2.1ジェネレータと負荷
ジェネレータは、電圧レギュレータを使用して出力電圧を制御します。 電圧レギュレータは三相出力電圧を検出し、その平均値と要求される電圧値とを比較する。 レギュレータは、主発電機と同軸の小型発電機である発電機内部の補助電源からエネルギを引き出し、発電機ロータの磁場励磁コイルに直流電力を供給する。 コイル電流は、発電機のステータコイルの回転磁界または起電力EMFの大きさを制御して上昇または下降する。 固定子コイルの磁束は、発電機の出力電圧を決定する。
発電機ステータコイルの内部抵抗は、誘導部と抵抗部を含むZで示され、 ロータ励磁コイルによって制御される発電機起電力は、交流電圧源によってEで示される。 負荷が純粋に誘導性であると仮定すると、電流Iはベクトル図において電気角90°だけ電圧Uだけ遅れている。 負荷が純粋に抵抗性である場合、UとIのベクトルは一致するか、または同相になります。 実際、ほとんどの負荷は純粋な抵抗性と純粋な誘導性の間にあります。 ステータコイルを流れる電流による電圧降下は、電圧ベクトルI x Zで表されます。実際には、2つの小さな電圧ベクトルの合計です.Iとの電圧降下と90°先のインダクタ電圧降下です。 この場合、Uと同期します。起電力は、発電機の内部抵抗の電圧降下と出力電圧の和、すなわちベクトルのベクトル和E = UとI×Z。 電圧レギュレータは、電圧Uを効果的に制御するようにEを変化させる。
純粋に誘導性の負荷の代わりに純粋に容量性の負荷が使用されている場合、発電機の内部条件がどうなるかを検討してください。 このときの電流は、誘導負荷とは正反対です。 電流Iは今や電圧ベクトルUを導き、内部抵抗電圧降下ベクトルI×Zも正確に反転される。 そして、UとI×Zのベクトル和はUより小さい。
誘導性負荷の時の同じ起電力Eは、容量性負荷において発電機出力電圧Uをより高く生成するので、電圧調整器は回転磁界を著しく減少させなければならない。 実際、電圧レギュレータは出力電圧を完全に調整するのに十分な範囲を持たないことがあります。 一方向の全ての発電機のロータの連続的な励磁は永久磁界を含む。 電圧レギュレータが完全に閉じても、ロータは容量性負荷を充電して電圧を生成するのに十分な磁場をまだ持っています。 この現象を「自己励起」といいます。 自己励磁の結果は、過電圧または電圧レギュレータのシャットダウンであり、発電機のモニタリングシステムは電圧レギュレータの障害（つまり、「非励磁」）とみなされます。 どちらの場合でも、発電機は停止します。 発電機の出力に接続される負荷は、自動スイッチキャビネットの動作のタイミングと設定に応じて、独立または並列にすることができます。 一部のアプリケーションでは、UPSシステムは、停電中に発電機に接続される最初の負荷です。 それ以外の場合、UPSと機械的負荷が同時に接続されます。 機械的負荷には通常、始動接触器があります。 停電後に再閉路に一定の時間がかかり、UPS入力フィルタコンデンサの誘導モータ負荷を補償するのに遅延があります。 UPS自体には、バッテリから発電機への負荷をシフトさせる「ソフトスタート」サイクルと呼ばれる一定の時間があり、入力力率が上昇します。 ただし、UPSの入力フィルタはソフトスタートプロセスに参加しません。 これらはUPSの一部としてUPSの入力に接続されています。 したがって、電源が遮断されたときに発電機の出力に最初に接続されるメイン負荷は、UPSの入力フィルタになる場合があります。 それらは非常に容量性である（時には純粋に容量性である）。
この問題に対する解決策は、明らかに力率補正を使用することです。 これを行うには、次のようにいくつかの方法があります。
●UPSの前にモータの負荷が接続されるように自動スイッチキャビネットを設置してください。 一部のスイッチャはこの方法を実装できない場合があります。 さらに、プラントエンジニアは、メンテナンス中にUPSと発電機を別々にコミッションする必要がある場合があります。
•通常、EGまたは発電機の出力並列ボードに接続された並列巻線リアクトルを使用して、容量性負荷を補償する永久リアクタンスを追加します。 これは実装が容易で、コストもかかりません。 しかし、高負荷または低負荷の場合、リアクトルは常に電流を吸収し、負荷力率に影響します。 また、UPSの数にかかわらず、原子炉の数は常に固定されています。
●誘導リアクタを各UPSに追加して、UPSの容量性リアクタンスを補償します。 反応器入力（オプション）は、低負荷条件下で反応器の入力を制御する。 この方法はより正確ですが、数が多く、設置と制御のコストが高くなります。
●フィルタコンデンサの前にコンタクタを取り付け、低負荷ではコンタクタを外してください。 コンタクタの時間は正確でなければならないので、制御は複雑であり、工場でしか設置できない。
最適な方法は、現場の状況と装置の性能によって異なります。
2.2共鳴問題
コンデンサの自己励磁の問題は、直列共振などの他の電気的状態によって悪化したり、マスクされたりすることがあります。 発電機の誘導リアクタンスのオーム値と入力フィルタの容量性リアクタンスのオーム値が近く、システムの抵抗値が小さいと、発振が発生し、電圧が定格値を超えることがあります電源システム。 新しく設計されたUPSシステムは本質的に100％の容量性入力インピーダンスです。 500kVAのUPSは、150kvarの容量とゼロに近い力率を持つことがあります。 並列インダクタ、直列チョーク、入力絶縁変圧器はUPSの共通コンポーネントであり、これらの部品は誘導性です。 実際には、フィルタの容量とともに、UPSは一般に容量性であり、UPS内部には何らかの振動が存在する可能性があります。 UPSに接続された伝送ラインの容量特性と相まって、システム全体の複雑さは、一般のエンジニアが分析できる範囲を超えて大幅に改善されています。
重要なアプリケーションの2つの追加要因が最近、これらの問題をより一般的にしています。 第1に、コンピュータ機器製造業者は、ユーザの信頼性の高いデータ処理の要件に応じて、機器に冗長電源入力を提供する。 典型的なコンピュータキャビネットには、2つ以上の電源コードが付属しています。 第2に、機器管理者は、システムにオンライン保守をサポートするよう依頼し、UPSの停止保守中にクリティカルな負荷を保護したいと考えました。 これら2つの要因は、典型的なデータセンターUPSの設置台数を増加させ、各UPSの負荷容量を削減します。 しかし、発電機の増加はUPSと一致しません。 設備管理者の目には、発電機は通常余裕があり、メンテナンスの手配が容易です。 大規模プロジェクトの中には、高価な高出力発電機の数が限られていることもあります。 その結果、各発電機にはより多くのUPSが搭載されています。これは、UPS製造業者を幸せにし、発電機製造業者に問題を生じさせる傾向です。
自己励起と振動に対する最善の防御は、物理学の基礎知識です。 エンジニアは、すべての負荷条件でUPSシステムの力率特性を注意深く決定する必要があります。 UPS機器を設置した後、所有者は包括的な試験を遵守し、試験を調整するときにシステム全体の作業パラメータを慎重に測定する必要があります。 問題が発見されたら、ベンダー、エンジニア、請負業者、および所有者のプロジェクトチームをセットアップして、システムを完全にテストし、解決策を見つけることが最善のソリューションです。
