O conjunto gerador a diesel é compatível com UPS

Este artigo analisa e explica o impacto do fator de potência de entrada e do filtro de entrada do UPS no gerador de energia a fim de esclarecer a causa do problema e, em seguida, encontrar uma solução.

1. Coordenação entre grupo gerador a diesel e UPS.

Fabricantes e usuários de sistemas de fornecimento de energia ininterrupta há muito notam os problemas de coordenação entre grupos geradores e UPS, especialmente os harmônicos de corrente gerados por retificadores são gerados em sistemas de fornecimento de energia, como reguladores de tensão de grupos geradores e circuitos de sincronização de UPS.Os efeitos adversos disso são muito óbvios.Portanto, os engenheiros do sistema UPS projetaram o filtro de entrada e o aplicaram ao UPS, controlando com sucesso os harmônicos de corrente no aplicativo UPS.Esses filtros desempenham um papel fundamental na compatibilidade de UPS e grupos geradores.

Praticamente todos os filtros de entrada usam capacitores e indutores para absorver os harmônicos de corrente mais destrutivos na entrada do UPS.O projeto do filtro de entrada leva em consideração a porcentagem da distorção harmônica total máxima possível inerente ao circuito UPS e sob carga total.Outro benefício da maioria dos filtros é melhorar o fator de potência de entrada do no-break carregado.No entanto, outra consequência da aplicação do filtro de entrada é reduzir a eficiência geral do no-break.A maioria dos filtros consome cerca de 1% da energia do no-break.O projeto do filtro de entrada sempre busca um equilíbrio entre fatores favoráveis ​​e desfavoráveis.

Para melhorar a eficiência do sistema UPS tanto quanto possível, os engenheiros da UPS fizeram recentemente melhorias no consumo de energia do filtro de entrada.A melhoria da eficiência do filtro depende em grande parte da aplicação da tecnologia IGBT (transistor de porta isolada) ao design do no-break.A alta eficiência do inversor IGBT levou a um redesenho do UPS.O filtro de entrada pode absorver alguns harmônicos de corrente enquanto absorve uma pequena parte da potência ativa.Resumindo, a proporção de fatores indutivos para fatores capacitivos no filtro é reduzida, o volume do UPS é reduzido e a eficiência é melhorada.As coisas no campo UPS parecem ter sido resolvidas, mas a compatibilidade do novo problema com o gerador apareceu novamente, substituindo o antigo problema.

2. Problema de ressonância.

O problema da auto-excitação do capacitor pode ser agravado ou mascarado por outras condições elétricas, como ressonância em série.Quando o valor ôhmico da reatância indutiva do gerador e o valor ôhmico da reatância capacitiva do filtro de entrada estiverem próximos um do outro e o valor da resistência do sistema for pequeno, ocorrerá oscilação e a tensão poderá exceder o valor nominal da potência sistema.O recém-projetado sistema UPS é essencialmente 100% de impedância de entrada capacitiva.Uma UPS de 500kVA pode ter uma capacitância de 150kvar e um fator de potência próximo de zero.Indutores shunt, indutores em série e transformadores de isolamento de entrada são componentes convencionais do no-break, e esses componentes são todos indutivos.Na verdade, eles e a capacitância do filtro juntos fazem com que o no-break se comporte como um todo capacitivo, podendo já haver algumas oscilações dentro do no-break.Juntamente com as características capacitivas das linhas de energia conectadas ao no-break, a complexidade de todo o sistema aumenta consideravelmente, além do escopo da análise de engenheiros comuns.

3. Grupo gerador a diesel e carga.

Os grupos geradores a diesel dependem de um regulador de tensão para controlar a tensão de saída.O regulador de tensão detecta a tensão de saída trifásica e compara seu valor médio com o valor de tensão necessário.O regulador obtém energia da fonte de energia auxiliar dentro do gerador, geralmente um pequeno gerador coaxial com o gerador principal, e transmite energia DC para a bobina de excitação do campo magnético do rotor do gerador.A corrente da bobina sobe ou desce para controlar o campo magnético rotativo do bobina do estator do gerador , ou o tamanho da força eletromotriz EMF.O fluxo magnético da bobina do estator determina a tensão de saída do gerador.

A resistência interna da bobina do estator de um grupo gerador a diesel é representada por Z, incluindo as partes indutiva e resistiva;a força eletromotriz do gerador controlada pela bobina de excitação do rotor é representada por E por uma fonte de tensão AC.Assumindo que a carga é puramente indutiva, a corrente I está atrasada em relação à tensão U em exatamente 90° de ângulo de fase elétrica no diagrama vetorial.Se a carga for puramente resistiva, os vetores de U e I coincidirão ou estarão em fase.Na verdade, a maioria das cargas está entre puramente resistiva e puramente indutiva.A queda de tensão causada pela corrente que passa pela bobina do estator é representada pelo vetor de tensão I×Z.Na verdade, é a soma de dois vetores de tensão menores, a queda de tensão da resistência em fase com I e a queda de tensão do indutor 90° à frente.Nesse caso, ele está em fase com U. Porque a força eletromotriz deve ser igual à soma da queda de tensão da resistência interna do gerador e da tensão de saída, ou seja, a soma vetorial do vetor E=U e I×Z.O regulador de tensão pode efetivamente controlar a tensão U alterando E.

Agora considere o que acontece com as condições internas do gerador quando uma carga puramente capacitiva é usada em vez de uma carga puramente indutiva.A corrente neste momento é exatamente o oposto da carga indutiva.A corrente I agora lidera o vetor de tensão U e o vetor de queda de tensão de resistência interna I × Z também está na fase oposta.Então a soma vetorial de U e I×Z é menor que U.

Uma vez que a mesma força eletromotriz E na carga indutiva produz uma tensão de saída do gerador mais alta U na carga capacitiva, o regulador de tensão deve reduzir significativamente o campo magnético rotativo.Na verdade, o regulador de tensão pode não ter alcance suficiente para regular totalmente a tensão de saída.Os rotores de todos os geradores são continuamente excitados em uma direção e contêm um campo magnético permanente.Mesmo que o regulador de tensão esteja totalmente fechado, o rotor ainda possui campo magnético suficiente para carregar a carga capacitiva e gerar tensão.Este fenômeno é chamado de "auto-excitação".O resultado da auto-excitação é uma sobretensão ou desligamento do regulador de tensão, e o sistema de monitoramento do gerador considera uma falha do regulador de tensão (ou seja, "perda de excitação").Qualquer uma dessas condições fará com que o gerador pare.A carga conectada à saída do gerador pode ser independente ou paralela, dependendo do tempo e configuração do gabinete de comutação automática.Em algumas aplicações, o sistema UPS é a primeira carga conectada ao gerador durante uma falha de energia.Em outros casos, UPS e carga mecânica são conectados ao mesmo tempo.A carga mecânica geralmente possui um contator de partida e leva um certo tempo para religar após uma falha de energia.Há um atraso na compensação da carga do motor indutivo do capacitor do filtro de entrada do UPS.A própria UPS possui um período de tempo denominado "soft start", que transfere a carga da bateria para o gerador para aumentar seu fator de potência de entrada.No entanto, os filtros de entrada do no-break não participam do processo de inicialização suave.Eles são conectados à extremidade de entrada do no-break como parte do no-break.Portanto, em alguns casos, a primeira carga conectada à saída do gerador durante uma falha de energia é o filtro de entrada do UPS.Eles são altamente capacitivos (às vezes puramente capacitivos).

A solução para este problema é obviamente usar a correção do fator de potência.Existem muitas maneiras de conseguir isso, mais ou menos da seguinte forma:

1. Instale um gabinete de comutação automática para fazer a carga do motor conectada antes do UPS.Alguns armários de distribuição podem não ser capazes de implementar este método.Além disso, durante a manutenção, os engenheiros da fábrica podem precisar depurar UPS e geradores separadamente.

2. Adicione uma reatância reativa permanente para compensar a carga capacitiva, geralmente usando um reator de enrolamento paralelo, conectado à placa paralela de saída do EG ou do gerador.Isso é muito fácil de conseguir e o custo é baixo.Mas não importa se a carga é alta ou baixa, o reator está sempre absorvendo corrente e afetando o fator de potência da carga.E independentemente do número de UPS, o número de reatores é sempre fixo.

3. Instale um reator indutivo em cada UPS para compensar apenas a reatância capacitiva do UPS.No caso de carga baixa, o contator (opcional) controla a entrada do reator.Este método de reator é mais preciso, mas o número é grande e o custo de instalação e controle é alto.

4. Instale um contator na frente do capacitor do filtro e desconecte-o quando a carga estiver baixa.Como o tempo do contator deve ser preciso e o controle é mais complicado, ele só pode ser instalado na fábrica.

Qual método é o melhor depende da situação no local e do desempenho do equipamento.

Se você quiser saber mais sobre geradores a diesel, consulte a Dingbo Power pelo e-mail dingbo@dieselgeneratortech.com, e estaremos à sua disposição a qualquer momento.