Dynamický rotační systém UPS

 

 

V normálním (síťovém) režimu se generátor (G, obr. 2) chová jako synchronní kompenzátor, který udržuje rychlost vnějšího rotoru setrvačníku – indukční spojky IC (Induction Coupling). Dodává jalovou složku výkonu do zátěže a pracuje v součinnosti s reaktorem R jako aktivní filtr. Při výpadku dodávky elektrické energie ze sítě začne generátor, který je těsně po výpadku poháněn indukční spojkou a pak dieselovým motorem, dodávat náhradní elektrickou energii do kritické zátěže. Jeho výstupní napětí je generováno s malým obsahem harmonických (obr. 3).

 

Reaktor – tlumivka – (R, obr. 3) odděluje ve skutečnosti výstup generátoru, popř. zátěž, od napájecího napětí sítě. Proto tedy může generátor podporovat výstupní napětí v úzkých tolerancích (±1 %) nezávisle na síťovém napětí. Poruchy napájecího napětí, jako jsou poklesy, špičky a harmonická zkreslení, nemají v tomto případě žádný dopad na výstupní napětí. Vstupní proud zařízení DRUPS má tvar ideální sinusovky bez ohledu na zatížení. Mimoto je vstupní proud souměrný a téměř ve fázi se vstupním napětím. Z toho vyplývá velká hodnota vstupního účiníku (typický indukční cos φ = 0,98), a to bez hledu na účiník připojené zátěže (obr. 4). V případě výpadku vstupního napájecího napětí je generátor, který byl těsně po výpadku hnán rotorem indukční spojky, nyní poháněn a řízen dieselovým motorem a jenž dodává napětí do kritické zátěže.

 

Indukční spojka (obr. 5a) je svým pojetím „srdcem“ systému DRUPS. Vnější (červený) rotor obsahuje dvoupólové třífázové vinutí, které urychluje volné protáčení vnitřního (žlutého) rotoru během normální činnosti zařízení (vstupní síť je přítomna). Selže-li síťové napětí, získá DRUPS napětí díky kinetické energii vnitřního rotoru. Množství energie dostupné pro vnitřní rotor je větší než energie postačující pro přemostění doby požadované pro nastartování dieselového motoru a zabezpečení dosažení požadovaných otáček – frekvence a také výstupního napětí DRUPS.

 

Mechanická volnoběžná spojka (obr. 5b) tvoří mechanické rozhraní mezi generátorem s indukční spojkou a dieselovým motorem. Rozpojení spojky dovoluje otáčet indukční spojkou, zatímco dieselový motor stojí. Jeli dieselový motor spuštěn a rychlost otáček dosáhne rychlosti generátoru s indukční spojkou, mechanická spojka automaticky sepne a dieselový motor začne pohánět soustrojí indukční spojka-generátor. Výsledkem je úplný start a rozběh dieselu bez zátěže. Tím je zajištěno rychlé a spolehlivé spouštění zařízení.

 

Dieselový motor (obr. 5c) je v normálním režimu nečinný. Motor je předehříván a předem promazáván, aby bylo zaručeno jeho rychlé a spolehlivé nastartování. Dojde-li k selhání používaného vstupního síťového napětí nebo je toto napětí mimo dovolenou toleranci, je vydán povel ke spuštění dieselového motoru a k převzetí zátěže (obr. 6).

 

 

Magneticky spřažený odbočkový reaktor a generátor fungují jako aktivní filtr, který efektivně odstraňuje rušení v napájecí síti před přivedením napětí do zátěže. Navíc je generátor schopen dávat velký zkratový proud, a to až čtrnáctkrát větší, než je jeho jmenovitá hodnota. To je další výhoda proti tradičním systémům statických UPS.

 

 

Jednotlivá a krátká porucha sítě může mít neblahé důsledky pro mnoho procesů v oblasti kritických aplikací, např. u počítačů v datových centrech, u internetových serverů apod. Ostatní komponenty mohou být bez napětí po několik sekund (např. klimatizace, osvětlení atd.). Jedno zařízení DRUPS může dodávat elektrickou energii pro oba typy zátěží v konfiguraci s tzv. dvojitým výstupem (obr. 7).

 

Kompletní vývojový proces od projektové přípravy, přes výrobu až po uvedení do provozu a zákaznickou podporu je řízen přísnými požadavky na kvalitu a je certifikován podle ISO 9001. Systém UPS musí vyhovovat směrnicím stanoveným v normativech IEC, ANSI, UL. Kromě toho jsou systémy UPS před expedicí testovány. Proto je také k dispozici největší testovací zařízení pro systémy UPS na světě o celkovém výkonu 20 MV·A (50/60 Hz).

 

 

^*) Společnost Hitec Power Protection je přední světový dodavatel zdrojů nepřerušitelného napájení (UPS – Uninterruptible Power Supply). Tato společnost patří v současné době k nejvýznamnějším průmyslovým poskytovatelům řešení v oblasti kvality energie se zaměřením na kritické infrastruktury a procesy. Kombinace kompaundního generátoru a reaktoru byla jako firemní koncepce rotačního filtru, jenž tvoří „srdce“ každého zařízení UPS značky Hitec, poprvé použita již v roce 1956. V roce 1963 došlo ke sloučení s nizozemskou elektrotechnickou společností pod názvem Holec. První dieselové zařízení UPS o zdánlivém výkonu 300 kV·A bylo uvedeno na trh v roce 1969 (500 kV·A v roce 1974). První indukční spojka s volně se otáčejícím vnitřním rotorem byla uvedena do provozu v roce 1991. V roce 1998 se společnost přejmenovala na Hitec Power Protection.

 

V normálním režimu činnosti funguje reaktor a generátor jako aktivní filtr, který odstraňuje rušivé prvky v síti, jež by mohly ovlivňovat zátěž. Generátor běží jako motor a pohání vnější rotor indukční spojky rychlostí 1 500 min^–1. Prostřednictvím dvoupólového třífázového budicího vinutí vnějšího rotoru dosáhne vnitřní rotor rychlost 3 000 min^–1 vzhledem k vnějšímu rotoru. Výsledným efektem je ukládání kinetické energie do vnitřního rotoru. Vnější rotor indukční spojky je oddělený od pohotovostního dieselového motoru volnoběžnou spojkou.

V případě selhání síťového napětí nebo nepřijatelných odchylek tohoto napětí je vstupní jistič Q1 rozepnut. Stejnosměrné vinutí indukční spojky je vybuzeno, a umožní tak přenos akumulované kinetické energie z vnitřního rotoru do vnějšího rotoru (vnitřní rotor je dobrzďován). Rychlost generátoru zůstane konstantní na hodnotě 1 500 min^–1. Současně je spuštěn dieselový motor a během dvou sekund dosáhne rychlosti 1 500 min^–1, při níž automaticky sepne volnoběžná spojka. Za několik sekund motor spolu s indukční spojkou začne řídit generátor, a tím dojde k napájení zátěže správným napětím; během pěti až deseti sekund začne dieselový motor sám dodávat výkon do zátěže.

Je-li systém v tomto režimu, je třífázové střídavé vinutí vnějšího rotoru opět vybuzeno napětím, což umožní rozběh (dobití) vnitřního rotoru pro znovudosažení rychlosti 3 000 min^–1. Rychlost dieselového motoru je sledována a digitálně snímána pro zabezpečení konstantní výstupní frekvence. Zatímco probíhá režim činnosti dieselového motoru, pohybuje se výstupní frekvence ve velmi úzkém tolerančním poli. To platí dokonce i v případech, mění-li se zatížení po velkých krocích, dokud je využívána indukční spojka pro podporu činnosti dieselového motoru.

Je-li vstupní síťové napětí opět stabilizováno, DRUPS se synchronizuje se sítí a sepne Q1. Nato dieselový motor sníží své otáčky na hodnotu 1 450 min^–1. Výsledkem tohoto kroku je vypnutí volnoběžné spojky. Současně se generátor vrátí do režimu motoru a udržuje rychlost otáčení vnějšího rotoru indukční spojky na 1 500 min^–1. Dieselový motor pokračuje po krátkou dobu v chodu naprázdno, aby se ochladil. Po kompletním ochlazení bude motor vypnut a vrátí se do pohotovostní polohy.