Diesel Generator Set se ujema z UPS

Ta članek analizira in razlaga vpliv faktorja vhodne moči UPS in vhodnega filtra na generator električne energije da bi razjasnili vzrok težave in nato našli rešitev.

1. Usklajevanje med dizel generatorjem in UPS.

Proizvajalci in uporabniki sistemov za neprekinjeno napajanje že dolgo opažajo težave pri usklajevanju med generatorskimi sklopi in UPS-i, zlasti tokovni harmoniki, ki jih ustvarjajo usmerniki, se generirajo na napajalnih sistemih, kot so napetostni regulatorji generatorskih sklopov in sinhronizacijskih tokokrogov UPS-ov.Škodljivi učinki tega so zelo očitni.Zato so sistemski inženirji UPS zasnovali vhodni filter in ga uporabili za UPS ter uspešno nadzorovali tokovne harmonike v aplikaciji UPS.Ti filtri igrajo ključno vlogo pri združljivosti UPS in generatorskih sklopov.

Skoraj vsi vhodni filtri uporabljajo kondenzatorje in induktorje, da absorbirajo najbolj destruktivne tokovne harmonike na vhodu UPS.Zasnova vhodnega filtra upošteva odstotek največjega možnega skupnega harmoničnega popačenja, ki je del vezja UPS in pri polni obremenitvi.Druga prednost večine filtrov je izboljšanje faktorja vhodne moči obremenjenega UPS-a.Druga posledica uporabe vhodnega filtra pa je zmanjšanje splošne učinkovitosti UPS-a.Večina filtrov porabi približno 1 % energije UPS.Zasnova vhodnega filtra vedno išče ravnovesje med ugodnimi in neugodnimi dejavniki.

Da bi čim bolj izboljšali učinkovitost sistema UPS, so inženirji UPS pred kratkim izboljšali porabo energije vhodnega filtra.Izboljšanje učinkovitosti filtra je v veliki meri odvisno od uporabe tehnologije IGBT (Tranzistor z izoliranimi vrati) pri zasnovi UPS.Visoka učinkovitost IGBT pretvornika je vodila do preoblikovanja UPS-a.Vhodni filter lahko absorbira nekaj tokovnih harmonikov, medtem ko absorbira majhen del delovne moči.Skratka, zmanjša se razmerje med induktivnimi in kapacitivnimi faktorji v filtru, zmanjša se prostornina UPS-a in izboljša učinkovitost.Zdi se, da so stvari na področju UPS rešene, vendar se je ponovno pojavila združljivost novega problema z generatorjem, ki je nadomestil stari problem.

2. Problem resonance.

Problem samovzbujanja kondenzatorja lahko poslabšajo ali prikrijejo drugi električni pogoji, kot je serijska resonanca.Ko sta ohmska vrednost induktivne reaktanse generatorja in ohmska vrednost kapacitivnega reaktanca vhodnega filtra blizu druga drugi in je vrednost upora sistema majhna, bo prišlo do nihanja in napetost lahko preseže nazivno vrednost moči sistem.Na novo zasnovan sistem UPS je v bistvu 100-odstotna kapacitivna vhodna impedanca.500 kVA UPS ima lahko kapacitivnost 150 kvar in faktor moči blizu nič.Shunt induktorji, serijske dušilke in vhodni izolacijski transformatorji so običajne komponente UPS in vse te komponente so induktivne.Pravzaprav se zaradi njih in kapacitivnosti filtra UPS kot celota obnaša enako kapacitivno in lahko že pride do nekaterih nihanj znotraj UPS-a.Skupaj s kapacitivnimi značilnostmi električnih vodov, povezanih z UPS, se kompleksnost celotnega sistema močno poveča, kar presega obseg analize običajnih inženirjev.

3. Dizel generator in obremenitev.

Dizel generatorji se zanašajo na napetostni regulator za nadzor izhodne napetosti.Regulator napetosti zazna trifazno izhodno napetost in primerja njeno povprečno vrednost z zahtevano vrednostjo napetosti.Regulator pridobiva energijo iz pomožnega vira energije znotraj generatorja, običajno majhnega generatorja, koaksialnega z glavnim generatorjem, in prenaša enosmerno moč na tuljavo vzbujanja magnetnega polja rotorja generatorja.Tok tuljave narašča ali pada, da nadzoruje rotacijsko magnetno polje tuljava statorja generatorja , ali velikost elektromotorne sile EMF.Magnetni pretok statorske tuljave določa izhodno napetost generatorja.

Notranji upor statorske tuljave dizel generatorskega agregata je predstavljen z Z, vključno z induktivnimi in uporovnimi deli;elektromotorna sila generatorja, ki ga krmili vzbujalna tuljava rotorja, je predstavljena z E z virom izmenične napetosti.Ob predpostavki, da je obremenitev popolnoma induktivna, tok I zaostaja za napetostjo U za točno 90° električnega faznega kota v vektorskem diagramu.Če je obremenitev zgolj uporovna, bosta vektorja U in I sovpadala ali bila v fazi.Pravzaprav je večina obremenitev med čisto uporovnimi in čisto induktivnimi.Padec napetosti, ki ga povzroči tok skozi statorsko tuljavo, je predstavljen z napetostnim vektorjem I×Z.Pravzaprav je vsota dveh manjših vektorjev napetosti, padca napetosti upora v fazi z I in padca napetosti induktorja za 90° naprej.V tem primeru se zgodi, da je v fazi z U. Ker mora biti elektromotorna sila enaka vsoti padca napetosti notranjega upora generatorja in izhodne napetosti, to je vektorska vsota vektorja E=U in I×Z.Regulator napetosti lahko učinkovito nadzoruje napetost U s spreminjanjem E.

Zdaj razmislite, kaj se zgodi z notranjimi pogoji generatorja, ko se namesto čisto induktivnega bremena uporabi čisto kapacitivno breme.Tok je v tem trenutku ravno nasproten induktivni obremenitvi.Tok I zdaj vodi vektor napetosti U, notranji uporni vektor padca napetosti I × Z pa je prav tako v nasprotni fazi.Potem je vektorska vsota U in I×Z manjša od U.

Ker enaka elektromotorna sila E kot pri induktivnem bremenu povzroči višjo izhodno napetost generatorja U pri kapacitivnem bremenu, mora regulator napetosti bistveno zmanjšati rotacijsko magnetno polje.Pravzaprav regulator napetosti morda nima dovolj razpona za popolno regulacijo izhodne napetosti.Rotorji vseh generatorjev so stalno vzbujeni v eno smer in vsebujejo stalno magnetno polje.Tudi če je regulator napetosti popolnoma zaprt, ima rotor še vedno dovolj magnetnega polja za polnjenje kapacitivnega bremena in ustvarjanje napetosti.Ta pojav se imenuje "samovzbujanje".Posledica samovzbujanja je prenapetost ali izklop napetostnega regulatorja, nadzorni sistem generatorja pa to šteje za okvaro napetostnega regulatorja (tj. »izguba vzbujanja«).Vsak od teh pogojev bo povzročil zaustavitev generatorja.Obremenitev, povezana z izhodom generatorja, je lahko neodvisna ali vzporedna, odvisno od časa in nastavitve avtomatske stikalne omare.V nekaterih aplikacijah je sistem UPS prvo breme, priključeno na generator med izpadom električne energije.V drugih primerih sta UPS in mehanska obremenitev povezana istočasno.Mehanska obremenitev ima običajno zagonski kontaktor, po izpadu električne energije pa je potreben določen čas za ponovno zapiranje.Obstaja zakasnitev pri kompenzaciji obremenitve induktivnega motorja kondenzatorja vhodnega filtra UPS.Sam UPS ima časovno obdobje, imenovano "mehki zagon", ki preusmeri obremenitev z baterije na generator, da poveča svoj faktor vhodne moči.Vendar pa vhodni filtri UPS ne sodelujejo v procesu mehkega zagona.Priključeni so na vhodni konec UPS-a kot del UPS-a.Zato je v nekaterih primerih glavna obremenitev, ki je med izpadom električne energije najprej priključena na izhod generatorja, vhodni filter UPS-a.So visoko kapacitivni (včasih povsem kapacitivni).

Rešitev tega problema je očitno uporaba korekcije faktorja moči.To lahko dosežete na več načinov, približno takole:

1. Namestite avtomatsko stikalno omarico, da bo obremenitev motorja priključena pred UPS.Nekatere stikalne omare morda ne bodo mogle izvesti te metode.Poleg tega bodo inženirji med vzdrževanjem morda morali ločeno odpravljati napake UPS in generatorjev.

2. Dodajte trajno reaktivno reaktanco za kompenzacijo kapacitivne obremenitve, običajno z uporabo reaktorja z vzporednim navitjem, priključenega na vzporedno ploščo EG ali izhod generatorja.To je zelo enostavno doseči, stroški pa so nizki.Toda ne glede na visoko ali nizko obremenitev, reaktor vedno absorbira tok in vpliva na faktor moči obremenitve.In ne glede na število UPS, je število reaktorjev vedno fiksno.

3. Namestite induktivni reaktor v vsak UPS, da samo kompenzirate kapacitivno reaktanco UPS-a.V primeru nizke obremenitve kontaktor (opcijsko) krmili vhod reaktorja.Ta metoda reaktorja je natančnejša, vendar je število veliko, stroški namestitve in nadzora pa visoki.

4. Namestite kontaktor pred filtrirni kondenzator in ga odklopite, ko je obremenitev majhna.Ker mora biti čas kontaktorja natančen in je krmiljenje bolj zapleteno, ga je možno vgraditi samo v tovarni.

Katera metoda je najboljša, je odvisno od situacije na kraju samem in zmogljivosti opreme.

Če želite izvedeti več o dizelskih generatorjih, se posvetujte z Dingbo Power po e-pošti dingbo@dieselgeneratortech.com in kadarkoli vam bomo na voljo.