2.1 Generator in obremenitev
Generator se opira na napetostni regulator, ki nadzoruje izhodno napetost. Napetostni regulator zazna trifazno izhodno napetost in primerja svojo povprečno vrednost z zahtevano vrednostjo napetosti. Regulator porabi energijo iz pomožnega vira generatorja, običajno majhnega koaksialnega generatorja z glavnim generatorjem in prenaša vir energije enosmerne energije na magnetno polje vzbujalne tuljave rotorja generatorja. Tok tuljave dviga ali pade, nadzira rotirajoče magnetno polje statorske tuljave generatorja ali obseg elektromotorne sile EMF. Magnetni tok statorske tuljave določa izhodno napetost generatorja.
Notranjo upornost statorske tuljave generatorja označuje z Z, vključno z induktivnimi in uporovnimi deli; generatorska elektromotorna sila, ki jo uravnava vzbujalna tuljava rotorja, označuje z E z napetostnim virom AC. Ob predpostavki, da je obremenitev čisto induktivna, tok zapremo napetost U za natančno 90 ° električni fazni kot v vektorskem diagramu. Če je breme povsem uporovno, bodo vektorji U in I sovpadali ali pa bodo v fazi. Dejansko je večina obremenitev med čisto uporovnim in povsem induktivnim. Padec napetosti, ki ga povzroča tok skozi tuljavo statorja, predstavlja napetostni vektor I x Z. Pravzaprav je vsota dveh manjših napetostnih vektorjev, padca napetosti v fazi z I in padca napetosti induktorja 90 ° naprej. V tem primeru je v fazi z U. Ker mora biti elektromotorna sila enaka vsoti padca napetosti notranjega upora generatorja in izhodne napetosti, to je vektorski vsoti vektorjev E = U in I × Z. Regulator napetosti spremeni E, da učinkovito nadzoruje napetost U.
Zdaj premislite, kaj se zgodi z notranjimi pogoji generatorja, ko se uporablja zgolj kapacitivna obremenitev namesto povsem induktivnega bremena. Tok v tem trenutku je ravno nasprotno od induktivne obremenitve. Tok I zdaj vodi napetostni vektor U, notranji upor napetosti napetosti I × Z pa je prav tako precenjen. Nato je vsota vektorja U in I × Z manjša od U.
Ker enaka elektromotorna sila E v času induktivne obremenitve proizvede višjo generatorsko izhodno napetost U pri kapacitivni obremenitvi, mora regulator napetosti znatno zmanjšati vrtljivo magnetno polje. Pravzaprav regulator napetosti morda ne bo imel dovolj prostora, da bi v celoti reguliral izhodno napetost. Nepretrgano vzbujanje rotorja vseh generatorjev v eni smeri vsebuje trajno magnetno polje. Tudi če je napetostni regulator popolnoma zaprt, ima rotor še vedno dovolj magnetnega polja, da napolni kapacitivno obremenitev in ustvari napetost. Ta pojav se imenuje "samo-vzburjenost". Rezultat samosveščenja je izklop napetosti ali napetostnega regulatorja, generatorski nadzorni sistem pa napako regulator napetosti (tj. "Odklopljen"). V vsakem primeru se generator ustavi. Obremenitev, povezana z izhodom generatorja, je lahko neodvisna ali vzporedna, odvisno od časa in nastavitev delovanja samodejne stikalne omare. V nekaterih aplikacijah je sistem UPS prvi obremenitev, ki se priključi na generator med izpadom električne energije. V drugih primerih so UPS in mehanska obremenitev sočasno povezani. Mehanska obremenitev ima običajno izhodni kontaktor. Potrebno je nekaj časa, da ponovno zaprete po izpadu električne energije, in obstaja zamuda pri kompenzaciji induktivne obremenitve motorja kondenzatorja vstopnega filtra. Sam sam UPS ima časovno obdobje, imenovan cikel "mehki zagon", ki premakne obremenitev iz akumulatorja v generator, povečuje svoj faktor vhodne moči. Vendar vhodni filtri UPS ne sodelujejo v postopku mehkega zagona. Povezani so z vhodom UPS-ja kot del UPS-ja. Zato je v nekaterih primerih glavna obremenitev, ki je najprej povezana z izhodom generatorja, ko je moč odrezana, vhodni filter UPS-ja. Zelo so kapacitivni (včasih zgolj kapacitivni).
Rešitev tega problema je očitno, da uporabimo korekcijo faktorja moči. To lahko storite na več načinov:
● Namestite avtomatsko stikalno omarico, tako da je obremenitev motorja priključena pred UPS. Nekateri preklopniki morda ne bodo mogli izvajati te metode. Poleg tega bodo morda morali inženirji v obratu med vzdrževanjem naročiti ločeno naročanje UPS in generatorjev.
• Dodajte trajno reaktivno reaktanco, ki kompenzira kapacitivno obremenitev, običajno z reaktorjem, ki je vzporeden z navijalom, priključenim na EG ali generatorsko izhodno vzporedno ploščo. To je enostavno izvedljivo in manj strošek. Toda v primeru visoke obremenitve ali nizke obremenitve, reaktor vedno absorbira tok in vpliva na faktor moči tovora. In ne glede na število UPS-jev, je število reaktorjev vedno določeno.
● Za vsak UPS dodajte indukcijski reaktor za kompenzacijo kapacitivnega reaktansa UPS-ja. Reaktorski vhod (opcija) nadzoruje vhod reaktorja v razmerah nizke obremenitve. Ta metoda je natančnejša, vendar je število veliko in stroški namestitve in nadzora so visoki.
● Namestite kontaktor pred kondenzator filtra in ga odklopite pri nizki obremenitvi. Ker mora biti čas kontaktorja natančen, je krmiljenje zapleteno in ga je mogoče namestiti samo v tovarni.
Katera metoda je optimalna, je odvisna od razmer na mestu in učinkovitosti opreme.
2.2 Resonančna težava
Težave s samo-vzbujanjem kondenzatorja lahko otežijo ali prikrijejo druga električna stanja, kot je serijska resonanca. Ko je ohmska vrednost induktivnega reaktanta generatorja in ohmska vrednost kapacitivnega reaktivnega vhodnega filtra blizu ene druge in je vrednost upora sistema majhna, se bo pojavilo nihanje in napetost lahko presega nazivno vrednost elektroenergetski sistem. Na novo zasnovan sistem UPS je v bistvu 100% kapacitivna vhodna impedanca. 500 kVA UPS ima lahko kapacitivnost 150kvar in faktor moči blizu nič. Vzporedne induktorje, serijske dušilke in vhodni izolacijski transformatorji so običajne komponente UPS in te komponente so induktivne. Pravzaprav je skupaj s kapacitivnostjo filtra UPS praviloma kapacitiven, v notranjosti UPS pa lahko pride do nekaj nihanj. Skupaj s kapacitivnimi značilnostmi prenosnega voda, priključenega na UPS, se kompleksnost celotnega sistema močno izboljša, zunaj obsega analize, ki jo lahko analizirajo splošni inženirji.
Dva dodatna dejavnika v ključnih aplikacijah sta v zadnjem času povzročila te težave. Prvič, proizvajalci računalniške opreme zagotavljajo večjo odvečno porabo energije v svoji opremi, odvisno od zahtev uporabnikovove zelo zanesljive obdelave podatkov. Tipične računalniške omarice imajo zdaj dva ali več napajalnih kablov. Drugič, upravitelj opreme je pozval sistem, naj podpira vzdrževanje na spletu in želeli so zaščititi kritično obremenitev med vzdrževanjem UPS-a. Ti dve faktorji povečata število instalacij tipičnih UPS-jev podatkovnega centra in zmanjšata nosilnost vsakega UPS-ja. Vendar povečanje generatorjev ni v skladu z UPS. V očeh upravitelja opreme je generator običajno prihranek in enostaven za vzdrževanje. Tudi v nekaterih velikih projektih finančni pritisk omejuje število dragih visokonapetostnih agregatov. Rezultat tega je, da ima vsak generator več UPS, kar je trend, zaradi katerega so proizvajalci UPS-a zadovoljni in povzročajo težave proizvajalcem.
Najboljša obramba pred samoizvajanjem in nihanjem je osnovno znanje fizike. Inženirji morajo skrbno določiti značilnosti faktorja moči sistema UPS v vseh pogojih obremenitve. Ko je nameščena oprema UPS, se mora lastnik držati celovitega testa in skrbno izmeriti delovne parametre celotnega sistema pri prilagajanju testa. Ko odkrijete težave, je najboljša rešitev ustanovitev projektne skupine prodajalcev, inženirjev, izvajalcev in lastnikov, da v celoti preizkusijo sistem in najdejo rešitve.
