veelvoorkomende componenten van UPS en deze componenten zijn inductief. In feite is de UPS, samen met de capaciteit van het filter, in het algemeen capacitief en kan er enige oscillatie in de UPS zijn. In combinatie met de capacitieve kenmerken van de transmissielijn die op de UPS is aangesloten, wordt de complexiteit van het volledige systeem aanzienlijk verbeterd, buiten het bereik van de analyse dat door algemene ingenieurs kan worden geanalyseerd.
Twee additionele factoren in belangrijke applicaties hebben recentelijk deze problemen meer algemeen gemaakt. Ten eerste bieden fabrikanten van computerapparatuur meer redundante stroominvoer in hun apparatuur, afhankelijk van de vereisten van de zeer betrouwbare gegevensverwerking van de gebruiker. Typische computerkasten worden nu geleverd met twee of meer netsnoeren. Ten tweede vroeg de apparatuurmanager het systeem om online onderhoud te ondersteunen, en ze wilden de kritieke belasting beschermen tijdens UPS shutdown-onderhoud. Deze twee factoren verhogen het aantal installaties van typische datacenter-UPS'en en verminderen de laadcapaciteit van elke UPS. De toename van generatoren is echter niet consistent met de UPS. In de ogen van de apparatuurmanager is de generator meestal reserve en eenvoudig te regelen voor onderhoud. Ook in sommige grote projecten beperkt de financiële druk het aantal dure high-power generatorsets. Het resultaat is dat elke generator meer UPS heeft, wat een trend is die UPS-fabrikanten blij maakt en problemen veroorzaakt met generatorfabrikanten.
De beste verdediging tegen zelfexcitatie en oscillatie is de basiskennis van de natuurkunde. Ingenieurs moeten de vermogensfactorkarakteristieken van het UPS-systeem zorgvuldig bepalen onder alle belastingsomstandigheden. Nadat de UPS-apparatuur is geïnstalleerd, moet de eigenaar zich houden aan de uitgebreide test en de werkparameters van het volledige systeem zorgvuldig meten bij het aanpassen van de test. Wanneer er problemen worden ontdekt, is de beste oplossing om een projectteam van leveranciers, ingenieurs, aannemers en eigenaren in te stellen om het systeem volledig te testen en oplossingen te vinden.
