Come scegliere la dimensione giusta del generatore diesel per i sistemi UPS

Il sistema di alimentazione in c.a. composto da un gruppo elettrogeno diesel e da un UPS è ampiamente utilizzato per la sua buona affidabilità e sicurezza. Il sistema non solo richiede un elevato grado di automazione, ma richiede anche che il gruppo elettrogeno diesel si adatti alle caratteristiche del carico non lineare dell'UPS in modo da garantire un'alimentazione affidabile al carico in assenza di rete. Le caratteristiche dell'ingresso off-line sono determinate dalla struttura del circuito dell'UPS: L'UPS online tradizionale a doppia trasformazione, poiché il convertitore CA/CC in ingresso è un circuito di raddrizzamento e filtraggio, la corrente in ingresso è una corrente pulsante, non solo il fattore di potenza in ingresso è basso (0,7~0,8), ma contiene anche un gran numero di cariche armoniche elevate (30%~40%), e il basso fattore di potenza in ingresso e la corrente armonica passeranno attraverso la resistenza induttiva interna della bobina dello statore del generatore, il normale funzionamento dei generatori diesel è seriamente compromesso e la combinazione dei due è soggetta ai seguenti problemi:

• Oscillazione della tensione. La fluttuazione della tensione di retroazione causa una scarsa stabilità della tensione di uscita del generatore e l'intervallo di oscillazione è fino a ±10% ~ ±20% della tensione nominale. Quando il regolatore è regolato in modo ottimale, l'oscillazione è ancora superiore a 2%.
• La corrente oscilla. Quando il carico dell'UPS è stabile, la corrente di uscita del generatore oscilla nell'intervallo ±20%± 50% e non può essere regolata.
• Oscillazione di frequenza. In generale, l'oscillazione della frequenza è inferiore all'intervallo di tensione e corrente, generalmente entro ±5%, ma provoca frequenti commutazioni dell'UPS. A causa dell'aumento e della diminuzione regolare del carico del motore diesel, anche la sua tensione di lavoro aumenta e diminuisce, intensificando le vibrazioni del gruppo elettrogeno diesel, accelerando l'usura meccanica e danneggiando persino le parti.
• L'UPS non funziona correttamente. L'intervallo di tensione d'ingresso consentito del raddrizzatore dell'UPS è generalmente pari o superiore a ±15% del valore nominale. La tensione di uscita instabile del generatore ha un impatto minimo sul normale funzionamento dell'UPS. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione all'impatto della deriva di frequenza sul normale funzionamento dell'UPS:
• L'UPS non può essere bypassato. Quando la frequenza e la tensione dell'alimentazione di bypass sono comprese nell'intervallo consentito, l'uscita dell'inverter dell'UPS segue l'alimentazione di bypass. L'inverter e l'alimentazione di bypass si bloccano in fase e si sincronizzano. Quando è presente un generatore di alimentazione di bypass, la frequenza può cambiare rapidamente. Quando la variazione di frequenza supera il valore limite preimpostato, la variazione di frequenza dell'inverter non riesce a tenere il passo con la variazione di frequenza dell'alimentazione di bypass. In questo caso, l'interruttore di bypass statico non commuta sul bypass. (La commutazione in questo caso può causare una sovracorrente o un cortocircuito dell'inverter). In questo caso, la frequenza di alimentazione di bypass non può essere monitorata e l'UPS si limita ad avvisare l'utente per evitare un'interruzione dell'alimentazione causata da un sovraccarico. In questo caso, l'inverter continua a fornire energia al carico.
• La durata della batteria si riduce. A causa della deriva della frequenza, il segnale di pilotaggio del raddrizzatore SCR (SCR) non sarà sincronizzato con la corrente alternata in ingresso, con conseguente spegnimento del raddrizzatore. L'UPS passa all'alimentazione a batteria mentre il raddrizzatore si riavvia ed entra in funzione normalmente. Un ciclo di scaricamento così eccessivo accorcerà notevolmente la durata della batteria, mentre la situazione più grave è che la batteria si spenga e si interrompa l'uscita. Inoltre, nello stesso sistema elettrico, quando il compressore dell'aria condizionata si avvia e l'ascensore si alza e si abbassa, la frequenza del generatore subisce una deriva.

I problemi causati dalla combinazione del gruppo elettrogeno diesel e dell'UPS possono essere risolti: in primo luogo, la corretta selezione della modalità di eccitazione del generatore e della potenza dell'unità, la diversa modalità di eccitazione e l'adeguata potenza di abbinamento e così via possono ridurre al minimo il problema; in secondo luogo, la scelta dell'UPS più adatto alle caratteristiche del gruppo elettrogeno. Ad esempio, l'UPS con la funzione di bypass a blocco di fase della gamma di frequenza e la velocità di sincronizzazione dell'inverter regolabile in campo ha una migliore adattabilità alla deriva della frequenza rispetto all'UPS generico. L'UPS con raddrizzatore a 12 impulsi è più adatto all'alimentazione del gruppo elettrogeno rispetto all'UPS con raddrizzatore a 6 impulsi, in modo da garantire il funzionamento sicuro e affidabile dell'intero sistema di alimentazione.

Potenza in uscita
In genere, la capacità del gruppo elettrogeno di supporto è da 2 a 2,5 volte quella dell'UPS. Infatti, un UPS funziona in genere al 50-80% della sua capacità nominale, mentre un gruppo elettrogeno può produrre circa il 30% della sua capacità nominale. Questo non solo impedisce di sfruttare appieno la capacità del gruppo elettrogeno, ma ne aumenta il costo e lo rende più soggetto a guasti, aumenta la quantità di manutenzione e riduce l'affidabilità del gruppo elettrogeno. Il motivo è: in base alle caratteristiche del motore diesel, se sottoposto a un carico ridotto per lungo tempo, l'usura del cilindro si intensifica, in modo che le parti di cui sopra dell'accelerazione del guasto, le prestazioni del motore diesel sono ridotte, il fumo di scarico.
L'economia del motore diesel peggiora sotto un carico nominale di 30%. Il gruppo elettrogeno del motore diesel richiede che il carico funzioni a più di 60% del carico nominale per essere più vantaggioso per il motore diesel. Pertanto, una corretta corrispondenza di potenza è molto importante per il sistema di alimentazione. Quando si sceglie la potenza nominale del gruppo elettrogeno, si deve considerare innanzitutto il carico totale di elettricità. Il carico di altre apparecchiature elettriche è stato spiegato in molti dati, che non vengono più descritti in questa sede. È necessario considerare anche la potenza richiesta dalla ricarica delle batterie (generalmente controllata entro 10% ~ 20% della potenza massima di uscita dell'UPS). È necessario aumentare la potenza del generatore di oltre 2 volte la potenza dell'UPS.

Il funzionamento dei motori diesel
La recente pratica operativa dimostra che, a parità di potenza nominale di uscita dei due generatori, la capacità di carico del gruppo elettrogeno diesel a due tempi è migliore di quella del gruppo elettrogeno diesel a quattro tempi se il carico posteriore dell'utente è non lineare.

Modalità di eccitazione del generatore
I generatori diesel si dividono in alternatori sincroni autoeccitati e PMG (generatori a magneti permanenti). La differenza è che il primo fornisce sia la potenza che la sorgente di segnale al regolatore di tensione AVR dall'avvolgimento di armatura del generatore, mentre la sorgente di potenza del regolatore PMG (generatore a magneti permanenti) è ottenuta dall'avvolgimento di armatura dell'eccitatore secondario (generatore a magneti permanenti) e l'avvolgimento di armatura del generatore sincrono CA fornisce solo la sorgente di segnale. La potenza in uscita del primo AVR è influenzata dalla forma d'onda del potenziale dell'avvolgimento di armatura, mentre la qualità del carico, in particolare il carico non lineare, ha un'evidente influenza sulla forma d'onda del potenziale dell'avvolgimento di armatura. La fonte di alimentazione del secondo AVR è prelevata dall'avvolgimento di armatura del PMG, che non ha nulla a che fare con la distorsione della forma d'onda di potenziale dell'avvolgimento di armatura dell'alternatore sincrono. Pertanto, un alternatore sincrono con modalità di eccitazione PMG (generatore a magneti permanenti) può far funzionare meglio l'UPS. Quando si utilizza un alternatore sincrono autonomo, il rapporto di potenza tra l'UPS e il gruppo elettrogeno diesel deve essere almeno pari a 1 (2 ~ 2,5), ma non si può escludere l'effetto del generatore sull'UPS. Quando si utilizza un generatore di eccitazione PMG, il rapporto di potenza di 1 (1,2 ~ 1,25) può garantire il normale funzionamento del gruppo elettrogeno diesel.