1、Logo 柴油发电机组与 UPS的匹配 介 绍 Logo 功率因素问题要素 时轴 A轴 0BaFaBB C轴 A C Z X Y B轴 2mI设电流尾进 首出为正， IaF0f1F，交轴电枢反应 000E(1)、电枢电流 与激磁电动势 同相时 (0=0 ) 0EIaB0Bf1FAI0AE0CE 0BECI BImIS N d轴 (a) 空间矢量图 (c) 时空矢量图 (b) 时间相量图 q 轴 紫色为流入 蓝色为流出 Bns 设转子 顺时针旋转 d轴 A轴 q 轴 时轴 取主极轴线超前 A相轴线 90的时刻绘图 Logo 功率因素问题要素 时轴 A轴 0B aFaBB C轴 A C Z X Y
2、 B轴 I aF0f1F，直轴去磁电枢反应 9000E(2)、电枢电流 滞后激磁电动势 90时 (0=90 ) 0EIaB0Bf1FAI0AE0CE 0BECIBIS N d轴 (a) 空间矢量图 (c) 时空矢量图 (b) 时间相量图 q 轴 ns d轴 A轴 q 轴 时轴 请取 A相电流达最大值的时刻绘图 Logo 功率因素问题要素 时轴 A轴 aFB C轴 A C Z X Y B轴 I)( aa BF 0)( 0f1 BF ，直轴增磁电枢反应 9000E(3)、电枢电流 超前激磁电动势 90时 (0= 90 ) 0EIf1FAI0AE0CE 0BECIBIS N d轴 (a)空间矢量图
3、(c) 时空矢量图 (b) 时间相量图 q 轴 ns d轴 A轴 q 轴 时轴 请取 A相电流达最大值的时刻绘图 Logo 功率因素问题要素 时轴 A轴 0BaFaBB C轴 A C Z X Y B轴 IaF0f1F电枢反应，兼有交轴和直轴去磁 900 00E(4)、一般情况下的电枢反应 电枢电流 滞后激磁电动势 一个锐角 (0 0 90 ) 0EIaB0Bf1FAI0AE0CE 0BECIBIS N d轴 (a) 空间矢量图 (c) 时空矢量图 (b) 时间相量图 q 轴 ns d轴 A轴 q 轴 时轴 0adFaqFLogo 功率因素问题要素 (1)电枢反应的性质与激磁电动势 和电枢电流
4、的夹角 0(即内功率因数角 )有关 。 (2)电枢反应的性质有交磁 、 去磁 、 增磁三种 。 (3)交轴电枢反应是实现机电能量转换的关键 ， 因为只有交轴电枢反应才产生制动性质的电磁转矩 ， 原动机必须克服制动电磁转矩做功 ， 从而将机械能 转变成电能 。 Logo 功率因素问题要素 (1) 0 0 时，为交轴电枢反应，作用是使气隙磁场轴线从空载时的直轴处逆转向后移了一个锐角，主磁场超前气隙磁场，主极上受到制动性质的电磁转矩，使发电机转速降低，影响发电机有功功率的输出。 (2) 0 90 时，为直轴去磁电枢反应，作用是使气隙磁场削弱，发电机端电压下降，影响发电机无功功率的输出。 (3) 0
5、-90 时，为直轴增磁电枢反应，作用是使气隙磁场增强，发电机端电压上升，影响发电机无功功率的输出。 0 0 、 90 和 90 时电枢反应的性质 、 作用和对电机功率传递的影响 ？ Logo 功率因素问题要素 Logo 功率因素问题要素 PQ图 a a Logo 功率因素问题要素 PQ图 Logo 功率因素问题要素 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 标么值 kW 0.95 1.00 0.95 0.9 0.9 0.8 0.8 功率因
6、素 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0输出 (滞后 -感性 ) 输入 (超前 -容性 ) 标么值 kVAR 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 标么值 kW 定子损害 转子损害 极距滑动不稳定 安全运行区域 发动机过载 同步电抗 Xd = 3.0, (300%) Logo 功率因素问题要素 1、 发动机功率线 2、发电机功率线 3、功率因素曲线 4、运行标定曲线 Logo 概述 1、 网络数据中心 、 数据交换中心 、 金融结算中心 、 重 要系统
7、调度中心等关键部门的设备都需要不间断的 电源供电 ， 都需要配套 UPS。 2、 通常供电模式采用： 一路市电供电 +柴油发电机组备用 +UPS。 3、 重要供电模式采用： 两路市电供电 +柴油发电机组备用 +UPS。 Logo 发电机组和 UPS之间的配合问题 主要是由于整流器产生的电流谐波对供电系统产生的不良影响： 1、对发电机组的电压调节器的影响 2、对 UPS的同步电路的影响 Logo 发电机组和 UPS不匹配易出现的现象 1.发电机组的输出电压突然增高到 440V以上，造成 UPS损坏。 2.发电机组输出频率到 50 60Hz，致使 UPS保护动作。 3.发电机组出现严重的机械共振现
8、象，柴油机出现有节奏的 摇摆和声音起伏，严重会损坏发电机的励磁回路和 AVR 4.UPS检测到过电压或过频率而自动关断整流器，由后备电池 组逆变向负载供电，反复出现油机 +蓄电池逆变切换供电。 上述现象的原因都有哪些呢？下面介绍一下负载性质！ Logo 负载的特性 1、负载的分类（ 根据负载的特性） ： 1）线性负载 2）非线性负载。 Logo 1、 线性负载 ： 1）电压和电流之间是线性关系的负载， 如果发电机的电压是正弦波，通 过负载的电流也是正弦波，如图所示。 2）常见的线性负载有加热器、白炽照明灯、变压器、直接启动或传统降 压启动方式的电动机等。 3）线性负载根据电压和电流的相位关系又
9、分为电阻性（如电阻、电炉 、 白帜灯等）、电感性（如感应电动机、变压器等）、电容性（如电容 器等）负载。 线性负载的特性 电流 Current 电压 Voltage Logo 1、 非 线性负载 ： 1）电压和电流之间是非线性关系的负载， 存在基波（ 50或 60 Hz）和谐波 (3 次、 5次 ,、 7次、 11次等 奇次谐波 )存在不同的幅值和相位畸变波形。如后附图 。 2）在负载投入、运行过程中，电压、电流的关系是经常变化的，其波形也不是我们常说的正弦交流波，而是含有不光滑的畸变成分，根据数学的方法可分解为基波和一系列的高次谐波，主要是 3次、 5次、7次、 11次等奇次谐波 线性负载的
10、特性 Logo 图一 线性负载的特性 三次谐波 3rd harmonic 电压 正常电压 电流 电压波形畸变 发电机采取相应措施后的 Logo 线性负载的特性 电流 电压 正常的电压 5和 7次谐波 变速器、变频器、不间断电源 图二 畸变的电压波形会对其它负载产生干扰，并使发电机温升升高 发电机采取相应措施后的 接近于正常波形 Logo 电流谐波的构成 4、 6、 12 脉冲非线性负载产生的谐波类型及电流谐波 P U L S E N U M B E R 4 6 121 S T H A R M O N I C 100% 100% 100%2 N D3 R D 33%4 T H5 t h 20%
11、20%6 t h7 t h 1 4 . 3 0 % 1 4 . 3 0 %8 t h9 t h 1 1 . 1 0 %1 0 t h1 1 t h 9 . 1 0 % 9 . 1 0 % 9 . 1 0 %1 2 t h1 3 t h 7 . 7 0 % 7 . 7 0 % 7 . 7 0 %1 4 t h1 5 t h 6 . 7 5 %1 6 t h1 7 t h 5 . 9 0 % 5 . 9 0 %1 8 t h1 9 t h 5 . 3 0 % 5 . 3 0 %2 0 t hT O T A L H A R M O N I CD I S T O R T I O N ( T H D )
12、 45% 30% 14%图表中可以看到： 1、四脉冲系统产生谐波有： 3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17、 19次 2、六脉冲系统产生谐波有： 5、 7、 11、 13、 17、 19次。 3、 十二脉冲系统产生谐波有： 11、 13次 * 谐波电流比例 % (p.u) ： 1/3rd, 1/5th, 1/7th, 1/9th *总谐波畸变 =谐波电流方根总数 *对应的总的畸变谐波 THD分别为： 45%-30%-14% *十二脉冲的 UPS谐波危害最小 Logo 电流谐波的构成 4、 6、 12 脉冲非线性负载产生的谐波类型及电流谐波 P U L S E N U M B E
13、 R 4 6 121 S T H A R M O N I C 100% 100% 100%2 N D3 R D 33%4 T H5 t h 20% 20%6 t h7 t h 1 4 . 3 0 % 1 4 . 3 0 %8 t h9 t h 1 1 . 1 0 %1 0 t h1 1 t h 9 . 1 0 % 9 . 1 0 % 9 . 1 0 %1 2 t h1 3 t h 7 . 7 0 % 7 . 7 0 % 7 . 7 0 %1 4 t h1 5 t h 6 . 7 5 %1 6 t h1 7 t h 5 . 9 0 % 5 . 9 0 %1 8 t h1 9 t h 5 . 3
14、0 % 5 . 3 0 %2 0 t hT O T A L H A R M O N I CD I S T O R T I O N ( T H D ) 45% 30% 14%N=kp 1 n =谐波秩序。 k =整数 1、 2、 3、等等。 p =脉冲数。 Logo 6脉冲 UPS电流谐波的构成 6 脉冲非线性负载单个的电流谐波构成 谐波 (第 n个 ) 频率 In% 5 250 20 7 350 14 11 550 9 13 650 8 17 850 6 19 950 5 23 1150 4 25 1250 4 Logo 谐波的类型及分析 谐波与电压畸变是关联，下面了解一下电流谐波振幅的个体值
15、 1、总谐波畸变： THD% = 100 SQRT( Un/U) -Un 指第 n个 电压谐波的均方根振幅； -U 指第一个电压谐波的均方根振幅。 2、对于 3相发电机，如果没有分配零线，需要考虑 3次谐波的倍数 （多重 3次谐波 ）。 于是，前面的公式变为： THD% = 100 SQRT (U5+U7+U11+ Un)/U) Logo 6脉冲 UPS电流谐波含量 1、通过方程式 X”d% = (100 THD%)/ SQRT (5 I5%)+(7 I7%)+(n In%) 可以计算出的 X“d(直轴次瞬变电抗 )值。 2、 X“d值用来适应 THD电压畸变要求 (数据可在发电机数据表中查到
16、） 。 3、当直轴次瞬变电抗值计算出来后，可知道负载的电流谐波含量。 Logo 谐波与发电机参数的关系 谐波产生的压降取决于“直轴次瞬变电抗 (X“d) 1、直轴次瞬变电抗 (X“d)是发电机的一个重要参数 2、 Un = X”d n In Un% = (X”d%/100) n In% 3、如果知道电流谐波的相对振幅，则可很容易计算电压谐波的组 分 /组件。这些变流器中的振幅是变换结构 /组合的一种功能。 4、如果 THD是规定好的，可以从给出的电流谐波的内容 /含量计算 出需要的 X“d。 *典型设备的可接受的水平电压畸变数据： UPS Systems 10% Inverter Drives
17、 15% Soft starters 20% Rectifiers 20% Logo 谐波与发电机参数的关系 直轴次瞬变电抗 (X“d)是发电机的一个重要参数，不同的电压等级其值是不同的。下表为斯坦福 UCI274F发电机的数据 : Logo 发电机组与 UPS的匹配选择 由于发电机组和 UPS两者间的配合存在上述问题，解决上述问题的需要从两个方面进行： 1、正确选择发电机的机组功率和励磁工作方式，不同的 励磁方式和适当 匹配功率等有助于问题的最小化； 2、选择更能适合发电机组特性的 UPS。 Logo UPS非线性负载的特性 1、 UPS的主要部件之一是整流滤波器件，属于非线性负载。 2、 UPS作为机组的负载，即要为终端设备供电，也要为电池 进行充电。 3、非线性负载会对柴油发电机组反射大量的高次谐波，其中 以 5次和 7次谐波危害最严重， *非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害更明显 Logo 移动通讯机房负载的特点 移动局房的负荷中常见非线性负载的类型： （ 1） 软起动器（可控硅电动机启动器）； （ 2） 高频开关电源、交流不间断电源（ UPS）； （ 3） 变频控制的电动机、电梯、泵等制造过程控制 （ 4） 电子数据图象设备、无线电发射设备，可控灯光设备； （ 5） 电信通信设备； （ 6） 荧光灯等
