Il gruppo elettrogeno diesel è abbinato all'UPS

Questo articolo analizza e spiega l'impatto del fattore di alimentazione in ingresso dell'UPS e del filtro di ingresso sul generatore di corrente per chiarire la causa del problema e quindi trovare una soluzione.

1. Coordinamento tra gruppo elettrogeno diesel e UPS.

I produttori e gli utenti di gruppi di continuità hanno notato da tempo i problemi di coordinamento tra gruppi elettrogeni e UPS, in particolare le armoniche di corrente generate dai raddrizzatori vengono generate sui sistemi di alimentazione come i regolatori di tensione dei gruppi elettrogeni e i circuiti di sincronizzazione degli UPS.Gli effetti negativi di questo sono molto evidenti.Pertanto, gli ingegneri del sistema UPS hanno progettato il filtro di ingresso e lo hanno applicato all'UPS, controllando con successo le armoniche di corrente nell'applicazione UPS.Questi filtri svolgono un ruolo chiave nella compatibilità di UPS e gruppi elettrogeni.

Praticamente tutti i filtri di ingresso utilizzano condensatori e induttori per assorbire le armoniche di corrente più distruttive all'ingresso dell'UPS.La progettazione del filtro di ingresso tiene conto della percentuale della massima distorsione armonica totale possibile inerente al circuito dell'UPS ea pieno carico.Un altro vantaggio della maggior parte dei filtri è il miglioramento del fattore di potenza in ingresso dell'UPS caricato.Tuttavia, un'altra conseguenza dell'applicazione del filtro di ingresso è la riduzione dell'efficienza complessiva dell'UPS.La maggior parte dei filtri consuma circa l'1% dell'alimentazione dell'UPS.Il design del filtro di ingresso cerca sempre un equilibrio tra fattori favorevoli e sfavorevoli.

Al fine di migliorare il più possibile l'efficienza del sistema UPS, gli ingegneri UPS hanno recentemente apportato miglioramenti al consumo energetico del filtro di ingresso.Il miglioramento dell'efficienza del filtro dipende in gran parte dall'applicazione della tecnologia IGBT (Insulated Gate Transistor) alla progettazione dell'UPS.L'elevata efficienza dell'inverter IGBT ha portato a una riprogettazione dell'UPS.Il filtro di ingresso può assorbire alcune armoniche di corrente mentre assorbe una piccola parte della potenza attiva.In breve, il rapporto tra fattori induttivi e fattori capacitivi nel filtro si riduce, si riduce il volume dell'UPS e si migliora l'efficienza.Le cose in ambito UPS sembrano essere state risolte, ma è ricomparsa la compatibilità del nuovo problema con il generatore, sostituendo il vecchio problema.

2. Problema di risonanza.

Il problema dell'autoeccitazione del condensatore può essere aggravato o mascherato da altre condizioni elettriche, come la risonanza in serie.Quando il valore ohmico della reattanza induttiva del generatore e il valore ohmico della reattanza capacitiva del filtro di ingresso sono vicini l'uno all'altro e il valore di resistenza del sistema è piccolo, si verificherà un'oscillazione e la tensione potrebbe superare il valore nominale della potenza sistema.Il sistema UPS di nuova concezione è essenzialmente un'impedenza di ingresso capacitiva al 100%.Un UPS da 500kVA può avere una capacità di 150kvar e un fattore di potenza prossimo allo zero.Gli induttori shunt, le induttanze in serie e i trasformatori di isolamento in ingresso sono componenti convenzionali dell'UPS e questi componenti sono tutti induttivi.Infatti, essi e la capacità del filtro insieme fanno sì che l'UPS si comporti come un tutto capacitivo e potrebbero esserci già delle oscillazioni all'interno dell'UPS.Insieme alle caratteristiche capacitive delle linee elettriche collegate all'UPS, la complessità dell'intero sistema è notevolmente aumentata, al di là dell'ambito dell'analisi dei tecnici ordinari.

3. Gruppo elettrogeno diesel e carico.

I gruppi elettrogeni diesel si basano su un regolatore di tensione per controllare la tensione di uscita.Il regolatore di tensione rileva la tensione di uscita trifase e confronta il suo valore medio con il valore di tensione richiesto.Il regolatore ottiene energia dalla fonte di alimentazione ausiliaria all'interno del generatore, solitamente un piccolo generatore coassiale con il generatore principale, e trasmette l'alimentazione CC alla bobina di eccitazione del campo magnetico del rotore del generatore.La corrente della bobina aumenta o diminuisce per controllare il campo magnetico rotante del bobina dello statore del generatore , o la dimensione della forza elettromotrice EMF.Il flusso magnetico della bobina dello statore determina la tensione di uscita del generatore.

La resistenza interna della bobina statorica di un gruppo elettrogeno diesel è rappresentata da Z, comprese le parti induttive e resistive;la forza elettromotrice del generatore controllata dalla bobina di eccitazione del rotore è rappresentata da E da una sorgente di tensione alternata.Supponendo che il carico sia puramente induttivo, la corrente I è in ritardo rispetto alla tensione U di esattamente un angolo di fase elettrico di 90° nel diagramma vettoriale.Se il carico è puramente resistivo, i vettori di U e I coincideranno o saranno in fase.In effetti, la maggior parte dei carichi sono compresi tra puramente resistivi e puramente induttivi.La caduta di tensione causata dalla corrente che passa attraverso la bobina dello statore è rappresentata dal vettore di tensione I×Z.In realtà è la somma di due vettori di tensione più piccoli, la caduta di tensione della resistenza in fase con I e la caduta di tensione dell'induttore a 90° in avanti.In questo caso capita di essere in fase con U. Perché la forza elettromotrice deve essere uguale alla somma della caduta di tensione della resistenza interna del generatore e della tensione di uscita, cioè la somma vettoriale del vettore E=U e I×Z.Il regolatore di tensione può controllare efficacemente la tensione U cambiando E.

Consideriamo ora cosa succede alle condizioni interne del generatore quando viene utilizzato un carico puramente capacitivo anziché un carico puramente induttivo.La corrente in questo momento è esattamente l'opposto del carico induttivo.La corrente I ora guida il vettore di tensione U e anche il vettore di caduta di tensione della resistenza interna I×Z è nella fase opposta.Allora la somma vettoriale di U e I×Z è minore di U.

Poiché la stessa forza elettromotrice E del carico induttivo produce una maggiore tensione di uscita del generatore U nel carico capacitivo, il regolatore di tensione deve ridurre notevolmente il campo magnetico rotante.In effetti, il regolatore di tensione potrebbe non avere una portata sufficiente per regolare completamente la tensione di uscita.I rotori di tutti i generatori sono continuamente eccitati in una direzione e contengono un campo magnetico permanente.Anche se il regolatore di tensione è completamente chiuso, il rotore ha ancora un campo magnetico sufficiente per caricare il carico capacitivo e generare tensione.Questo fenomeno è chiamato "autoeccitazione".Il risultato dell'autoeccitazione è la sovratensione o l'arresto del regolatore di tensione e il sistema di monitoraggio del generatore lo considera un guasto del regolatore di tensione (cioè "perdita di eccitazione").Una di queste condizioni provocherà l'arresto del generatore.Il carico collegato all'uscita del generatore può essere indipendente o parallelo, a seconda della tempistica e dell'impostazione del quadro elettrico automatico.In alcune applicazioni, il sistema UPS è il primo carico collegato al generatore durante un'interruzione di corrente.Negli altri casi, l'UPS e il carico meccanico sono collegati contemporaneamente.Il carico meccanico di solito ha un contattore di avviamento e ci vuole un certo tempo per richiudersi dopo un'interruzione di corrente.C'è un ritardo nella compensazione del carico induttivo del motore del condensatore del filtro di ingresso dell'UPS.L'UPS stesso ha un periodo di tempo chiamato "soft start", che sposta il carico dalla batteria al generatore per aumentare il suo fattore di potenza in ingresso.Tuttavia, i filtri di ingresso dell'UPS non partecipano al processo di avvio graduale.Sono collegati all'estremità di ingresso dell'UPS come parte dell'UPS.Pertanto, in alcuni casi, il carico principale collegato per primo all'uscita del generatore durante un'interruzione di corrente è il filtro di ingresso dell'UPS.Sono altamente capacitivi (a volte puramente capacitivi).

La soluzione a questo problema è ovviamente utilizzare il rifasamento.Ci sono molti modi per raggiungere questo obiettivo, più o meno come segue:

1. Installare un quadro elettrico automatico per collegare il carico del motore prima dell'UPS.Alcuni armadi elettrici potrebbero non essere in grado di implementare questo metodo.Inoltre, durante la manutenzione, gli ingegneri dell'impianto potrebbero dover eseguire il debug separatamente di UPS e generatori.

2. Aggiungere una reattanza reattiva permanente per compensare il carico capacitivo, solitamente utilizzando un reattore ad avvolgimento parallelo, collegato alla scheda parallela di uscita del generatore o dell'EG.Questo è molto facile da ottenere e il costo è basso.Ma indipendentemente dal carico elevato o basso, il reattore assorbe sempre corrente e influisce sul fattore di potenza del carico.E indipendentemente dal numero di UPS, il numero di reattori è sempre fisso.

3. Installare un reattore induttivo in ciascun UPS per compensare solo la reattanza capacitiva dell'UPS.In caso di basso carico, il contattore (opzionale) comanda l'ingresso del reattore.Questo metodo di reattore è più accurato, ma il numero è elevato e il costo di installazione e controllo è elevato.

4. Installare un contattore davanti al condensatore del filtro e scollegarlo quando il carico è basso.Poiché il tempo del contattore deve essere preciso e il controllo è più complicato, può essere installato solo in fabbrica.

Il metodo migliore dipende dalla situazione in loco e dalle prestazioni dell'attrezzatura.

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