DDIBPを採用した電源システムの特長

ブツェフ I.V.
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ディーゼル動的無停電電源装置（DDIUPS）を使用した電源システムの特長

次のプレゼンテーションでは、著者はマーケティングの常套句を避け、実践的な経験のみに基づいて説明します。 HITEC Power Protection の DDIBP をテスト対象として説明します。

DDIBPインストール装置

DDIBP デバイスは、電気機械的な観点から見ると、非常にシンプルで予測可能に見えます。
主なエネルギー源は、設備の効率を考慮して十分な出力を備えたディーゼル エンジン (DE) で、負荷への長期連続電力供給に対応します。 したがって、その信頼性、起動準備性、動作の安定性に関して非常に厳しい要件が課されます。 したがって、ベンダーが黄色から独自の色に再塗装する船舶 DD を使用するのは完全に論理的です。

この設備には、機械エネルギーを電気エネルギーに変換したり逆に変換したりする可逆変換器として、設備の定格出力を超える出力を持つモータージェネレーターが含まれており、まず第一に、過渡プロセス中の電源の動的特性を改善します。

メーカーは無停電電源装置を主張しているため、この設備には、ある動作モードから別の動作モードへの移行中に負荷への電力を維持する要素が含まれています。 慣性アキュムレータまたは誘導カップリングがこの目的に役立ちます。 高速回転して機械エネルギーを蓄積する巨大な物体です。 メーカーは、そのデバイスを非同期モーター内の非同期モーターとして説明しています。 それらの。 ステーター、アウターローター、インナーローターがあります。 さらに、外部ローターは装置の共通シャフトにしっかりと接続されており、モータージェネレーターのシャフトと同期して回転します。 さらに、内部ローターも外部ローターに対して回転し、実際には記憶装置として機能します。 個々の部品間に電力と相互作用を提供するために、スリップ リング付きのブラシ ユニットが使用されます。

機械エネルギーをモーターから設備の残りの部分に確実に伝達するために、オーバーランニング クラッチが使用されます。

設備の最も重要な部分は自動制御システムです。自動制御システムは、個々の部品の動作パラメータを分析することによって、設備全体の制御に影響を与えます。
また、設備の最も重要な要素は、巻線タップ付きの三相チョークであるリアクトルであり、設備を電源システムに統合し、均等化電流を制限してモード間の比較的安全な切り替えを可能にするように設計されています。
そして最後に、補助的ではありますが、決して二次的なサブシステムではありません - 換気、燃料供給、冷却、ガス排気。

DDIBP インストールの動作モード

DDIBP インストールのさまざまな状態を説明すると役に立つと思います。

• 動作モードOFF

インスタレーションの機械部分は静止しています。 電力は、制御システム、自動車の予熱システム、スターターバッテリー用のフローティング充電システム、および再循環換気ユニットに供給されます。 予熱後、取り付けを開始する準備が整います。

• 動作モード START

START コマンドが与えられると、DD が始動し、オーバーランニング クラッチを介してドライブの外部ローターとモーター ジェネレーターが回転します。 エンジンが暖まると、冷却システムが作動します。 動作速度に達すると、ドライブの内部ローターが回転し始めます (チャージ)。 ストレージデバイスの充電プロセスは、消費する電流によって間接的に判断されます。 このプロセスには 5 ～ 7 分かかります。

外部電源が利用可能な場合は、外部ネットワークとの最終同期に時間がかかり、十分な同相が達成されると、設備が外部ネットワークに接続されます。

DD は回転速度を下げ、冷却サイクルに入ります。冷却サイクルには約 10 分かかり、その後停止します。 オーバーランニング クラッチが解除され、アキュムレータの損失を補償しながら、装置のさらなる回転がモーター ジェネレーターによってサポートされます。 設置により負荷に電力を供給する準備が整い、UPS モードに切り替わります。

外部電源がない場合、設備はモータージェネレーターから負荷と自身のニーズに電力を供給する準備ができており、ディーゼルモードで動作し続けます。

• 動作モード ディーゼル

このモードでは、エネルギー源は DD です。 それによって回転するモータージェネレーターが負荷に電力を供給します。 電圧源としてのモータージェネレーターは顕著な周波数応答を持ち、顕著な慣性を持っているため、負荷の大きさの突然の変化に対して遅れて応答します。 なぜならメーカーは、このモードでの海洋 DD 動作で設備を完成させますが、これは燃料の備蓄と設備の熱状態を維持する能力によってのみ制限されます。 この動作モードでは、設置場所付近の音圧レベルは 105 dBA を超えます。

• UPS動作モード

このモードでは、エネルギー源は外部ネットワークです。 リアクトルを介して外部ネットワークと負荷の両方に接続されたモーター ジェネレーターは、同期補償モードで動作し、負荷電力の無効成分を一定の制限内で補償します。 一般に、外部ネットワークと直列に接続された DDIBP 設備は、定義上、電圧源としての特性が低下し、等価内部インピーダンスが増加します。 この動作モードでは、設置場所付近の音圧レベルは約 100 dBA です。

外部ネットワークに問題が発生した場合、ユニットはネットワークから切断され、ディーゼル エンジンを始動するコマンドが与えられ、ユニットは DIESEL モードに切り替わります。 常に加熱されたモーターの起動は、オーバーランニング クラッチが閉じてモーター シャフトの回転速度が装置の残りの部分を超えるまで無負荷で行われることに注意してください。 DD が起動して動作速度に達するまでの通常の時間は 3 ～ 5 秒です。

• バイパス動作モード

必要に応じて、たとえばメンテナンス中、負荷電力を外部ネットワークからバイパスラインに直接転送できます。 バイパス ラインへの切り替えとバイパス ラインへの切り替えは、スイッチング デバイスの応答時間が重複して行われるため、負荷への電力の短期間の損失であっても回避できます。 制御システムは、DDIBP 設備の出力電圧と外部ネットワークの間で同相を維持しようと努めます。 この場合、インストール自体の動作モードは変更されません。 DD が動作していた場合は動作を継続し、インストール自体が外部ネットワークから電力を供給されていた場合は動作を継続します。

• 動作モード STOP

STOP指令が与えられると、負荷電力はバイパスラインに切り替えられ、モータジェネレータおよび蓄電装置への電力供給が遮断されます。 しばらく慣性で回転を続け、停止後はOFFモードになります。

DDIBPの接続図とその特徴

単一インストール

これは、独立した DDIBP を使用するための最も簡単なオプションです。 この設備には、電源を遮断しない NB (無停電、無停電電源) と、短期間の電源遮断を伴う SB (短時間遮断、保証された電力) の 1 つの出力があります。 各出力には独自のバイパスを設けることができます (図 XNUMX を参照)。

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NB出力は通常重要な負荷(IT、冷凍循環ポンプ、精密空調機)に接続され、SB出力は短時間の電源遮断が重要ではない負荷(冷凍チラー)に接続されます。 重要な負荷への電源供給が完全に失われることを避けるために、設置出力とバイパス回路のスイッチングは時間的に重複して実行され、回路電流は部品の複雑な抵抗により安全な値まで低減されます。リアクトル巻線の。

DDIBP から非線形負荷への電源供給には特に注意を払う必要があります。 これは、消費電流のスペクトル構成に顕著な量の高調波が存在することを特徴とします。 同期発電機の動作と接続図の特殊性により、これにより、設備の出力における電圧波形の歪みが発生し、設備に電力が供給されている場合の消費電流の高調波成分が存在します。外部交流電圧ネットワーク。

以下は、外部ネットワークから電力供給されたときの形状 (図 2 を参照) と出力電圧の高調波解析 (図 3 を参照) の画像です。 高調波歪み係数は、周波数コンバータの形の適度な非線形負荷で 10% を超えました。 同時に、設備はディーゼルモードに切り替わらなかったため、制御システムが出力電圧の高調波歪み係数などの重要なパラメータを監視していないことが確認されました。 観察によると、高調波歪みのレベルは負荷電力には依存せず、非線形負荷と線形負荷の電力比、および純粋なアクティブな熱負荷でテストした場合の出力の電圧形状に依存します。インストールは正弦波に非常に近いです。 しかし、この状況は、特に周波数変換器を含むエンジニアリング機器や、必ずしも力率改善 (PFC) が装備されているとは限らないスイッチング電源を備えた IT 負荷に電力を供給する場合には、現実とはかけ離れています。

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この図と後続の図では、次の XNUMX つの状況が注目に値します。

• 設備の入力と出力の間のガルバニック接続。
• 出力からの位相負荷の不均衡が入力に到達します。
• 負荷電流高調波を低減するための追加対策の必要性。
• 負荷電流の高調波成分や過渡現象による歪みが出力から入力に流れます。

並列回路

電源システムを強化するために、DDIBP ユニットを並列接続して、個々のユニットの入出力回路を接続することができます。 同時に、同期性と同相性の条件が満たされると、装置はその独立性を失い、システムの一部になることを理解する必要があります。物理学では、これを一言で「コヒーレンス」と呼びます。 実際的な観点から見ると、これは、システムに含まれるすべてのインストールが同じモードで動作する必要があることを意味します。つまり、たとえば、DD から部分的に動作するオプションがあり、外部ネットワークから部分的に動作することは受け入れられません。 この場合、システム全体に共通のバイパスラインを作成します（図4参照）。

この接続スキームには、XNUMX つの潜在的に危険なモードがあります。

• コヒーレンス状態を維持しながら、XNUMX 番目以降のインストールをシステム出力バスに接続します。
• 出力スイッチが開くまでコヒーレンス状態を維持しながら、単一の設備を出力バスから切断します。

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単一の設備が緊急停止すると、設備の速度が低下し始めているにもかかわらず、出力スイッチング デバイスがまだ開いていないという状況が発生する可能性があります。 この場合、短時間のうちに、システムの設置部分とシステムの他の部分との間の位相差が緊急値に達し、短絡が発生する可能性があります。

個々のインストール間の負荷分散にも注意を払う必要があります。 ここで検討する装置では、発電機の降下負荷特性により平衡化が行われます。 理想的ではなく、インストール間のインストール インスタンスの特性が同一ではないため、分布も不均一になります。 さらに、最大負荷値に近づくと、接続された線の長さ、設備や負荷の配電網への接続点、品質（遷移抵抗）など、一見重要ではない要素によって配電が影響を受け始めます。 ) 接続自体の。

DDIBP とスイッチング デバイスは、大きな慣性モーメントと、自動制御システムからの制御動作に応答する顕著な遅延時間を備えた電気機械デバイスであることを常に覚えておく必要があります。

「中」電圧接続の並列回路

この場合、発電機は適切な変圧比を備えた変圧器を介してリアクトルに接続されます。 したがって、リアクトルとスイッチングマシンは「平均」電圧レベルで動作し、発電機は0.4 kVのレベルで動作します（図5を参照）。

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この使用例では、最終負荷の性質とその接続図に注意する必要があります。 それらの。 最終負荷が降圧変圧器を介して接続されている場合、変圧器を電源ネットワークに接続すると、コアの磁化反転プロセスが伴う可能性が高く、その結果、電流消費の突入が発生することに留意する必要があります。その結果、電圧降下が発生します (図 6 を参照)。

この状況では、機密性の高い機器が正しく動作しない可能性があります。

少なくとも低慣性照明が点滅し、デフォルトのモーター周波数コンバーターが再起動されます。

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「分割」出力バスを備えた回路

電源システム内の設備の数を最適化するために、メーカーは、設備が入力と出力の両方で並列になり、各設備が個別に複数の設備に接続される「分割」出力バスを備えたスキームを使用することを提案しています。出力バス。 この場合、バイパスラインの数は出力バスの数と同じでなければなりません (図 7 を参照)。

出力バスは独立しておらず、各設備のスイッチング デバイスを介して互いに直流的に接続されていることを理解する必要があります。

したがって、メーカーの保証にもかかわらず、この回路は、電気的に相互接続された複数の出力を備えた並列回路の場合、内部冗長性を備えた XNUMX つの電源を表します。

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ここでも、前のケースと同様に、インストール間の負荷分散だけでなく、出力バス間の負荷分散にも注意を払う必要があります。

また、一部の顧客は「汚い」食品の供給に断固として反対します。 どの動作モードでも負荷へのバイパスを使用します。 このアプローチでは、たとえばデータセンターで、スポークの XNUMX つに問題 (過負荷) が発生すると、ペイロードが完全にシャットダウンされ、システムがクラッシュします。

DDIBP のライフサイクルと電源システム全体への影響

DDIBP 設備は、慎重な、控えめに言っても敬虔な態度と定期的なメンテナンスを必要とする電気機械装置であることを忘れてはなりません。

メンテナンス スケジュールには、廃止措置、停止、洗浄、潤滑 (XNUMX か月に XNUMX 回) に加え、発電機の試験負荷への負荷 (XNUMX 年に XNUMX 回) が含まれます。 通常、XNUMX つのインストールのサービスには XNUMX 営業日かかります。 また、発電機を試験負荷に接続するための特別に設計された回路がないため、ペイロードの電源を切る必要があります。

たとえば、テスト負荷を接続するための専用回路がない場合に、二重の「分割」バスに「平均」電圧で接続された 15 台の並列動作 DDIUPS の冗長システムを考えてみましょう。

このような初期データを使用して、隔日モードで 30 (!) 暦日システムを保守するには、テスト負荷に接続するために出力バスの 0,959 つをオフにする必要があります。 したがって、出力バスの 0,92 つのペイロードへの電力供給の可用性は - XNUMX、実際には XNUMX です。

さらに、標準のペイロード電源回路に戻すには、必要な数の降圧トランスをオンにする必要があり、その結果、トランスの磁化反転に関連してシステム全体 (!) 全体で複数の電圧降下が発生します。

DDIBP の使用に関する推奨事項

上記のことから、次の条件がすべて満たされている場合には、DDIBP を使用した電源システムの出力に高品質 (!) の中断のない電圧が存在するという、快適ではない結論が得られます。

• 外部電源には大きな欠点はありません。
• システム負荷は時間の経過とともに一定であり、本質的にアクティブかつ線形です (最後の XNUMX つの特性はデータセンター機器には当てはまりません)。
• リアクタンス素子の切り替えによってシステムに歪みが生じることはありません。

要約すると、次の推奨事項を定式化できます。

• エンジニアリング機器とIT機器の電源システムを分離し、後者をサブシステムに分割して相互影響を最小限に抑えます。
• 専用のネットワークを用意して、単一の設置にサービスを提供できるようにし、単一の設置と同等の容量を持つ屋外テスト負荷を接続できるようにします。 これらの目的のために、接続用のサイトとケーブル設備を準備します。
• 電力バス、個々の設備、フェーズ間の負荷バランスを常に監視します。
• DDIBP の出力に接続された降圧トランスの使用は避けてください。
• 統計を収集するために、オートメーションおよび電源スイッチング デバイスの動作を慎重にテストして記録します。
• 負荷への電源供給の品質を検証するには、非線形負荷を使用して設備とシステムをテストします。
• 整備するときは、スターターバッテリーを分解して個別にテストしてください。 いわゆるイコライザーとバックアップ スタート パネル (RSP) が存在するにもかかわらず、XNUMX つのバッテリーに欠陥があるため、DD が始動しない場合があります。
• 負荷電流の高調波を最小限に抑えるために追加の措置を講じてください。
• さまざまなタイプの機械的問題の最初の兆候に迅速に対応するために、設備の音場と熱場、振動テストの結果を文書化します。
• 設備の長期的なダウンタイムを回避し、モーターのリソースを均等に配分するための措置を講じてください。
• 緊急事態を防ぐために、振動センサーの設置を完了してください。
• 音場と熱場が変化したり、振動や異臭が発生した場合は、さらなる診断のために直ちに設備の使用を停止してください。

PS 著者は、記事の主題に関するフィードバックをいただければ幸いです。

出所： habr.com