El grupo electrógeno diesel se combina con UPS

Este artículo analiza y explica el impacto del factor de potencia de entrada y el filtro de entrada del SAI en la generador de energía para aclarar la causa del problema, y ​​luego encontrar una solución.

1. Coordinación entre grupo electrógeno diesel y UPS.

Los fabricantes y usuarios de sistemas de alimentación ininterrumpida han notado durante mucho tiempo los problemas de coordinación entre los grupos electrógenos y los SAI, especialmente los armónicos de corriente generados por los rectificadores se generan en los sistemas de suministro de energía, como los reguladores de tensión de los grupos electrógenos y los circuitos de sincronización de los SAI.Los efectos adversos de esto son muy obvios.Por lo tanto, los ingenieros del sistema UPS diseñaron el filtro de entrada y lo aplicaron al UPS, controlando con éxito los armónicos de corriente en la aplicación del UPS.Estos filtros juegan un papel clave en la compatibilidad de UPS y grupos electrógenos.

Prácticamente todos los filtros de entrada usan capacitores e inductores para absorber los armónicos de corriente más destructivos en la entrada del UPS.El diseño del filtro de entrada tiene en cuenta el porcentaje de la máxima distorsión armónica total posible inherente al circuito del SAI ya plena carga.Otro beneficio de la mayoría de los filtros es mejorar el factor de potencia de entrada del UPS cargado.Sin embargo, otra consecuencia de la aplicación del filtro de entrada es la reducción de la eficiencia general del SAI.La mayoría de los filtros consumen alrededor del 1% de la energía del UPS.El diseño del filtro de entrada siempre busca un equilibrio entre factores favorables y desfavorables.

Para mejorar la eficiencia del sistema UPS tanto como sea posible, los ingenieros de UPS han realizado recientemente mejoras en el consumo de energía del filtro de entrada.La mejora de la eficiencia del filtro depende en gran medida de la aplicación de la tecnología IGBT (transistor de puerta aislada) al diseño del SAI.La alta eficiencia del inversor IGBT ha llevado a un rediseño del SAI.El filtro de entrada puede absorber algunos armónicos de corriente mientras absorbe una pequeña parte de la potencia activa.En resumen, se reduce la proporción de factores inductivos a factores capacitivos en el filtro, se reduce el volumen del UPS y se mejora la eficiencia.Las cosas en el campo de UPS parecen haberse solucionado, pero la compatibilidad del nuevo problema con el generador ha aparecido nuevamente, reemplazando el problema anterior.

2. Problema de resonancia.

El problema de la autoexcitación del condensador puede verse agravado o enmascarado por otras condiciones eléctricas, como la resonancia en serie.Cuando el valor óhmico de la reactancia inductiva del generador y el valor óhmico de la reactancia capacitiva del filtro de entrada están cerca uno del otro, y el valor de resistencia del sistema es pequeño, se producirá una oscilación y el voltaje puede exceder el valor nominal de la potencia. sistema.El sistema UPS de nuevo diseño es esencialmente 100% de impedancia de entrada capacitiva.Un SAI de 500 kVA puede tener una capacidad de 150 kvar y un factor de potencia cercano a cero.Los inductores de derivación, los estranguladores en serie y los transformadores de aislamiento de entrada son componentes convencionales de UPS, y estos componentes son todos inductivos.De hecho, ellos y la capacitancia del filtro juntos hacen que el SAI se comporte como un todo capacitivo, y puede que ya existan algunas oscilaciones dentro del SAI.Junto con las características capacitivas de las líneas eléctricas conectadas al UPS, la complejidad de todo el sistema aumenta considerablemente, más allá del alcance del análisis de los ingenieros ordinarios.

3. Grupo electrógeno diesel y carga.

Los grupos electrógenos diésel dependen de un regulador de voltaje para controlar el voltaje de salida.El regulador de voltaje detecta el voltaje de salida trifásico y compara su valor promedio con el valor de voltaje requerido.El regulador obtiene energía de la fuente de energía auxiliar dentro del generador, generalmente un pequeño generador coaxial con el generador principal, y transmite energía de CC a la bobina de excitación del campo magnético del rotor del generador.La corriente de la bobina sube o baja para controlar el campo magnético giratorio del bobina del estator del generador , o el tamaño de la fuerza electromotriz EMF.El flujo magnético de la bobina del estator determina el voltaje de salida del generador.

La resistencia interna de la bobina del estator de un grupo electrógeno diesel está representada por Z, incluidas las partes inductivas y resistivas;la fuerza electromotriz del generador controlado por la bobina de excitación del rotor está representada por E por una fuente de tensión alterna.Suponiendo que la carga es puramente inductiva, la corriente I se retrasa con respecto al voltaje U en un ángulo de fase eléctrico de exactamente 90° en el diagrama vectorial.Si la carga es puramente resistiva, los vectores de U e I coincidirán o estarán en fase.De hecho, la mayoría de las cargas se encuentran entre puramente resistivas y puramente inductivas.La caída de voltaje causada por la corriente que pasa a través de la bobina del estator está representada por el vector de voltaje I×Z.En realidad, es la suma de dos vectores de tensión más pequeños, la caída de tensión de la resistencia en fase con I y la caída de tensión del inductor 90° por delante.En este caso pasa a estar en fase con U. Porque la fuerza electromotriz debe ser igual a la suma de la caída de tensión de la resistencia interna del generador y la tensión de salida, es decir, la suma vectorial del vector E=U y I×Z.El regulador de voltaje puede controlar efectivamente el voltaje U cambiando E.

Ahora considere lo que sucede con las condiciones internas del generador cuando se usa una carga puramente capacitiva en lugar de una carga puramente inductiva.La corriente en este momento es justo lo contrario de la carga inductiva.La corriente I ahora conduce al vector de voltaje U, y el vector de caída de voltaje de resistencia interna I × Z también está en la fase opuesta.Entonces la suma vectorial de U e I×Z es menor que U.

Dado que la misma fuerza electromotriz E que en la carga inductiva produce un mayor voltaje de salida del generador U en la carga capacitiva, el regulador de voltaje debe reducir significativamente el campo magnético giratorio.De hecho, es posible que el regulador de voltaje no tenga suficiente rango para regular completamente el voltaje de salida.Los rotores de todos los generadores se excitan continuamente en una dirección y contienen un campo magnético permanente.Incluso si el regulador de voltaje está completamente cerrado, el rotor aún tiene suficiente campo magnético para cargar la carga capacitiva y generar voltaje.Este fenómeno se denomina "autoexcitación".El resultado de la autoexcitación es sobrevoltaje o apagado del regulador de voltaje, y el sistema de monitoreo del generador lo considera como una falla del regulador de voltaje (es decir, "pérdida de excitación").Cualquiera de estas condiciones hará que el generador se detenga.La carga conectada a la salida del generador puede ser independiente o paralela, dependiendo de la temporización y configuración del armario de distribución automática.En algunas aplicaciones, el sistema UPS es la primera carga conectada al generador durante una falla de energía.En otros casos, el SAI y la carga mecánica se conectan al mismo tiempo.La carga mecánica suele tener un contactor de arranque, y tarda cierto tiempo en volver a cerrarse después de un corte de energía.Hay un retraso en la compensación de la carga del motor inductivo del condensador del filtro de entrada del SAI.El UPS en sí tiene un período de tiempo llamado "arranque suave", que cambia la carga de la batería al generador para aumentar su factor de potencia de entrada.Sin embargo, los filtros de entrada del SAI no participan en el proceso de arranque suave.Están conectados al extremo de entrada del UPS como parte del UPS.Por lo tanto, en algunos casos, la carga principal que se conecta primero a la salida del generador durante un corte de energía es el filtro de entrada del UPS.Son altamente capacitivos (a veces puramente capacitivos).

La solución a este problema es, obviamente, utilizar la corrección del factor de potencia.Hay muchas maneras de lograr esto, más o menos como sigue:

1. Instale un armario de distribución automática para conectar la carga del motor antes que el SAI.Es posible que algunos armarios de distribución no puedan implementar este método.Además, durante el mantenimiento, es posible que los ingenieros de la planta deban depurar por separado el SAI y los generadores.

2. Agregue una reactancia reactiva permanente para compensar la carga capacitiva, generalmente usando un reactor de devanado paralelo, conectado a la placa paralela de salida del generador o EG.Esto es muy fácil de lograr, y el costo es bajo.Pero no importa en carga alta o carga baja, el reactor siempre absorbe corriente y afecta el factor de potencia de carga.E independientemente del número de SAI, el número de reactores siempre es fijo.

3. Instale un reactor inductivo en cada UPS para compensar la reactancia capacitiva del UPS.En el caso de baja carga, el contactor (opcional) controla la entrada del reactor.Este método de reactor es más preciso, pero el número es grande y el costo de instalación y control es alto.

4. Instale un contactor frente al capacitor del filtro y desconéctelo cuando la carga sea baja.Dado que el tiempo del contactor debe ser preciso y el control es más complicado, solo se puede instalar en la fábrica.

El mejor método depende de la situación en el sitio y el rendimiento del equipo.

Si desea saber más acerca de los generadores diesel, bienvenido a consultar Dingbo Power por correo electrónico dingbo@dieselgeneratortech.com, y estaremos a su servicio en cualquier momento.