Generador y carga

- Dec 05, 2018-

2.1 Generador y carga

El generador se basa en un regulador de voltaje para controlar el voltaje de salida. El regulador de voltaje detecta el voltaje de salida trifásico y compara su valor promedio con el valor de voltaje requerido. El regulador extrae energía de una fuente de energía auxiliar dentro del generador, generalmente un pequeño generador coaxial con el generador principal, y entrega una fuente de energía de CC a la bobina de excitación del campo magnético del rotor del generador. La corriente de la bobina aumenta o disminuye, controlando el campo magnético giratorio de la bobina del estator del generador o la magnitud de la fuerza electromotriz EMF. El flujo magnético de la bobina del estator determina la tensión de salida del generador.

La resistencia interna de la bobina del estator del generador se denota con Z, incluidas las partes inductivas y resistivas; La fuerza electromotriz del generador controlada por la bobina de excitación del rotor se denota por E con una fuente de voltaje de CA. Suponiendo que la carga es puramente inductiva, la corriente I retrasa la tensión U exactamente en un ángulo de fase eléctrica de 90 ° en el diagrama vectorial. Si la carga es puramente resistiva, los vectores de U e I coincidirán o estarán en fase. De hecho, la mayoría de las cargas son entre resistivas puras y puramente inductivas. La caída de voltaje causada por la corriente que pasa a través de la bobina del estator está representada por un vector de voltaje I x Z. En realidad es la suma de dos vectores de voltaje más pequeños, la caída de voltaje en fase con I y la caída de voltaje del inductor de 90 ° hacia adelante. En este caso, pasa a estar en fase con U. Dado que la fuerza electromotriz debe ser igual a la suma de la caída de tensión de la resistencia interna del generador y la tensión de salida, es decir, la suma vectorial de los vectores E = U y I × Z. El regulador de voltaje cambia E para controlar efectivamente el voltaje U.

Ahora considere qué sucede con las condiciones internas del generador cuando se usa una carga puramente capacitiva en lugar de una carga puramente inductiva. La corriente en este momento es exactamente lo opuesto a la carga inductiva. La corriente I ahora dirige el vector de voltaje U, y el vector de caída de voltaje de resistencia interno I × Z también se invierte exactamente. Entonces la suma vectorial de U e I × Z es más pequeña que U.

Dado que la misma fuerza electromotriz E en el momento de la carga inductiva produce una mayor tensión de salida del generador U en la carga capacitiva, el regulador de voltaje debe reducir significativamente el campo magnético giratorio. De hecho, el regulador de voltaje puede no tener un rango suficiente para regular completamente el voltaje de salida. La excitación continua del rotor de todos los generadores en una dirección contiene un campo magnético permanente. Incluso si el regulador de voltaje está completamente cerrado, el rotor aún tiene suficiente campo magnético para cargar la carga capacitiva y generar un voltaje. Este fenómeno se llama "autoexcitación". El resultado de la autoexcitación es la sobretensión o el apagado del regulador de voltaje, y el sistema de monitoreo del generador se considera un fallo del regulador de voltaje (es decir, "desenergizado"). En cualquier caso, el generador se detendrá. La carga conectada a la salida del generador puede ser independiente o paralela, dependiendo de la sincronización y la configuración de la operación del gabinete del interruptor automático. En algunas aplicaciones, el sistema UPS es la primera carga que se conecta al generador durante un corte de energía. En otros casos, el SAI y la carga mecánica se conectan simultáneamente. La carga mecánica suele tener un contactor de arranque. Se tarda un cierto tiempo en volver a cerrarse después de un corte de energía, y hay un retraso en la compensación de la carga del motor inductivo del capacitor del filtro de entrada del UPS. El UPS en sí mismo tiene un período de tiempo denominado ciclo de "arranque suave", que desplaza la carga de la batería al generador, aumentando su factor de potencia de entrada. Sin embargo, los filtros de entrada del UPS no participan en el proceso de arranque suave. Están conectados a la entrada del UPS como parte del UPS. Por lo tanto, en algunos casos, la carga principal que se conecta primero a la salida del generador cuando se corta la alimentación es el filtro de entrada del UPS. Son altamente capacitivos (a veces puramente capacitivos).

La solución a este problema es, obviamente, utilizar la corrección del factor de potencia. Hay varias maneras de hacer esto, como sigue:

● Instale el gabinete del interruptor automático de modo que la carga del motor esté conectada antes del UPS. Es posible que algunos conmutadores no puedan implementar este método. Además, es posible que los ingenieros de la planta necesiten comisionar por separado UPS y generadores durante el mantenimiento.

• Agregue una reactancia reactiva permanente para compensar la carga capacitiva, generalmente utilizando un reactor bobinado paralelo conectado al EG o a la placa paralela de salida del generador. Esto es fácil de implementar y cuesta menos. Pero en el caso de carga alta o carga baja, el reactor siempre está absorbiendo corriente y afectando el factor de potencia de carga. E independientemente de la cantidad de UPS, la cantidad de reactores siempre es fija.

● Agregue un reactor inductivo a cada UPS para compensar la reactancia capacitiva del UPS. La entrada del reactor (opción) controla la entrada del reactor en condiciones de baja carga. Este método es más preciso, pero el número es grande y el costo de instalación y control es alto.

● Instale el contactor antes del condensador del filtro y desconéctelo con poca carga. Dado que el tiempo del contactor debe ser preciso, el control es complicado y solo se puede instalar en la fábrica.

El método óptimo depende de la situación en el sitio y del rendimiento del equipo.

2.2 Problema de resonancia

Los problemas de autoexcitación del condensador pueden agravarse o enmascararse con otros estados eléctricos, como la resonancia en serie. Cuando el valor óhmico de la reactancia inductiva del generador y el valor óhmico de la reactancia capacitiva del filtro de entrada están cerca uno del otro y el valor de la resistencia del sistema es pequeño, ocurrirá una oscilación y el voltaje puede exceder el valor nominal de El sistema de energía. El sistema UPS de nuevo diseño es esencialmente un 100% de impedancia de entrada capacitiva. Un UPS de 500kVA puede tener una capacitancia de 150kvar y un factor de potencia cercano a cero. Los inductores paralelos, los chokes en serie y los transformadores de aislamiento de entrada son componentes comunes de UPS y estos componentes son inductivos. De hecho, junto con la capacitancia del filtro, el UPS es generalmente capacitivo y puede haber cierta oscilación dentro del UPS. Junto con las características capacitivas de la línea de transmisión conectada al UPS, la complejidad de todo el sistema se mejora considerablemente, más allá del alcance del análisis que pueden analizar los ingenieros generales.

Dos factores adicionales en aplicaciones clave han hecho estos problemas más comunes recientemente. En primer lugar, los fabricantes de equipos informáticos proporcionan una entrada de alimentación más redundante en sus equipos, según los requisitos del procesamiento de datos altamente confiable del usuario. Los gabinetes de computadora típicos ahora vienen con dos o más cables de alimentación. En segundo lugar, el administrador del equipo solicitó al sistema que admitiera el mantenimiento en línea y deseaba proteger la carga crítica durante el mantenimiento del apagado del UPS. Estos dos factores aumentan el número de instalaciones de los UPS de centros de datos típicos y reducen la capacidad de carga de cada UPS. Sin embargo, el aumento en los generadores no es consistente con el UPS. A los ojos del gerente del equipo, el generador generalmente es de repuesto y es fácil de organizar para el mantenimiento. También en algunos proyectos grandes, la presión financiera limita el número de grupos electrógenos caros de alta potencia. El resultado es que cada generador tiene más UPS, lo cual es una tendencia que hace felices a los fabricantes de UPS y a los fabricantes de generadores.

La mejor defensa contra la autoexcitación y la oscilación es el conocimiento básico de la física. Los ingenieros deben determinar cuidadosamente las características del factor de potencia del sistema UPS en todas las condiciones de carga. Después de instalar el equipo UPS, el propietario debe cumplir con la prueba exhaustiva y medir cuidadosamente los parámetros de funcionamiento de todo el sistema al ajustar la prueba. Cuando se descubren problemas, la mejor solución es configurar un equipo de proyecto de proveedores, ingenieros, contratistas y propietarios para probar el sistema en su totalidad y encontrar soluciones.


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