2.1 Generator i opterećenje
Generator se oslanja na regulator napona za kontrolu izlaznog napona. Regulator napona detektira trofazni izlazni napon i uspoređuje njegovu prosječnu vrijednost s potrebnom vrijednošću napona. Regulator izvlači energiju iz pomoćnog izvora napajanja unutar generatora, obično mali koaksijalni generator sa glavnim generatorom, i dovodi izvor istosmjerne struje do zavojnice uzbude magnetskog polja rotora generatora. Struja svitka raste ili pada, upravljajući rotirajućim magnetnim poljem statora zavojnice generatora ili veličinom elektromotorne sile EMF. Magnetski fluktuator zavojnice statora određuje izlazni napon generatora.
Unutrašnji otpor zavojnice statora generatora označen je sa Z, uključujući induktivne i otporne dijelove; elektromotorna sila generatora kojom upravlja rotaciona zavojnica je označena sa E sa izvorom izmjeničnog napona. Pod pretpostavkom da je opterećenje čisto induktivno, struja I zaostaje za naponom U točno za 90 ° električni fazni kut u vektorskom dijagramu. Ako je opterećenje čisto otporno, vektori U i I će se podudarati ili biti u fazi. U stvari, većina opterećenja je između čiste otporne i čisto induktivne. Pad napona uzrokovan strujom koja prolazi kroz zavojnicu statora predstavljen je vektorom napona I x Z. To je zapravo zbroj dva manja naponska vektora, pad napona u fazi sa I i pad napona induktora za 90 ° naprijed. U ovom slučaju, to se dešava u fazi sa U. Budući da elektromotorna sila mora biti jednaka zbiru napona pada unutrašnjeg otpora generatora i izlaznog napona, odnosno vektorske sume vektora E = U i I × Z. Regulator napona se mijenja E kako bi učinkovito kontrolirao napon U.
Sada razmotrite šta se dešava sa unutrašnjim uslovima generatora kada se koristi čisto kapacitivno opterećenje umesto čisto induktivnog opterećenja. Struja je u ovom trenutku upravo suprotna od induktivnog opterećenja. Struja I sada vodi naponski vektor U, a unutrašnji otporni napon vektor I × Z je takođe tačno invertovan. Tada je vektorska suma U i I × Z manja od U.
Budući da ista elektromotorna sila E u trenutku induktivnog opterećenja proizvodi veći izlazni napon generatora U kod kapacitivnog opterećenja, regulator napona mora značajno smanjiti rotirajuće magnetno polje. U stvari, regulator napona možda nema dovoljno opsega za potpuno regulisanje izlaznog napona. Kontinuirana ekscitacija rotora svih generatora u jednom smjeru sadrži permanentno magnetno polje. Čak i ako je naponski regulator potpuno zatvoren, rotor ima još dovoljno magnetskog polja za punjenje kapacitivnog opterećenja i generisanje napona. Ovaj fenomen se naziva "samo-ekscitacija". Rezultat samoubijanja je prekid naponskog ili naponskog regulatora, a nadzorni sistem generatora smatra se greškom regulatora napona (tj. "Bez struje"). U oba slučaja, generator će se zaustaviti. Opterećenje povezano na izlaz generatora može biti nezavisno ili paralelno, u zavisnosti od vremena i podešavanja automatskog rada ormara. U nekim aplikacijama, UPS sistem je prvo opterećenje koje se priključuje na generator tokom nestanka struje. U drugim slučajevima, UPS i mehaničko opterećenje su istovremeno spojeni. Mehaničko opterećenje obično ima startni kontaktor. Potrebno je određeno vrijeme da se ponovo zatvori nakon nestanka struje, a dolazi do kašnjenja u kompenzaciji induktivnog opterećenja motora kondenzatora ulaznog filtra UPS-a. Sam UPS ima vremenski period zvan "soft start", koji prebacuje opterećenje sa baterije na generator, povećavajući njegov faktor ulazne snage. Međutim, ulazni filteri UPS-a ne učestvuju u mekom pokretanju. Oni su priključeni na ulaz UPS-a kao dio UPS-a. Stoga, u nekim slučajevima, glavno opterećenje koje se prvo priključi na izlaz generatora kada se napajanje isključi je ulazni filter UPS-a. Oni su visoko kapacitivni (ponekad čisto kapacitivni).
Rešenje ovog problema je očigledno da se koristi korekcija faktora snage. Postoji nekoliko načina da to uradite, kao što sledi:
● Instalirajte kućište automatskog prekidača tako da je opterećenje motora povezano prije UPS-a. Neki prekidači možda neće moći da primene ovaj metod. Osim toga, inženjeri postrojenja možda će morati posebno izdvojiti UPS i generatore za vrijeme održavanja.
• Dodajte trajnu reaktivnu reaktivnost za kompenzaciju kapacitivnog opterećenja, obično koristeći paralelni reaktor koji je spojen na EG ili izlaznu paralelnu ploču generatora. To je lako implementirati i košta manje. Ali u slučaju velikog opterećenja ili niskog opterećenja, reaktor uvijek apsorbira struju i utječe na faktor snage opterećenja. I bez obzira na broj UPS-ova, broj reaktora je uvijek fiksan.
● Dodajte induktivni reaktor za svaki UPS kako biste kompenzirali kapacitivnu reaktanciju UPS-a. Ulaz reaktora (opcija) kontroliše ulaz reaktora u uvjetima niskog opterećenja. Ova metoda je preciznija, ali broj je velik i troškovi instalacije i kontrole su visoki.
● Postavite kontaktor ispred filter kondenzatora i isključite ga pri malom opterećenju. Budući da vrijeme kontaktora mora biti precizno, kontrola je komplicirana i može se instalirati samo u tvornici.
Koji metod je optimalan zavisi od situacije na terenu i performansi opreme.
2.2 Problem rezonancije
Problemi samoizlučivanja kondenzatora mogu biti otežani ili maskirani drugim električnim stanjima, kao što je serijska rezonanca. Kada je ohmska vrijednost induktivne reaktancije generatora i ohmska vrijednost kapacitivne reaktancije ulaznog filtera blizu jedna drugoj, a vrijednost otpora sustava je mala, pojavit će se oscilacija, a napon može biti veći od nominalne vrijednosti elektroenergetskog sistema. Novo dizajnirani UPS sistem je u suštini 100% kapacitivna ulazna impedancija. UPS od 500kVA može imati kapacitet od 150kvar i faktor snage blizu nule. Paralelni induktori, serijski prigušivači i ulazni izolacioni transformatori su uobičajene komponente UPS-a, a ove komponente su induktivne. U stvari, zajedno sa kapacitetom filtera, UPS je uglavnom kapacitivan i može doći do nekih oscilacija unutar UPS-a. Zajedno sa kapacitivnim karakteristikama dalekovoda koji su povezani sa UPS-om, kompleksnost cijelog sustava je znatno poboljšana, izvan opsega analiza koje mogu analizirati generalni inženjeri.
Dva dodatna faktora u ključnim aplikacijama nedavno su učinila ove probleme uobičajenijim. Prvo, proizvođači računarske opreme obezbjeđuju više redundantne ulazne snage u svojoj opremi, u zavisnosti od zahtjeva korisnika za pouzdanu obradu podataka. Tipični kompjuterski ormarići sada dolaze sa dva ili više kablova za napajanje. Drugo, menadžer opreme je zatražio od sistema da podrži održavanje na mreži, a oni su želeli da zaštite kritično opterećenje tokom održavanja UPS-a. Ova dva faktora povećavaju broj instalacija tipičnih UPS-ova podatkovnog centra i smanjuju kapacitet opterećenja svakog UPS-a. Međutim, povećanje generatora nije u skladu sa UPS-om. U očima menadžera opreme, generator je obično rezervan i lako se organizuje za održavanje. Takođe, u nekim velikim projektima, finansijski pritisak ograničava broj skupih agregata velike snage. Rezultat je da svaki generator ima više UPS-a, što je trend koji čini proizvođače UPS-a zadovoljnima i problemima proizvođača generatora.
Najbolja odbrana od samoubuke i oscilacije je osnovno znanje fizike. Inženjeri bi trebali pažljivo odrediti karakteristike faktora snage UPS sustava u svim uvjetima opterećenja. Nakon instalacije UPS opreme, vlasnik se mora pridržavati sveobuhvatnog testa i pažljivo mjeriti radne parametre cijelog sustava prilikom podešavanja testa. Kada se otkriju problemi, najbolje rješenje je uspostaviti projektni tim dobavljača, inženjera, izvođača i vlasnika kako bi u potpunosti testirali sustav i pronašli rješenja.
