2.1 Generator og belastning
Generatoren er afhængig af en spændingsregulator for at styre udgangsspændingen. Spændingsregulatoren detekterer trefaset udgangsspænding og sammenligner dens gennemsnitsværdi med den nødvendige spændingsværdi. Regulatoren trækker energi fra en hjælpekilde i generatoren, typisk en lille generator, der er koaksial med hovedgeneratoren, og leverer en DC-strømkilde til magnetrotorens excitationsspole på generatorrotoren. Spole strømmen stiger eller falder, styring af det roterende magnetfelt af generatorens stator spole eller størrelsen af den elektromotoriske kraft EMF. Den magnetiske flux af statorspolen bestemmer generatorens udgangsspænding.
Den interne modstand af generatorens statorspole er betegnet med Z, inklusiv de induktive og resistive dele; generatorens elektromotoriske kraft styret af rotor excitationsspolen er betegnet med E med en vekselstrømskilde. Forudsat at belastningen er rent induktiv, lagrer strømmen spændingen U ved nøjagtigt 90 ° elektrisk fase vinkel i vektordiagrammet. Hvis belastningen er rent resistiv, vil vektorerne af U og jeg falde sammen eller være i fase. Faktisk er de fleste belastninger mellem rene resistive og rent induktive. Spændingsfaldet forårsaget af strømmen, der passerer gennem statorspolen, er repræsenteret ved en spændingsvektor I x Z. Det er faktisk summen af to mindre spændingsvektorer, spændingsfaldet i fase med I og spolefaldet 90 ° forfra. I dette tilfælde forekommer det at være i fase med U. Da den elektromotoriske kraft skal være lig med summen af spændingsfaldet af generatorens indre modstand og udgangsspændingen, dvs. vektorsummen af vektorerne E = U og I × Z. Spændingsregulatoren ændrer E for effektivt at styre spændingen U.
Nu overveje, hvad der sker med generatorens interne forhold, når der anvendes en rent kapacitiv belastning i stedet for en rent induktiv belastning. Strømmen på dette tidspunkt er nøjagtigt det modsatte af den induktive belastning. Nuværende strøm fører jeg nu spændingsvektoren U, og den interne modstandsspændingsfaldvektor I × Z er også nøjagtigt inverteret. Derefter er vektorsummen af U og I × Z mindre end U.
Eftersom den samme elektromotoriske kraft E på tidspunktet for induktiv belastning frembringer en højere generatorudgangsspænding U ved den kapacitive belastning, skal spændingsregulatoren væsentligt reducere det roterende magnetfelt. Faktisk kan spændingsregulatoren muligvis ikke have tilstrækkelig rækkevidde til fuldt ud at regulere udgangsspændingen. Den kontinuerlige excitation af rotoren af alle generatorer i en retning indeholder et permanent magnetfelt. Selvom spændingsregulatoren er helt lukket, har rotoren stadig tilstrækkeligt magnetfelt til at oplade den kapacitive belastning og generere en spænding. Dette fænomen kaldes "self excitation". Resultatet af selvstimulering er overspænding eller spændingsregulatorstop, og generatorens overvågningssystem anses for at være en spændingsregulatorfejl (dvs. "deaktiveret"). I begge tilfælde vil generatoren stoppe. Den belastning, der er forbundet med generatorens udgang, kan være uafhængig eller parallel, afhængigt af timingen og indstillingerne for den automatiske omskifterbetjening. I nogle applikationer er UPS-systemet den første belastning, der skal tilsluttes generatoren under en strømafbrydelse. I andre tilfælde er UPS og mekanisk belastning tilsluttet samtidigt. Den mekaniske belastning har sædvanligvis en startkontaktor. Det tager en vis tid at genlukkes efter strømsvigt, og der er en forsinkelse med at kompensere for den induktive motorbelastning af UPS-indgangsfilterkondensatoren. UPS'en selv har en tidsperiode kaldet "soft start" -cyklussen, som skifter belastningen fra batteriet til generatoren og øger dens indgangseffektfaktor. UPS-indgangsfiltrene deltager imidlertid ikke i soft start-processen. De er forbundet til UPS'ens indgang som en del af UPS'en. Derfor er i nogle tilfælde den primære belastning, der først er forbundet med generatorens udgang, når strømmen er afbrudt, UPS'ens indgangssignal. De er meget kapacitive (nogle gange rent kapacitive).
Løsningen på dette problem er naturligvis at bruge strømfaktorkorrektion. Der er flere måder at gøre dette på som følger:
● Installer det automatiske skabet, så motorbelastningen er tilsluttet før UPS'en. Nogle omskiftere kan muligvis ikke implementere denne metode. Desuden kan anlægsingeniører nødt til separat at bestilte UPS og generatorer under vedligeholdelse.
• Tilsæt en permanent reaktiv reaktans for at kompensere for den kapacitive belastning, sædvanligvis ved hjælp af en parallel sårreaktor forbundet til EG eller generatorudgangspartiet. Dette er let at implementere og koster mindre. Men i tilfælde af høj belastning eller lav belastning absorberer reaktoren altid strøm og påvirker belastningskraftfaktoren. Og uanset antallet af UPS'er er antallet af reaktorer altid fast.
● Tilsæt en induktiv reaktor til hver UPS for at kompensere for UPS'ens kapacitive reaktans. Reaktorindgangen (ekstraudstyr) styrer reaktorens indgang under lave belastningsforhold. Denne metode er mere præcis, men tallet er stort, og omkostningerne ved installation og kontrol er høje.
● Installer kontaktoren før filterkondensatoren og frakobl den ved lav belastning. Da kontaktorens tid skal være præcis, er kontrollen kompliceret og kan kun installeres på fabrikken.
Hvilken metode er optimal afhænger af situationen på stedet og udførelsen af udstyret.
2.2 Resonans problem
Selvstændige excitationsproblemer med kondensator kan forværres eller maskeres af andre elektriske tilstande, såsom serieresonans. Når den ohmske værdi af generatorens induktive reaktans og den ohmiske værdi af indgangsfilters kapacitive reaktans er tæt på hinanden, og systemets modstandsværdi er lille, vil der forekomme oscillation, og spændingen kan overstige nominelværdien af elsystemet. Det nyudviklede UPS-system er i det væsentlige 100% kapacitiv indgangsimpedans. En 500kVA UPS kan have en kapacitans på 150kvar og en effektfaktor tæt på nul. Parallelle induktorer, seriechokes og input isolationstransformatorer er fælles komponenter i UPS, og disse komponenter er induktive. Faktisk sammen med filterets kapacitans er UPS generelt kapacitiv, og der kan være noget svingning inde i UPS'en. Sammen med de kapacitive egenskaber ved transmissionsledningen forbundet til UPS'en forbedres kompleksiteten af hele systemet væsentligt ud over analysens omfang, der kan analyseres af generelle ingeniører.
To yderligere faktorer i nøgleapplikationer har for nylig gjort disse problemer mere almindelige. For det første leverer computerudstyrsfabrikanter mere overflødig strømindgang i deres udstyr afhængigt af kravene til brugerens yderst pålidelige databehandling. Typiske computerskabe leveres nu med to eller flere netledninger. For det andet bad udstyrshåndteringen systemet om at understøtte online vedligeholdelse, og de ønskede at beskytte den kritiske belastning under UPS-afbrydelsesvedligeholdelse. Disse to faktorer øger antallet af installationer af typiske datacenter UPS'er og reducerer belastningskapaciteten for hver UPS. Imidlertid er stigningen i generatorer ikke i overensstemmelse med UPS. I udstyrshåndteringens øjne er generatoren sædvanligvis ledig og nem at sørge for vedligeholdelse. Også i nogle store projekter begrænser det økonomiske pres antallet af dyre kraftaggregatssæt. Resultatet er, at hver generator har flere UPS, hvilket er en trend, der gør UPS-producenterne lykkelige og generatørproducenten problemer.
Det bedste forsvar mod self-excitation og oscillation er den grundlæggende viden om fysik. Ingeniører skal omhyggeligt bestemme strømfaktoregenskaberne for UPS-systemet under alle belastningsforhold. Når UPS-udstyret er installeret, skal ejeren overholde den omfattende test og omhyggeligt måle arbejdsparametrene for hele systemet, når testen justeres. Når der opdages problemer, er den bedste løsning at oprette et projektteam af leverandører, ingeniører, entreprenører og ejere for fuldt ud at teste systemet og finde løsninger.
