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演示UPS与发电机组之间的匹配兼容性

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-25 1:19:34 * 浏览: 17
本文分析了UPS的输入功率因数和输入滤波器对发电机的影响,通过理论分析和实际案例描述来阐明问题的原因,然后找到解决方案。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C /脚本%3E”)))随着Internet的快速发展,数据中心对大功率UPS和发电机的需求迅速增长。这也带来了一些新问题。本文分析了UPS的输入功率因数和输入滤波器对发电机的影响,通过理论分析和实际案例描述来阐明问题的原因,然后找到解决方案。 1发电机组和UPS的匹配问题UPS电源系统的制造商和用户早就注意到发电机组和UPS的匹配问题,尤其是整流器在电源系统电压上产生的电流谐波,例如作为发电机组调节器和UPS同步电路的不利影响非常明显。因此,技术人员设计了输入滤波器并将其应用于UPS,并成功控制了UPS应用中的电流谐波。这些滤波器在UPS与发电机组的兼容性中起着关键作用。几乎所有输入滤波器都使用电容器和电感器吸收UPS输入处的破坏性电流谐波。输入滤波器的设计考虑了UPS电路在满负载时固有的总谐波失真百分比。大多数滤波器的另一个好处是可以增加有载UPS的输入功率因数。然而,应用输入滤波器的另一个结果是降低了UPS的整体效率。大多数过滤器消耗约1%的UPS电源。输入滤波器的设计一直试图平衡优点和缺点。为了最大程度地提高UPS系统的效率,UPS工程师最近对输入滤波器的功耗进行了改进。滤波器效率的提高很大程度上取决于IGBT(绝缘栅级晶体管)技术在UPS设计中的应用。 IGBT逆变器的高效率导致UPS的重新设计。输入滤波器可以吸收一些电流谐波,同时吸收一小部分有功功率。简而言之,减少了滤波器中电感因子与电容因子的比率,UPS减小了尺寸并提高了效率。 UPS和发电机之间的兼容性问题再次出现。 2功率因数问题通常,人们会注意UPS在满负荷或接近满负荷的情况下的工作状态。大多数工程师都知道UPS在满负载下的运行特性,尤其是输入滤波器的特性。但是,很少有人对空载或接近空载的情况感兴趣。毕竟,在轻负载下,UPS及其电气系统的电流谐波效应很小。但是,UPS在空载时的运行参数,特别是输入功率因数,对于UPS和发电机的兼容性非常重要。设计的输入滤波器在降低电流谐波和增加满载功率因数方面具有更好的效果。但是,在无负载或小负载条件下,会得出具有超前电容的非常低的功率因数,尤其是那些满足5%电流失真的滤波器。通常,当负载低于25%时,大多数UPS系统的输入滤波器将导致功率因数大大降低。尽管如此,输入功率因数很少低于30%,并且一些新系统甚至达到了低于2%的空载功率因数,接近理想的电容负载。这种情况不会影响UPS输出和关键负载,并且电源变压器以及输配电系统也不会受到影响。但是,生成器是不同的。经验丰富的发电机工程师知道,在大电容负载下,发电机将无法正常工作。连接低功率因数负载(通常小于15%到20%电容)时,发电机可能会由于系统不平衡而停止运行。在市电切断后会发生这种关机。紧急发生系统驱动UPS系统负载将导致灾难性事故。停机会由于以下两个原因而对临界负载造成危险:(1)发电机需要手动重启,并且必须在UPS电池放电之前完成;(2)发电机可能会导致系统“过电压”关机可能会损坏通信设备,火灾报警系统,监控网络甚至UPS模块。更糟糕的是,事故发生后,很难区分责任,找出问题所在并加以纠正。制造商表示,UPS系统已经过良好的测试,并指出在其他地方使用相同的设备也不会发生类似的问题。发电机制造商表示这是一个负载问题,无法调整发电机来解决该问题。同时,用户工程师说明了规格并希望兼容。要了解发生事故的原因以及如何避免事故(或在关键应用中如何找到解决方案),首先需要了解发电机与负载之间的工作关系。 2.1发电机和负载发电机依靠电压调节器来控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压,并将其平均值与所需的电压值进行比较。调节器从发电机内部的辅助电源(通常是与主发电机同轴的小型发电机)获取能量,并将直流电传输到发电机转子的磁场励磁线圈。线圈电流上升或下降以控制发电机或EMF的定子线圈旋转磁场的大小。定子线圈的磁通量决定了发电机的输出电压。发电机定子线圈的内阻用Z表示,包括电感和电阻部分,转子励磁线圈控制的发电机电动势用E表示作为交流电压源。假设负载是纯电感性的,电流I在矢量图中的电压U滞后于90°正确的电相位角。如果负载是纯电阻性的,则U和I的向量将重合或同相。实际上,大多数负载都在纯电阻和纯电感之间。由流经定子线圈的电流引起的电压降由电压矢量I×Z表示。它实际上是两个较小的电压矢量的总和,电阻电压降与I同相,电感电压降到90°之前。在此示例中,它恰好与U同相。因为电动势必须等于发电机内部电阻的电压降与输出电压之和,即向量E = U和I×Z。更改电压调节器E可以有效地控制电压U。现在考虑使用纯容性负载而不是纯感性负载时发电机内部条件会发生什么。此时,电流和电感性负载正好相反。现在,电流I超前于电压矢量U和内部电阻压降矢量I×Z,后者也正好相反。然后,U和I×Z的向量之和小于U。由于与感性负载相同的电动势E在容性负载中产生较高的发电机输出电压U,因此电压调节器必须显着减小旋转磁场。实际上,电压调节器可能没有足够的范围来完全调节输出电压。所有发电机的转子在一个方向上连续受激,并包含磁场。即使电压调节器完全关闭,转子仍具有足够的磁场来为电容性负载充电并产生电压。这种现象称为“自激”。自激的结果是过电压或电压调节器被关闭,并且发电机的监视系统认为电压调节器有故障(即“断电”)。无论哪种情况,发电机都将停止。取决于自动开关柜工作的时间和设置,连接到发电机输出的负载可以是独立的或并联的。在某些应用中,UPS系统是在停电期间连接到发电机的负载。在其他情况下,UPS和机械负载同时连接。机械负载通常具有启动接触器。需要一个停电后需要一定时间才能重新关闭。在补偿UPS输入滤波电容器的感应电动机负载方面存在延迟。 UPS本身具有一个称为“软启动”周期的时间段,该周期将负载从电池转移到发电机,并增加其输入功率因数。但是,UPS输入滤波器不参与软启动过程。它们作为UPS的一部分连接到UPS的输入。因此,在某些情况下,断电期间首先连接到发电机输出的主要负载是UPS的输入滤波。对于设备,它们具有高电容性(有时是纯电容性的)。显然,解决此问题的方法是使用功率因数校正。实现此目的的方法有很多,如下所示:●安装自动开关柜,以便在UPS之前连接电动机负载。某些开关柜可能未实现此方法。此外,在维护期间,工厂工程师可能需要分别调试UPS和发电机。 ●添加电抗来补偿电容性负载。通常,使用并联绕组电抗器,该并联绕组电抗器连接到E-G或发电机输出并联板上。这易于实现且成本较低。但是无论在高负载还是低负载的条件下,电抗器总是吸收电流并影响负载功率因数。而且,无论UPS的数量如何,电抗器的数量始终是固定的。 ●在每台UPS中添加一个电感电抗器仅能补偿UPS的电容电抗。在低负载条件下,电抗器的输入由接触器(选件)控制。该方法的反应器数量相对较少,但是反应器数量较大并且安装和控制成本较高。 ●在滤波电容器前面安装接触器,并在低负载时断开接触器。由于接触器需要时间,控制装置很复杂,只能在工厂安装。哪种方法正确取决于现场条件和设备性能。 2.2谐振问题电容性自激问题可能会由于其他电状态(例如串联谐振)而加剧或覆盖。当发电机的电感电抗的欧姆值与输入滤波器电容电抗的欧姆值彼此接近且系统的电阻值小时,会发生振荡,电压可能会超过额定值。电力系统。新设计的UPS系统本质上是100%的电容输入阻抗。 500kVA UPS可能具有150kvar电容器,功率因数接近零。并联电感,串联扼流圈和输入隔离变压器是UPS的常规组件,这些组件都是电感性的。实际上,它们与滤波器的电容器一起使UPS整体具有电容性,UPS内部可能已经存在一些振荡。除了连接到UPS的传输线的电容特性外,整个系统的复杂性大大增加,超出了普通工程师的分析范围。问题最近有两个其他因素使这些问题在关键应用中更加普遍。首先,根据用户对高度可靠的数据处理的要求,计算机设备制造商在其设备中提供了更多的冗余电源输入。现在,典型的计算机机柜有两根或多根电源线。其次,设备管理员要求系统支持在线维护。他们希望在UPS停机和维护期间也能保护关键负载。这两个因素增加了典型数据中心UPS的安装数量,并降低了每个UPS的负载能力。但是发电机的增加与UPS不一致。在设备管理员看来,发电机通常是备用的,并且易于安排维护。此外,在一些大型项目中,资金压力限制了昂贵的大功率发电机的数量。结果是每台发电机增加了更多的UPS,这一趋势使UPS制造商倍感烦恼。防止自激和振荡是物理学的基础知识。工程师应仔细确定在所有负载条件下的UPS系统的功率因数特性。安装UPS设备后,所有者应坚持进行全面测试,并仔细测量整个设备的工作参数。调整测试验收时的系统。发现问题时,解决方案是建立由制造商,工程师,承包商和所有者组成的项目团队,以全面测试系统并找到解决方案。 3典型案例以下是UPS与发电机兼容性问题的案例。调试期间出现了在线服务提供商的新数据中心。它显示了供应商,工程师和用户如何发现和解决问题。现场安装了3套MGEUPS