2.1 Generaattori ja kuorma
Generaattori tukeutuu jännitteensäätimeen, joka ohjaa lähtöjännitettä. Jännitteensäädin havaitsee kolmivaiheisen lähtöjännitteen ja vertailee sen keskiarvoa vaaditulla jännitearvolla. Regulaattori vetää energian ylimääräisestä virtalähteestä generaattorin sisällä, tyypillisesti pienen generaattorin, joka on koaksiaalinen päägeneraattorin kanssa, ja tuottaa DC-virtalähteen generaattorin roottorin magneettikentän virityskäämiin. Käämivirta nousee tai putoaa, ohjaamalla generaattorin staattorikäämän pyörivää magneettikenttää tai sähkömagneettisen voiman EMF voimakkuutta. Staattorikäämin magneettivuo määrää generaattorin lähtöjännitteen.
Generaattorin staattorikäämin sisäinen vastus on merkitty Z: llä, mukaan lukien induktiiviset ja resistiiviset osat; roottorin herätekäämin ohjaama generaattorin sähkömoottorivoima on merkitty E: llä AC-jännitelähteellä. Olettaen, että kuorma on puhtaasti induktiivinen, nykyinen I viivästää jännitteen U täsmälleen 90 ° sähköisellä vaihekulmalla vektorikaavioon. Jos kuorma on puhtaasti resistiivinen, U: n ja I: n vektorit osuvat tai ovat vaiheessa. Itse asiassa useimmat kuormat ovat puhtaiden resistiivisten ja puhtaasti induktiivisten välillä. Staattorikäämin kautta kulkevan virran aiheuttama jännitehäviö on esitetty jännitevektorilla I x Z. Se on itse asiassa kahden pienemmän jännitevektorin summa, jännitehäviö vaiheessa I ja induktorin jännitehäviö 90 ° eteenpäin. Tässä tapauksessa se sattuu olemaan vaiheessa U: n kanssa. Koska sähkömoottorin voiman on oltava yhtä suuri kuin generaattorin sisäisen resistanssin jännitehäviön ja lähtöjännitteen, eli vektorien E = U ja I × Z. Jännitteensäädin muuttaa E: n tehokkaasti jännitteen U ohjaamiseksi.
Tarkastellaan nyt, mitä tapahtuu generaattorin sisäisissä olosuhteissa, kun käytetään puhtaasti kapasitiivista kuormaa puhtaasti induktiivisen kuorman sijaan. Nykyinen virta on juuri päinvastainen kuin induktiivinen kuorma. Nykyinen I johtaa nyt jännitevektoria U ja sisäinen vastusjännitteen pudotusvektori I × Z on myös tarkasti käänteinen. Tällöin U: n ja IxZ: n vektorisumma on pienempi kuin U.
Koska sama sähkömoottorivoima E induktiivisen kuormituksen aikana tuottaa suuremman generaattorin lähtöjännitteen U kapasitanssikuormalla, jännitteen säätimen on merkittävästi vähentää pyörivää magneettikenttää. Itse asiassa jännitteen säätimellä ei ehkä ole tarpeeksi aluetta, joka säätää täysin lähtöjännitettä. Kaikkien generaattorien roottorin jatkuva herättäminen yhteen suuntaan sisältää pysyvän magneettikentän. Vaikka jännitteen säädin on täysin suljettu, roottorilla on vielä riittävästi magneettikenttää lataamaan kapasitiivinen kuorma ja synnyttämään jännite. Tätä ilmiötä kutsutaan "itse-herätteeksi". Itsevirtauksen tulos on ylijännite tai jännitteen säätimen sammutus ja generaattorin valvontalaitteistoa pidetään jännitteensäätimen vikana (eli "jännitteettömänä"). Kummassakin tapauksessa generaattori pysähtyy. Generaattorin ulostuloon kytketyn kuorman voi olla itsenäinen tai rinnakkainen automaattisen kytkentäkotelon toiminnan ajoituksesta ja asetuksista riippuen. Joissakin sovelluksissa UPS-järjestelmä on ensimmäinen kuorma, joka kytketään generaattoriin sähkökatkon aikana. Muissa tapauksissa UPS ja mekaaninen kuorma ovat samanaikaisesti kytkettyjä. Mekaanisella kuormituksella on yleensä aloituskosketin. Kestää jonkin aikaa uudestaan sulkeutumisen jälkeen virtakatkoksen jälkeen, ja UPS-tulosuodattimen kondensaattorin induktiivisen moottorin kuormituksen kompensointi viivästyy. UPS: llä itsellään on aika "pehmeä käynnistys" -jakso, joka siirtää kuorman akusta generaattoriin lisäämällä sen syöttötehoa. UPS: n syöttösuodattimet eivät kuitenkaan osallistu pehmeään käynnistysprosessiin. Ne on kytketty UPS: n syöttöön osana UPS: ää. Siksi joissakin tapauksissa pääkäyttö, joka kytketään ensin generaattorin lähtöön, kun virta katkaistaan, on UPS: n syöttösuodatin. Ne ovat erittäin kapasitiivisia (joskus puhtaasti kapasitiivisia).
Ratkaisu tähän ongelmaan on ilmeisesti käyttää tehokertoimen korjausta. Seuraavassa on useita tapoja tehdä niin:
● Asenna automaattinen kytkinkaappi niin, että moottorin kuorma on kytketty ennen UPS: ia. Jotkut kytkimet eivät ehkä pysty toteuttamaan tätä menetelmää. Lisäksi laitoksen insinöörit saattavat tarvita erillistä UPS: tä ja generaattoreita huoltoa varten.
• Lisää pysyvää reaktiivista reaktanssia kapasitiivisen kuormituksen kompensoimiseksi, yleensä käyttämällä EG- tai generaattorin ulostulon rinnakkaislevyyn yhdistettyä rinnakkaista haavasäteilyä. Tämä on helppo toteuttaa ja se maksaa vähemmän. Kuitenkin suuren kuormituksen tai alhaisen kuormituksen tapauksessa reaktori imee aina virtaa ja vaikuttaa kuormitustekijään. Ja riippumatta UPS: n määrästä, reaktorien lukumäärä on aina vahvistettu.
● Lisää jokaiseen UPS: hen induktiivinen reaktori kompensoimaan UPS: n kapasitiivinen reaktanssi. Reaktorin syöttö (lisävaruste) ohjaa reaktorin syöttöä alhaisissa kuormitustiloissa. Tämä menetelmä on tarkempi, mutta määrä on suuri ja asennuksen ja ohjauksen kustannukset ovat korkeat.
● Asenna kontaktori ennen suodattimen kondensaattoria ja irrota se alhaisella kuormituksella. Koska kontaktorin kellonajan on oltava tarkka, ohjaus on monimutkaista ja sitä voidaan asentaa vain tehtaalla.
Mikä menetelmä on optimaalinen riippuu paikan päällä olevasta tilanteesta ja laitteen suorituskyvystä.
2.2 Resonanssiongelma
Muiden sähköisten tilojen, kuten sarjaresonanssin, voi pahentaa tai peittää kondensaattorin itseislähetysongelmia. Kun generaattorin induktiivisen reaktanssin ohminen arvo ja syöttösuodattimen kapasitiivisen reaktanssin ohminen arvo ovat lähellä toisiaan ja järjestelmän vastusarvo on pieni, värähtely tapahtuu ja jännite saattaa ylittää sähköjärjestelmää. Hiljattain suunniteltu UPS-järjestelmä on lähinnä 100% kapasitiivinen tuloimpedanssi. 500 kVA: n UPS: n kapasitanssi voi olla 150 kvar ja tehokerroin lähellä nollaa. Rinnankytketyt induktorit, sarjaventtiilit ja tuloerotusmuuntajat ovat UPS: n yleisiä osia, ja nämä komponentit ovat induktiivisia. Itse asiassa, yhdessä suodattimen kapasitanssin kanssa, UPS on yleensä kapasitiivinen, ja UPS: n sisällä voi olla värähtelyä. Yhdistettynä UPS: hen liitetyn voimajohdon kapasitiivisten ominaisuuksien kanssa koko järjestelmän monimutkaisuus paranee huomattavasti sen lisäksi, mitä yleinen insinööri voi analysoida.
Avainsovelluksissa kaksi muuta tekijää ovat äskettäin tehneet nämä ongelmat yleisemmiksi. Ensinnäkin atk-laitevalmistajat tarjoavat enemmän irtisanomisia tehontarpeensa laitteissaan riippuen käyttäjän erittäin luotettavasta tietojenkäsittelystä. Tyypillisissä tietokoneen kaappeissa on nyt kaksi tai useampia virtajohtoja. Toiseksi laiteohjaaja pyysi järjestelmää tukemaan verkkohuoltoa, ja he halusivat suojata kriittisen kuorman UPS: n sammutuksen ylläpidon aikana. Nämä kaksi tekijää lisäävät tyypillisten datakeskuksen UPS-laitteistojen laitetta ja vähentävät kunkin UPS: n kuormitettavuutta. Generaattorien lisäys ei kuitenkaan ole sopusoinnussa UPS: n kanssa. Laitteen haltijan silmissä generaattori on tavallisesti varas- toinen ja helppo huoltaa. Myös eräissä suurissa projekteissa taloudellinen paine rajoittaa kalliiden suuritehoisten generaattorisarjojen määrää. Tuloksena on, että jokaisella generaattorilla on enemmän UPSia, mikä on trendi, joka tekee UPS: n valmistajista onnelliseksi ja generaattorien valmistajille ongelmia.
Paras puolustus itsesäteilyä ja värähtelyä vastaan on fysiikan perustieto. Insinöörien on määritettävä huolellisesti UPS-järjestelmän tehokertoimen ominaisuudet kaikissa kuormitusolosuhteissa. Kun UPS-laite on asennettu, omistajan tulee noudattaa kattavaa testiä ja mitata tarkasti koko järjestelmän toimintaparametrit testin säätämisen aikana. Kun ongelmia havaitaan, paras ratkaisu on luoda toimittajien, insinöörien, urakoitsijoiden ja omistajien projekti joukkue testaamaan järjestelmä ja löytämään ratkaisuja.
