2.1 Γεννήτρια και φορτίο
Η γεννήτρια βασίζεται σε έναν ρυθμιστή τάσης για τον έλεγχο της τάσης εξόδου. Ο ρυθμιστής τάσης ανιχνεύει την τριφασική τάση εξόδου και συγκρίνει τη μέση τιμή του με την απαιτούμενη τιμή τάσης. Ο ρυθμιστής αντλεί ενέργεια από μια βοηθητική πηγή ισχύος μέσα στη γεννήτρια, συνήθως μια μικρή γεννήτρια ομοαξονική με την κύρια γεννήτρια και παράγει μία πηγή ισχύος συνεχούς ρεύματος στο πηνίο διέγερσης μαγνητικού πεδίου του ρότορα γεννήτριας. Το ρεύμα του πηνίου αυξάνεται ή μειώνεται, ελέγχοντας το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του πηνίου στάτορα της γεννήτριας ή το μέγεθος της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης EMF. Η μαγνητική ροή του πηνίου του στάτη καθορίζει την τάση εξόδου της γεννήτριας.
Η εσωτερική αντίσταση του πηνίου στάτη γεννήτριας δηλώνεται από το Z, συμπεριλαμβανομένων των επαγωγικών και αντιστατικών τμημάτων. η ηλεκτροκινητική δύναμη της γεννήτριας που ελέγχεται από το πηνίο διέγερσης του δρομέα συμβολίζεται με την Ε με πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Υποθέτοντας ότι το φορτίο είναι καθαρά επαγωγικό, το ρεύμα Ι καθυστερεί την τάση U κατά ακριβώς 90 ° γωνία ηλεκτρικής φάσης στο διανυσματικό διάγραμμα. Εάν το φορτίο είναι καθαρά αντίσταση, οι φορείς του U και I θα συμπέσουν ή θα είναι σε φάση. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα φορτία είναι μεταξύ καθαρά αντιστάσεων και καθαρά επαγωγικών. Η πτώση τάσης που προκαλείται από το ρεύμα που διέρχεται από το πηνίο στάτορα αντιπροσωπεύεται από ένα διάνυσμα τάσης I x Z. Είναι στην πραγματικότητα το άθροισμα δύο μικρότερων διανυσμάτων τάσης, η πτώση τάσης στη φάση με Ι και η πτώση τάσης του επαγωγέα 90 ° μπροστά. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνει να βρίσκεται σε φάση με το U. Δεδομένου ότι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη πρέπει να είναι ίση με το άθροισμα της πτώσης τάσης της εσωτερικής αντίστασης της γεννήτριας και της τάσης εξόδου, δηλαδή το άθροισμα των φορέων E = U και I × Z. Ο ρυθμιστής τάσης αλλάζει το Ε για να ελέγχει αποτελεσματικά την τάση U.
Τώρα εξετάστε τι συμβαίνει με τις εσωτερικές συνθήκες της γεννήτριας όταν χρησιμοποιείται καθαρά χωρητικό φορτίο αντί για ένα καθαρά επαγωγικό φορτίο. Το ρεύμα αυτή τη στιγμή είναι ακριβώς το αντίθετο από το επαγωγικό φορτίο. Το ρεύμα οδηγεί τώρα το διάνυσμα τάσης U και το διάνυσμα πτώσης τάσης εσωτερικής αντίστασης I × Z αντιστρέφεται επίσης ακριβώς. Στη συνέχεια, το αθροιστικό διάνυσμα των U και I × Z είναι μικρότερο από το U.
Δεδομένου ότι η ίδια ηλεκτροκινητική δύναμη Ε κατά τη στιγμή του επαγωγικού φορτίου παράγει υψηλότερη τάση εξόδου γεννήτριας U στο χωρητικό φορτίο, ο ρυθμιστής τάσης πρέπει να μειώνει σημαντικά το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Στην πραγματικότητα, ο ρυθμιστής τάσης μπορεί να μην έχει επαρκές εύρος για να ρυθμίσει πλήρως την τάση εξόδου. Η συνεχής διέγερση του ρότορα όλων των γεννητριών σε μία κατεύθυνση περιέχει ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο. Ακόμη και αν ο ρυθμιστής τάσης είναι πλήρως κλειστός, ο ρότορας έχει ακόμα αρκετό μαγνητικό πεδίο για να φορτίσει το χωρητικό φορτίο και να δημιουργήσει τάση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «αυτο-διέγερση». Το αποτέλεσμα της αυτόματης διέγερσης είναι η διακοπή της υπέρτασης ή του ρυθμιστή τάσης και το σύστημα παρακολούθησης της γεννήτριας θεωρείται ότι είναι βλάβη του ρυθμιστή τάσης (δηλαδή, "απενεργοποιημένη"). Σε κάθε περίπτωση, η γεννήτρια θα σταματήσει. Το φορτίο που συνδέεται με την έξοδο της γεννήτριας μπορεί να είναι ανεξάρτητο ή παράλληλο, ανάλογα με το χρόνο και τις ρυθμίσεις της λειτουργίας αυτόματου πίνακα ελέγχου. Σε ορισμένες εφαρμογές, το σύστημα UPS είναι το πρώτο φορτίο που πρέπει να συνδεθεί στη γεννήτρια κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος. Σε άλλες περιπτώσεις, το UPS και το μηχανικό φορτίο συνδέονται ταυτόχρονα. Το μηχανικό φορτίο έχει συνήθως διακόπτη εκκίνησης. Χρειάζεται ορισμένος χρόνος για να κλείσει ξανά μετά από διακοπή ρεύματος και υπάρχει καθυστέρηση στην αντιστάθμιση του επαγωγικού φορτίου κινητήρα του πυκνωτή φίλτρου εισόδου UPS. Το ίδιο το UPS έχει ένα χρονικό διάστημα που ονομάζεται κύκλος "μαλακής εκκίνησης", ο οποίος μετακινεί το φορτίο από την μπαταρία στη γεννήτρια, αυξάνοντας τον συντελεστή ισχύος εισόδου. Ωστόσο, τα φίλτρα εισόδου του UPS δεν συμμετέχουν στη διαδικασία soft start. Συνδέονται με την είσοδο του UPS ως μέρος του UPS. Επομένως, σε ορισμένες περιπτώσεις, το κύριο φορτίο που συνδέεται πρώτα με την έξοδο της γεννήτριας όταν διακόπτεται η παροχή ρεύματος είναι το φίλτρο εισόδου του UPS. Είναι εξαιρετικά χωρητικό (μερικές φορές καθαρά χωρητικό).
Η λύση αυτού του προβλήματος είναι προφανώς η χρήση διόρθωσης παράγοντα ισχύος. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να γίνει αυτό, ως εξής:
● Εγκαταστήστε τον αυτόματο πίνακα διανομής έτσι ώστε το φορτίο του κινητήρα να είναι συνδεδεμένο πριν από το UPS. Ορισμένοι διακόπτες ενδέχεται να μην είναι σε θέση να εφαρμόσουν αυτήν τη μέθοδο. Επιπλέον, οι εργοστασιακοί μηχανικοί ίσως χρειαστεί να αναθέσουν ξεχωριστά UPS και γεννήτριες κατά τη διάρκεια της συντήρησης.
• Προσθέστε μια μόνιμη αντιδραστική αντίδραση για να αντισταθμίσετε το χωρητικό φορτίο, χρησιμοποιώντας συνήθως έναν αντιδραστήρα παράλληλης πληγής συνδεδεμένο στην παράλληλη πλακέτα εξόδου EG ή γεννήτριας. Αυτό είναι εύκολο να εφαρμοστεί και κοστίζει λιγότερο. Αλλά στην περίπτωση υψηλού φορτίου ή χαμηλού φορτίου, ο αντιδραστήρας απορροφά πάντα το ρεύμα και επηρεάζει το συντελεστή ισχύος φορτίου. Και ανεξάρτητα από τον αριθμό των UPS, ο αριθμός των αντιδραστήρων είναι πάντα σταθερός.
● Προσθέστε έναν επαγωγικό αντιδραστήρα σε κάθε UPS για να αντισταθμίσετε την χωρητική αντίδραση του UPS. Η είσοδος του αντιδραστήρα (επιλογή) ελέγχει την είσοδο του αντιδραστήρα υπό συνθήκες χαμηλού φορτίου. Αυτή η μέθοδος είναι πιο ακριβής, αλλά ο αριθμός είναι μεγάλος και το κόστος εγκατάστασης και ελέγχου είναι υψηλό.
● Τοποθετήστε τον επαφέα πριν τον πυκνωτή φίλτρου και αποσυνδέστε τον με χαμηλό φορτίο. Δεδομένου ότι ο χρόνος του επαφέα πρέπει να είναι ακριβής, ο έλεγχος είναι περίπλοκος και μπορεί να εγκατασταθεί μόνο στο εργοστάσιο.
Ποια μέθοδος είναι η βέλτιστη εξαρτάται από την κατάσταση στην τοποθεσία και την απόδοση του εξοπλισμού.
2.2 Πρόβλημα συντονισμού
Τα προβλήματα αυτοδιακοπής των πυκνωτών ενδέχεται να επιδεινωθούν ή να καλυφθούν από άλλες ηλεκτρικές καταστάσεις, όπως η συντονισμένη σειρά. Όταν η ωμική τιμή της επαγωγικής αντίστασης της γεννήτριας και η ωμική τιμή της χωρητικής αντίστασης του φίλτρου εισόδου είναι κοντά η μία στην άλλη και η τιμή αντίστασης του συστήματος είναι μικρή, θα υπάρξει ταλάντωση και η τάση μπορεί να υπερβεί την ονομαστική τιμή το σύστημα ισχύος. Το νεοδημιουργημένο σύστημα UPS είναι βασικά 100% χωρητική αντίσταση εισόδου. Ένα UPS 500kVA μπορεί να έχει χωρητικότητα 150kvar και συντελεστή ισχύος κοντά στο μηδέν. Οι παράλληλοι επαγωγείς, τα τσοκ σειράς και οι μετασχηματιστές απομόνωσης εισόδου είναι κοινά συστατικά στοιχεία του UPS και αυτά τα στοιχεία είναι επαγωγικά. Στην πραγματικότητα, μαζί με την χωρητικότητα του φίλτρου, το UPS είναι γενικά χωρητικό και μπορεί να υπάρχει κάποια ταλάντωση στο UPS. Σε συνδυασμό με τα χωρητικά χαρακτηριστικά της γραμμής μεταφοράς που συνδέεται με το UPS, η πολυπλοκότητα ολόκληρου του συστήματος βελτιώνεται σημαντικά, πέρα από το πεδίο της ανάλυσης που μπορούν να αναλυθούν από τους γενικούς μηχανικούς.
Δύο πρόσθετοι παράγοντες σε βασικές εφαρμογές έκαναν πρόσφατα αυτά τα προβλήματα πιο κοινά. Πρώτον, οι κατασκευαστές εξοπλισμού ηλεκτρονικών υπολογιστών παρέχουν περισσότερη πλεονάζουσα ισχύ στην συσκευή τους, ανάλογα με τις απαιτήσεις της υψηλής αξιοπιστίας επεξεργασίας δεδομένων του χρήστη. Τυπικά γραφεία ηλεκτρονικών υπολογιστών έρχονται τώρα με δύο ή περισσότερα καλώδια τροφοδοσίας. Δεύτερον, ο διαχειριστής εξοπλισμού ζήτησε από το σύστημα να υποστηρίξει την ηλεκτρονική συντήρηση και θέλησαν να προστατεύσουν το κρίσιμο φορτίο κατά τη διάρκεια της συντήρησης τερματισμού λειτουργίας του UPS. Αυτοί οι δύο παράγοντες αυξάνουν τον αριθμό των εγκαταστάσεων των τυπικών μονάδων UPS δεδομένων και μειώνουν την ικανότητα φόρτισης κάθε UPS. Ωστόσο, η αύξηση των γεννητριών δεν συμβαδίζει με την UPS. Στα μάτια του διαχειριστή του εξοπλισμού, η γεννήτρια είναι συνήθως εφεδρική και εύκολη στη συντήρηση. Επίσης σε μερικά μεγάλα έργα η οικονομική πίεση περιορίζει τον αριθμό των δαπανηρών γεννήτριων υψηλής ισχύος. Το αποτέλεσμα είναι ότι κάθε γεννήτρια έχει περισσότερη UPS, η οποία είναι μια τάση που κάνει τους κατασκευαστές UPS ευτυχείς και κατασκευαστές γεννήτρια πρόβλημα.
Η καλύτερη άμυνα κατά της αυτο-διέγερσης και της ταλάντωσης είναι η βασική γνώση της φυσικής. Οι μηχανικοί θα πρέπει να καθορίσουν προσεκτικά τα χαρακτηριστικά συντελεστή ισχύος του συστήματος UPS κάτω από όλες τις συνθήκες φορτίου. Αφού εγκατασταθεί ο εξοπλισμός UPS, ο ιδιοκτήτης πρέπει να συμμορφωθεί με τη συνολική δοκιμή και να μετρήσει προσεκτικά τις παραμέτρους λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος κατά τη ρύθμιση της δοκιμής. Όταν εντοπιστούν προβλήματα, η καλύτερη λύση είναι να δημιουργηθεί μια ομάδα έργων προμηθευτών, μηχανικών, εργολάβων και ιδιοκτητών για να δοκιμάσουν πλήρως το σύστημα και να βρουν λύσεις.
