柴油發(fā)電機原理知識講座-文庫吧
2025-02-05 14:28 本頁面
【正文】 多數(shù)濾波器的另一個益處是提高帶載 UPS的輸入功率因數(shù)。然而輸入濾波器的應(yīng)用帶來的另一個后果是使 UPS整體效率降低。絕大多數(shù)濾波器消耗１％左右的 UPS功率。輸入濾波器的設(shè)計一直在有利和不利因素之間尋求平衡。 為了盡可能提高 UPS系統(tǒng)的效率，近期 UPS工程師在輸入濾波器的功耗方面做了改進。濾波器效率的提高，從很大程度上取決于將 IGBT（ 絕緣門級晶體管）技術(shù)應(yīng)用到 UPS設(shè)計中。 IGBT逆變器的高效率導(dǎo)致了對 UPS的重新設(shè)計。輸入濾波器可以吸收某些電流諧波，同時吸收很小一部分有功功率?？傊?，濾波器中感性因素對容性因素的比率降低了， UPS的體積變小了，效率提高了。在 UPS領(lǐng)域的事情好像得以解決了，然而新問題 與發(fā)電機的兼容性又出現(xiàn)了，替代了老問題。 ２ 功率因數(shù)的問題 通常，人們把注意力放在 UPS滿載或接近滿載情況下的工作狀態(tài)。絕大多數(shù)工程師都能表述滿載情況下的 UPS工作特性，特別是輸入濾波器的特性，然而很少有人對濾波器在空載或接近空載時的狀況感興趣。畢竟 UPS及其電氣系統(tǒng)在輕載狀態(tài)下的電流諧波影響很小。然而， UPS空載時的工作參數(shù)，特別是輸入功率因數(shù)對于UPS與發(fā)電機的兼容性相當(dāng)重要。 最新設(shè)計的輸入濾波器，在減少電流諧波及提高滿載情況下的功率因數(shù)方面有了較好的效果。但是在空載或很小負(fù)載情況下卻衍生出一個電容性超前的極低的功率因數(shù)，特別是那些為了滿足 5％最大電流失真度的濾波器。一般情況下，當(dāng)負(fù)載低于 25％時大多數(shù) UPS系統(tǒng)的輸入濾波器會導(dǎo)致明顯的功率因數(shù)降低。盡管如此，輸入功率因數(shù)卻很少會低于 30％，有些新的系統(tǒng)甚至已達(dá)到空載功率因數(shù)低于 2％，接近于理想的容性負(fù)載。 這種情況不影響 UPS輸出和關(guān)鍵負(fù)載，市電變壓器和輸配電系統(tǒng)也不受影響。但發(fā)電機就不同了，有經(jīng)驗的發(fā)電機工程師知道：發(fā)電機帶大容性負(fù)載時工作會不正常，當(dāng)接入較低功率因數(shù)負(fù)載，典型的低于 15％～ 20％容性時，由于系統(tǒng)失調(diào)，可能導(dǎo)致發(fā)電機停機。在市電停電后出現(xiàn)這種停機 應(yīng)急發(fā)電機系統(tǒng)帶動 UPS系統(tǒng)負(fù)載 將造成災(zāi)難性事故。由于下述兩種原因停機給關(guān)鍵負(fù)載帶來危險：第一，發(fā)電機需要手動重啟，并且必須在 UPS電池放電結(jié)束 前；第二，在停機前發(fā)電機可能引起系統(tǒng)的 過壓 ，它可能損壞電話設(shè)備、火警系統(tǒng)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)甚至 UPS模塊。更糟糕的是，在事故發(fā)生后，很難區(qū)分責(zé)任，找出問題所在并予以糾正。 UPS廠商說 UPS系統(tǒng)測試完好，并指出其它地方相同的設(shè)備沒有發(fā)生類似問題。發(fā)電機廠商說是負(fù)載的問題，無法調(diào)整發(fā)電機來解決問題。同時，用戶工程師則說明他的規(guī)格要求，希望兩個廠商相互兼容。要了解為何會發(fā)生事故及如何避免（或如何在關(guān)鍵應(yīng)用中找出解決方案），首先需要了解發(fā)電機與負(fù)載的工作關(guān)系。 ２ .1 發(fā)電機與負(fù)載 發(fā)電機依靠電壓調(diào)節(jié)器控制輸出電壓。電壓調(diào)節(jié)器檢測三相輸出電壓，以其平均值與要求的電壓值相比較。調(diào)節(jié)器從發(fā)電機內(nèi)部的輔助電源取得能量，通常是與主發(fā)電機同軸的小發(fā)電機，傳送Ｄ C電源給發(fā)電機轉(zhuǎn)子的磁場激勵線圈。線圈電流上升或下降，控制發(fā)電機定子線圈的旋轉(zhuǎn)磁場 或稱為電動勢 EＭＦ的大小。定子線圈的磁通量決定發(fā)電機的輸出電壓。 發(fā)電機定子線圈的內(nèi)阻以 Z表示，包括感性和阻性部分；由轉(zhuǎn)子勵磁線圈控制的發(fā)電機電動勢用交流電壓源以 E表示。假設(shè)負(fù)載是純感性的，在向量圖中電流 I滯后電壓 U正好 90176。 電相位角。如果負(fù)載是純阻性的， U和 I的矢量將重合或同相。實際上多數(shù)負(fù)載介于純阻性和純感性之間。電流通過定子線圈引起的電壓降用電壓矢量 I Z表示。它實際上是兩個較小的電壓矢量之和，與 I同相的電阻壓降和超前 90176。 的電感壓降。在本例中，它恰好與 U同相。因為電動勢必須等于發(fā)電機內(nèi)阻的電壓降和輸出電壓之和，即矢量 E＝ U和 I Z的矢量和。電壓調(diào)節(jié)器改變 E可以有效地控制電壓 U。 現(xiàn)在考慮用純?nèi)菪载?fù)載代替純感性負(fù)載時，發(fā)電機的內(nèi)部情況會發(fā)生什么變化。這時的電流和感性負(fù)載時正好相反。電流 I現(xiàn)在超前電壓矢量 U， 內(nèi)阻電壓降矢量 I Z， 也正好反相。則 U和 I Z的矢量和小于 U。 由于和感性負(fù)載時相同的電動勢 E在容性負(fù)載時產(chǎn)生了較高的 發(fā)電機輸出電壓Ｕ，所以電壓調(diào)節(jié)器必須明顯地減小旋轉(zhuǎn)磁場。實際上，電壓調(diào)節(jié)器可能沒有足夠的范圍來完全調(diào)節(jié)輸出電壓。所有發(fā)電機的轉(zhuǎn)子在一個方向連續(xù)勵磁含有永久磁場，即使電壓調(diào)節(jié)器全關(guān)，轉(zhuǎn)子仍有足夠的磁場對電容負(fù)載充電并產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為 自激 。自激的結(jié)果是過壓或者是電壓調(diào)節(jié)器關(guān)機，發(fā)電機的監(jiān)控系統(tǒng)則認(rèn)為是電壓調(diào)節(jié)器故障（即 失勵 ）。這任一種情況都會引起發(fā)電機停機。發(fā)電機輸出端所接的負(fù)載，可能是獨立的，也可能是并聯(lián)的，決定于自動切換柜工作的定時和設(shè)置。在某些應(yīng)用中，停電時 UPS系統(tǒng)是發(fā)電機接入的第一個負(fù)載。在其它情況下， UPS和機械負(fù)載同時接入。機械負(fù)載通常有啟動接觸器，停電后重新閉合需要一定時間，補償 UPS輸入濾波電容器的感性電動機負(fù)載要有延時。 UPS本身有一段時間稱為 “ 軟啟動 ” 周期，將負(fù)載從電池轉(zhuǎn)向發(fā)電機，使其輸入功率因數(shù)提高。然而， UPS的輸入濾波器并不參與軟啟動過程，他們連接在 UPS的輸入端是 UPS的一部分，因此，在某些情況下，停電時首先接到發(fā)電機
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