Le groupe électrogène diesel est assorti à l'UPS

Cet article analyse et explique l'impact du facteur de puissance d'entrée et du filtre d'entrée de l'onduleur sur la générateur de courant afin de clarifier la cause du problème, puis de trouver une solution.

1. Coordination entre le groupe électrogène diesel et l'UPS.

Les fabricants et les utilisateurs de systèmes d'alimentation sans interruption ont remarqué depuis longtemps les problèmes de coordination entre les groupes électrogènes et les onduleurs, en particulier les harmoniques de courant générés par les redresseurs sont générés sur les systèmes d'alimentation tels que les régulateurs de tension des groupes électrogènes et les circuits de synchronisation des onduleurs.Les effets néfastes de cela sont très évidents.Par conséquent, les ingénieurs du système UPS ont conçu le filtre d'entrée et l'ont appliqué à l'UPS, contrôlant avec succès les harmoniques de courant dans l'application UPS.Ces filtres jouent un rôle clé dans la compatibilité des onduleurs et des groupes électrogènes.

Pratiquement tous les filtres d'entrée utilisent des condensateurs et des inductances pour absorber les harmoniques de courant les plus destructrices à l'entrée de l'onduleur.La conception du filtre d'entrée prend en compte le pourcentage de la distorsion harmonique totale maximale possible inhérente au circuit UPS et à pleine charge.Un autre avantage de la plupart des filtres est d'améliorer le facteur de puissance d'entrée de l'onduleur chargé.Cependant, une autre conséquence de l'application du filtre d'entrée est de réduire l'efficacité globale de l'ASI.La plupart des filtres consomment environ 1 % de l'alimentation de l'onduleur.La conception du filtre d'entrée recherche toujours un équilibre entre les facteurs favorables et défavorables.

Afin d'améliorer autant que possible l'efficacité du système UPS, les ingénieurs UPS ont récemment apporté des améliorations à la consommation d'énergie du filtre d'entrée.L'amélioration de l'efficacité du filtre dépend en grande partie de l'application de la technologie IGBT (Insulated Gate Transistor) à la conception de l'ASI.Le haut rendement de l'onduleur IGBT a conduit à une refonte de l'onduleur.Le filtre d'entrée peut absorber certaines harmoniques de courant tout en absorbant une petite partie de la puissance active.En bref, le rapport des facteurs inductifs aux facteurs capacitifs dans le filtre est réduit, le volume de l'onduleur est réduit et l'efficacité est améliorée.Les choses dans le domaine des onduleurs semblent avoir été résolues, mais la compatibilité du nouveau problème avec le générateur est réapparue, remplaçant l'ancien problème.

2. Problème de résonance.

Le problème de l'auto-excitation du condensateur peut être aggravé ou masqué par d'autres conditions électriques, telles que la résonance série.Lorsque la valeur ohmique de la réactance inductive du générateur et la valeur ohmique de la réactance capacitive du filtre d'entrée sont proches l'une de l'autre et que la valeur de résistance du système est faible, une oscillation se produit et la tension peut dépasser la valeur nominale de la puissance système.Le système UPS nouvellement conçu est essentiellement une impédance d'entrée capacitive de 100 %.Un onduleur de 500 kVA peut avoir une capacité de 150 kvar et un facteur de puissance proche de zéro.Les inductances shunt, les selfs série et les transformateurs d'isolation d'entrée sont des composants conventionnels de l'ASI, et ces composants sont tous inductifs.En fait, ils et la capacité du filtre font que l'onduleur se comporte comme un tout capacitif, et il peut déjà y avoir des oscillations à l'intérieur de l'onduleur.Couplé aux caractéristiques capacitives des lignes électriques connectées à l'onduleur, la complexité de l'ensemble du système est considérablement accrue, au-delà de la portée de l'analyse des ingénieurs ordinaires.

3. Groupe électrogène diesel et charge.

Les groupes électrogènes diesel reposent sur un régulateur de tension pour contrôler la tension de sortie.Le régulateur de tension détecte la tension de sortie triphasée et compare sa valeur moyenne avec la valeur de tension requise.Le régulateur obtient l'énergie de la source d'alimentation auxiliaire à l'intérieur du générateur, généralement un petit générateur coaxial au générateur principal, et transmet le courant continu à la bobine d'excitation du champ magnétique du rotor du générateur.Le courant de la bobine monte ou descend pour contrôler le champ magnétique tournant du bobine de stator de générateur , ou la taille de la force électromotrice EMF.Le flux magnétique de la bobine du stator détermine la tension de sortie du générateur.

La résistance interne de la bobine du stator d'un groupe électrogène diesel est représentée par Z, y compris les parties inductives et résistives ;la force électromotrice du générateur commandée par la bobine d'excitation du rotor est représentée par E par une source de tension alternative.En supposant que la charge est purement inductive, le courant I est en retard sur la tension U d'exactement 90 ° d'angle de phase électrique dans le diagramme vectoriel.Si la charge est purement résistive, les vecteurs de U et I coïncideront ou seront en phase.En fait, la plupart des charges sont entre purement résistives et purement inductives.La chute de tension provoquée par le courant traversant la bobine du stator est représentée par le vecteur tension IxZ.C'est en fait la somme de deux vecteurs de tension plus petits, la chute de tension de la résistance en phase avec I et la chute de tension de l'inductance de 90° en avant.Dans ce cas, il se trouve qu'il est en phase avec U. Parce que la force électromotrice doit être égale à la somme de la chute de tension de la résistance interne du générateur et de la tension de sortie, c'est-à-dire la somme vectorielle du vecteur E = U et I×Z.Le régulateur de tension peut contrôler efficacement la tension U en changeant E.

Considérons maintenant ce qui arrive aux conditions internes du générateur lorsqu'une charge purement capacitive est utilisée au lieu d'une charge purement inductive.Le courant à ce moment est juste l'opposé de la charge inductive.Le courant I conduit maintenant le vecteur de tension U, et le vecteur de chute de tension de la résistance interne I × Z est également dans la phase opposée.Alors la somme vectorielle de U et I×Z est inférieure à U.

Étant donné que la même force électromotrice E que dans la charge inductive produit une tension de sortie du générateur U plus élevée dans la charge capacitive, le régulateur de tension doit réduire considérablement le champ magnétique tournant.En fait, le régulateur de tension peut ne pas avoir une plage suffisante pour réguler complètement la tension de sortie.Les rotors de tous les générateurs sont continuellement excités dans une direction et contiennent un champ magnétique permanent.Même si le régulateur de tension est complètement fermé, le rotor a encore suffisamment de champ magnétique pour charger la charge capacitive et générer de la tension.Ce phénomène est appelé "auto-excitation".Le résultat de l'auto-excitation est une surtension ou l'arrêt du régulateur de tension, et le système de surveillance du générateur considère qu'il s'agit d'une défaillance du régulateur de tension (c'est-à-dire une « perte d'excitation »).L'une ou l'autre de ces conditions entraînera l'arrêt du générateur.La charge connectée à la sortie du générateur peut être indépendante ou parallèle, selon la temporisation et le réglage de l'armoire de commutation automatique.Dans certaines applications, le système UPS est la première charge connectée au générateur lors d'une panne de courant.Dans d'autres cas, l'onduleur et la charge mécanique sont connectés en même temps.La charge mécanique a généralement un contacteur de démarrage, et il faut un certain temps pour se refermer après une panne de courant.Il y a un retard dans la compensation de la charge inductive du moteur du condensateur du filtre d'entrée de l'ASI.L'onduleur lui-même a une période de temps appelée "démarrage progressif", qui déplace la charge de la batterie vers le générateur pour augmenter son facteur de puissance d'entrée.Cependant, les filtres d'entrée de l'onduleur ne participent pas au processus de démarrage progressif.Ils sont connectés à l'extrémité d'entrée de l'UPS dans le cadre de l'UPS.Par conséquent, dans certains cas, la charge principale connectée en premier à la sortie du générateur lors d'une panne de courant est le filtre d'entrée de l'onduleur.Ils sont hautement capacitifs (parfois purement capacitifs).

La solution à ce problème est évidemment d'utiliser la correction du facteur de puissance.Il existe de nombreuses façons d'y parvenir, à peu près comme suit:

1. Installez une armoire de commutation automatique pour connecter la charge du moteur avant l'ASI.Certaines armoires électriques peuvent ne pas être en mesure de mettre en œuvre cette méthode.De plus, pendant la maintenance, les ingénieurs de l'usine peuvent avoir besoin de déboguer séparément l'onduleur et les générateurs.

2. Ajoutez une réactance réactive permanente pour compenser la charge capacitive, généralement en utilisant une réactance à enroulement parallèle, connectée à la carte parallèle de sortie EG ou du générateur.Ceci est très facile à réaliser et le coût est faible.Mais peu importe la charge élevée ou faible, le réacteur absorbe toujours le courant et affecte le facteur de puissance de charge.Et quel que soit le nombre d'ASI, le nombre de réactances est toujours fixe.

3. Installez une réactance inductive dans chaque ASI pour juste compenser la réactance capacitive de l'ASI.En cas de faible charge, le contacteur (en option) commande l'entrée de la réactance.Cette méthode de réacteur est plus précise, mais le nombre est important et le coût d'installation et de contrôle est élevé.

4. Installez un contacteur devant le condensateur de filtrage et déconnectez-le lorsque la charge est faible.Comme l'heure du contacteur doit être précise et que le contrôle est plus compliqué, il ne peut être installé qu'en usine.

La meilleure méthode dépend de la situation sur site et des performances de l'équipement.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les générateurs diesel, n'hésitez pas à consulter Dingbo Power par e-mail dingbo@dieselgeneratortech.com, et nous serons à votre service à tout moment.