Назначение источников бесперебойного питания
СОДЕРЖАНИЕ: Применение систем с непрерывным автоматическим технологическим процессом и значение источников бесперебойного питания в предотвращении потерь. Их классификация по мощности, типам, структура и коэффициенты мощности. Технические характеристики ИБП.СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Классификация источников бесперебойного питания по мощности
Глава 2. Типы источников бесперебойного питания и их структура
Глава 3. Технические характеристики источников бесперебойного питания
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Проблема и ее актуальность. В настоящее время наблюдается увеличение потребности в высокоскоростных центрах обработки данных, системах телекоммуникационной связи в реальном масштабе времени и применении систем с непрерывным автоматическим технологическим процессом. Рост потребности в таком оборудовании вместе с обеспечением большим количеством разнообразных возможностей выдвигает повышенные требования к источникам электропитания.
Невзирая на то, что при генерации электроэнергии, напряжение имеет отличные характеристики, в тот момент, когда электропитание достигает потребителя, его качество далекое от идеального. Большинство типов помех недопустимое, например, значительные провалы напряжения и колебания частоты, что может привести к непоправимым потерям, вызванным повреждением оборудования. Обычно же финансовые последствия этого могут быть существенными, влияя не только на текущую работу, но, что является серьезнее, и на развитие предприятия, которое понесло убытки.
При проектировании радиоэлектронной аппаратуры, одним из основных критериев экономичности является снижение потребляемой устройством мощности (в частности, применение новых технологий позволило сократить на несколько порядков потребление энергии бытовой аппаратурой, по сравнению, например с тем, что было десятки лет тому назад).
За прошедшие более чем 100 лет от момента появления первого электронного устройства (радио А.С. Попова) до наших дней изменилось несколько поколений электронных устройств, которые имеют принципиальные отличия по функциональным возможностям, типу применяемой элементной базы, конструктивно-техническому решению и т.д. Это равной мерой относится к радиоэлектронной аппаратуре бытового назначения, так и системам управления сложными техническими объектами, такими как воздушные лайнеры, космические аппараты и др. Однако каждый вид электронных средств, будь это компьютер, схема управления работой системы жизнеобеспечения, проигрыватель компакт дисков или радиолокационная станция, все они имеют устройство, которое обеспечивает электропитанием все узлы и элементы (электронных ламп, транзисторов, микросхем), устройств, которые входят в ту или другую систему. Следовательно, наличие источника питания в любом устройстве вещь вполне очевидная и требования к нему достаточно большие, ведь от его качественной работы зависит работа устройства в целом. Особенное внимание, при разработке источников питания, стали уделять при построении сложных цифровых устройств (персональный компьютер или любая другая микропроцессорная техники), где возникла потребность обеспечения этих устройств непрерывным и самое главное - качественным питанием. Пропадание напряжения для устройств этого класса может быть фатальным: медицинские системы жизнеобеспечения нуждаются в постоянной работе комплекса устройств, и требования к их питанию очень строги; системы банковской защиты и охранные системы; системы экстренной связи и передачи информации.
При создании электронного устройства отдельного класса и назначения (электронно-вычислительные машины, медицинская и бытовая электронная техника, средства автоматизации) источник обеспечения гарантированного питания может быть подобран из тех, которые выпускаются серийно. В некоторых странах существуют фирмы, которые специализируются на промышленном выпуске источников бесперебойного питания, и потребитель имеет возможность выбрать тот, который ему больше всего подходит. Однако, когда по эксплуатационным, конструкторским или другим характеристикам источника бесперебойного питания, которые выпускаются серийно, не удовлетворяют потребностям потребителя, необходимо разработать новый, с учетом всех правил, специфических для этого вида.
Объект и предмет исследования. Объект исследования – источники бесперебойного питания. Предметом исследования является анализ использования и технических характеристик ИБП.
Цель и задачи исследования. Цель данной курсовой работы – рассмотреть, какие существуют виды ИБП, их классификация. Задачи – рассмотреть, что такое источник бесперебойного питания.
Методы исследования. При исследовании данной темы использовались такие методы, как изучение и анализ научной литературы.
Глава 1. Классификация источников бесперебойного питания по мощности
Источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supplie, UPS) - статическое устройство, предназначенное, во-первых, для резервирования (защиты) электроснабжения электроприемников за счет энергии, накопленной в аккумуляторной батарее и, во-вторых, для обеспечения КЭ у защищаемых электроприемников.
Известны также ИБП, выполненные на основе вращающихся машин с накопителями энергии на основе маховиков и статических ИБП, с накопителями на основе аномальных конденсаторов большой емкости, исчисляемой фарадами. В литературе также применяется термин «агрегат бесперебойного питания» (АБП), но в настоящее время наиболее употребителен термин «ИБП».[1]
Существующая классификация ИБП производится по двум основным показателям - мощности и типу ИБП. Классификация ИБП по мощности носит отчасти условный характер и связана с исполнением (конструкцией) ИБП.
К маломощным ИБП принято относить устройства, предназначенные для непосредственного подключения к защищаемому оборудованию и питающиеся от электрической сети через штепсельные розетки. Можно встретить даже название «розеточные ИБП». Данные устройства изготавливаются в настольном, реже - напольном исполнении, а также в исполнении, предназначенном для установки в стойку (rack-mount, RM). Как правило, эти устройства выпускаются в диапазоне мощностей от 250 до 3000 ВА.
К ИБП средней мощности относятся устройства, питающие защищаемое оборудование от встроенного блока розеток либо подключаемые к групповой розеточной сети, выделенной для питания защищаемых электроприемников. К питающей сети эти ИБП подключаются кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат. Данные устройства изготавливаются в исполнении, пригодном для размещения как в специально приспособленных электромашинных помещениях, так и в технологических помещениях инфокоммуникационного оборудования, допускающих постоянное присутствие персонала. Как правило, эти устройства выпускаются в напольном исполнении или в исполнении RM. Типичный диапазон мощностей таких ИБП от 3 до 30 кВА.
К ИБП большой мощности принято относить устройства, подключаемые к питающей сети кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат и питающие защищаемое оборудование через выделенную групповую розеточную сеть. Данные ИБП имеют напольное исполнение для размещения в специально приспособленных электромашинных помещениях. Типичный диапазон мощностей таких ИБП охватывает значения от 10 до нескольких сотен кВА (известны модели мощностью до 800 кВА). Параллельные системы ИБП и энергетические массивы могут иметь мощности до нескольких тысяч кВА, но это уже характеристики системы, а не единичного ИБП или силового модуля энергетического массива.
Глава 2. Типы источников бесперебойного питания и их структура
По принципу устройства ИБП можно отнести к двум типам.
Первый тип - это источники бесперебойного питания с режимом работы offline (off-line - дословно «вне линии»). Принцип работы этого типа ИБП заключается в питании нагрузки от питающей сети и быстром переключении на внутреннюю резервную схему при отключении питания или отклонении напряжения за допустимый диапазон. Время переключения обычно составляет величину порядка 4... 12 мс, что вполне достаточно для большинства электроприемников с импульсными блоками питания.[2]
Второй тип - это источники бесперебойного питания с режимом работы online (on-line - дословно «на линии»). Эти устройства постоянно питают нагрузку и не имеют времени переключения. Наряду с резервированием электроснабжения они предназначены для обеспечения КЭ при его нарушениях в питающей сети и фильтрации помех, приходящих из питающей сети.
Достаточно часто в литературе по источникам бесперебойного питания упоминаются источники бесперебойного питания с режимом работы line-interactive (line-interactive UPS). Принцип их работы в значительной степени схож с принципом работы off-line, за исключением наличия так называемого «бустера» - устройства ступенчатой стабилизации напряжения посредством коммутации обмоток входного трансформатора и использования основной схемы для заряда и подзаряда батареи, что обеспечивает более быстрый выход устройства на рабочий режим при переходе на питание от АБ. При этом время переключения на работу от АБ сокращается до 2...4 мс.
В зависимости от знака и величины отклонения напряжения U включается соответствующая комбинация «отпаек» (витков) трансформатора. Данное регулирование напряжения носит ступенчатый характер. Условные обозначения на рисунках и схемах здесь и далее соответствуют приложению 1. При отклонении напряжения U выше номинального значения бустер переключает отпайку в положение - U, снижая тем самым значение напряжения, поступающего в схему ИБП и далее к электроприемнику. При отклонении напряжения ниже номинального значения бустер преключает отпайку в положение + U. Такая схема бустера применяется редко, на смену ей пришла схема, аналогичная магнитному усилителю. В этой схеме имеются две встречно включенные обмотки, соответственно намагничивающие или размагничивающие сердечник бустера. Различие между ИБП off-line и line-interactive фактически стерлось, поскольку появились модели off-line с возможностью регулирования напряжения в нормальном режиме при помощи введенного в схему бустера. Единственно, что различает эти типы ИБП, - это форма выходного напряжения в автономном режиме. У ИБП типа off-line - это прямоугольная форма и аппроксимация синусоиды ступеньками и трапецией, line-interactive имеет синусоидальное выходное напряжение.
Для питания технических средств с импульсными блоками питания форма выходного напряжения ИБП значения не имеет. Cтруктура ИБП типа off-line и line-interactive.
В нормальном режиме ИБП пропускает питание на нагрузку, осуществляя подавление высокочастотных помех и импульсов напряжения в LC-фильтре и компенсируя отклонения напряжения бустером. Аккумуляторная батарея заряжается (подзаряжается) от зарядного устройства (выпрямителя). При отключении питания запускается инвертор, и переключатель переводит питание нагрузки на инвертор ИБП. Переключение осуществляется автоматически, и АБ будет питать нагрузку до момента восстановления напряжения на входе или до исчерпания её ёмкости. В схеме б при запуске инвертора отключается вход ИБП от линии питания с целью исключения подачи обратного напряжения со стороны нагрузки в питающую линию.[3]
Инвертор входит в состав всех типов ИБП. Он представляет собой полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения АБ в переменное напряжение 220/380 В, поступающее на электроприемники (нагрузку). В современных ИБП типа line-interactive инвертор совмещает в себе функции как собственно инвертора, так и зарядного устройства.
В зависимости от модели ИБП инвертор формирует напряжение различной формы. Существуют упрощенные схемы инверторов, формирующие напряжение прямоугольной формы с бестоковыми паузами. Более совершенные схемы инверторов позволяют формировать напряжение, близкое к синусоидальной форме - аппроксимированное ступенями. Оба типа таких инверторов характерны для ИБП малой мощности и пригодны для работы с импульсными блоками питания. Инверторы ИБП типа line-interactive формируют напряжение синусоидальной формы с низким содержанием гармоник (как правило, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU 3%). Такие инверторы пригодны для питания всех типов нагрузок - от импульсных блоков питания до двигателей. Как правило, форма напряжения инвертора и КU указываются в каталожных данных ИБП.
Типичный диапазон мощностей ИБП типов off-line и line-interactive от 250 В А до 3...5кВА.
Источники бесперебойного питания с режимом работы on-line выпускаются нескольких типов (по принципам преобразования энергии). Существуют четыре типа on-line ИБП:
· с одиночным преобразованием;
· с дельта-преобразованием;
· феррорезонансные ИБП;
· с двойным преобразованием.
Принцип одиночного преобразования (single conversion) заключается в следующем. В цепь между питающей сетью и нагрузкой включен дроссель, к выходу которого подключен инвертор. Инвертор в данной схеме является реверсивным и способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное и наоборот. Помимо питания нагрузки в автономном режиме вторым назначением инвертора является регулирование напряжения на стороне нагрузки при отклонениях в питающей сети.
У ИБП данного типа КПД весьма высок и может достигать 96%. Однако имеются некоторые недостатки, например низкое значение входного коэффициента мощности (cos 0,6), при этом он меняется при изменении как напряжения сети, так и характера нагрузки.
Кроме того, при малых нагрузках данные ИБП потребляют существенные реактивные токи, соизмеримые с номинальным током установки. Среди современных ИБП последних моделей подобный тип не встречается, поскольку на смену ему пришла технология дельта-преобразования, являющаяся развитием технологиии одиночного преобразования.
Принцип дельта-преобразования (delta conversion) основан на применении в схеме ИБП так называемого дельта-трансформатора. Дельта-трансформатор представляет собой дроссель с обмоткой подмагничивания, которая позволяет управлять током в основной обмотке (аналогично принципу магнитного усилителя). В ИБП применяются два постоянно работающих инвертора. Один служит для управления дельта-трансформатором и, соответственно, регулировки входного тока и компенсации некоторых помех. Его мощность составляет 20% от мощности второго инвертора, работающего на нагрузку. Второй инвертор, мощность которого определяет мощность ИБП, формирует выходную синусоиду, обеспечивая коррекцию отклонений формы входного напряжения, а также питает нагрузки от батарей при работе ИБП в автономном режиме. Благодаря такой схеме обеспечивается возможность плавной загрузки входной сети при переходе из автономного режима работы от батарей к работе от сети (режим on-line), а также высокая перегрузочная способность - до 200% в течение 1 мин.
При загрузке ИБП данного типа на 100% номинальной мощности коэффициент полезного действия составляет 96,5%. Однако высокие показатели данный тип ИБП обеспечивает при следующих условиях: отсутствии отклонений и искажений напряжения в питающей сети, нагрузке ИБП, близкой к номинальной и являющейся линейной. В реальных условиях показатели данного типа ИБП (КПД = 90,8...93,5%) приближаются к показателям ИБП с двойным преобразованием, рассмотренного ниже. Реальное достижение высоких заявленных значений КПД ИБП с дельта-преобразованием возможно при широком внедрении импульсных блоков питания с коррекцией коэффициента мощности. Это означает, что нагрузка приобретает преимущественно активный характер и создаются условия для проявления высоких энергетических характеристик ИБП. В последнее время коэффициент мощности новых блоков питания достиг значения 0,92...0,97. Другим достоинством ИБП с дельта-преобразованием является высокий коэффициент мощности самого устройства, близкий к 1. Это облегчает совместную работу ИБП и ДГУ. На основе ИБП с дельта-преобразованием строятся мощные централизованные СБЭ с избыточным резервированием. Естественно, возможны также схемы с единичными ИБП. Диапазон мощностей ИБП этого типа 10...480 кВА. Возможно параллельное объединение до 8 ИБП для работы на общую нагрузку в одной СБЭ. Данный тип ИБП является основной альтернативой типу ИБП с двойным преобразованием.[4]
Феррорезонансные ИБП названы так по применяемому в них феррорезонансному трансформатору. В основу принципа его работы положен эффект феррорезонанса, применяемый в широко распространенных стабилизаторах напряжения. При нормальной работе трансформатор выполняет функции стабилизатора напряжения и сетевого фильтра. В случае потери питания феррорезонансный трансформатор обеспечивает нагрузку питанием за счет энергии, накопленной в его магнитной системе. Интервала времени длительностью 8... 16 мс достаточно для запуска инвертора, который уже за счет энергии аккумуляторной батареи продолжает поддерживать нагрузку. Коэффициент полезного действия ИБП данного типа соответствует КПД систем двойного преобразования (не превышает 93%). Данный тип источников бесперебойного питания широкого распространения не получил, хотя обеспечивает очень высокий уровень защиты от высоковольтных выбросов и высокий уровень защиты от электромагнитных шумов. Предел мощности ИБП данного типа не превышает 18 кВА.
Наиболее широко распространен тип ИБП двойного преобразования (double conversion UPS), представленный на рисунке.
Зачастую в качестве синонима двойного преобразования употребляют on-line. Это не вполне верно, так как к группе ИБП типа on-line относятся и другие схемы ИБП. В ИБП этого типа вся потребляемая энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором - в энергию переменного тока. Выпрямитель - это полупроводниковый преобразователь. В трехфазных ИБП средней и большой мощности - это регулируемый преобразователь, выполненный по мостовой 6-импульсной схеме (схеме Ларионова), на основе полупроводниковых вентилей - тиристоров. Для улучшения энергетических характеристик выпрямителя (снижения искажений, вносимых в сеть при работе преобразователя) применяют двухмостовые выпрямители, выполненные по 12-импульсной схеме. Выпрямители в такой схеме включены последовательно, они подключаются к питающей сети через трехобмоточный трансформатор. В современных ИБП выпрямитель непосредственно не работает на подзаряд АБ. Для зарядки АБ в схему ИБП введено специальное зарядное устройство - преобразователь постоянного тока, оптимизирующее заряд АБ, управляя напряжением на АБ и зарядным током.
Обязательным элементом схемы ИБП большой и средней мощности является байпас (bypass) - устройство обходного пути. Это устройство предназначено для непосредственной связи входа и выхода ИБП, минуя схему резервирования питания.
Байпас позволяет осуществлять следующие функции:
· включение/отключение ИБП при проведении ремонтов и регулировок без отключения питания электроприемников;
· перевод нагрузки с инвертора на байпас при возникновении перегрузок и коротких замыканий на выходе источника бесперебойного питания;
· перевод нагрузки с инвертора на байпас при удовлетворительном КЭ в питающей сети с целью снижения потерь электроэнергии в ИБП (econom mode - экономичный режим работы).[5]
Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устройство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механического) байпаса. Статический байпас представляет собой тиристорный (статический) ключ из встречно-паралельно включенных тиристоров. Управление ключом (включено/выключено) осуществляется от системы управления ИБП. Оно может производиться как вручную, так и автоматически. Автоматическое управление осуществляется при возникновении перегрузки и в экономичном режиме работы ИБП. При этом в обоих случаях напряжение инвертора синхронизировано с напряжением на входе цепи байпаса и с импульсами управления, что позволяет произвести перевод нагрузки с инвертора на байпас и обратно «без разрыва синусоиды».
Ручной (механический) байпас представляет собой механический выключатель нагрузки, шунтирующий статический байпас. Он предназначен для вывода ИБП из работы со снятием напряжения с элементов ИБП. При включенном ручном байпасе питание нагрузки осуществляется через цепь «вход байпаса-ручной байпас-выход ИБП». Остальные элементы схемы ИБП: выпрямитель, инвертор, АБ, статический байпас - на время включения ручного байпаса могут быть обесточены (отключены от питания и нагрузки) с целью ремонта, регулировок, осмотров и т.д. Об отключении АБ можно говорить с некоторой натяжкой, ибо, будучи в заряженном состоянии, АБ является мощным источником постоянного напряжения, представляющим опасность для обслуживающего персонала. По классификации «Межотраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок» работы с АБ следует относить к виду работ с частичным снятием напряжения. При необходимости замены аккумуляторов АБ ИБП переводят на ручной байпас, специальным инструментом разъединяют АБ на отдельные аккумуляторы, после чего опасность поражения электрическим током устраняется.
При работе на байпасе, как статическом, так и ручном, ИБП не имеет возможности обеспечивать бесперебойное питание потребителей. Такие режимы должны сопровождаться административно-техническими мероприятиями для исключения нежелательных последствий для потребителей при отключении питания при работе на байпасе. Самая простая мера - проведение профилактических и ремонтных работ в нерабочее время потребителей.
Инвертор, управляемый микропроцессором, вырабатывает синусоидальное напряжение, поступающее на нагрузку. В мощных трехфазных ИБП инвертор также выполнен по трехфазной мостовой схеме. Для построения синусоиды в инверторе реализован принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Принцип его действия состоит в подаче импульсов переменной скважности через тиристоры на трансформатор, выполняющий одновременно роль фильтра, или непосредственно на LC-фильтр на выходе инвертора. В результате формируется синусоидальное напряжение с низким коэффициентом гармонических искажений: КU 3%. [6]
В современных ИБП двойного преобразования применяют схему зеркального преобразования. На рисунке изображены выпрямитель и инвертор ИБП, выполненные по схеме зеркального преобразования. В основу схемы положено применение мощных IGBT-транзисторов (Insulated Gate Bipolar Transistor - полевой биполярный транзистор с изолированным затвором). Смысл термина «зеркальное преобразование» состоит в том, что процессы выпрямления и инвертирования электроэнергии реализованы на одинаково выполненных преобразователях. Преимущества применения зеркального преобразования заключаются в обеспечении:
· отсутствия нелинейных искажений входного тока без дополнительных фильтров;
· коэффициента мощности ИБП, близкого к единице;
· реализации принципа ШИМ без выходного трансформатора и фильтра.
Это позволяет оптимизировать совместную работу ИБП с ДГУ, снизить массо-габаритные показатели. Недостатком зеркального преобразования является более низкий КПД (на 1...1,5%), чем у ИБП двойного преобразования с тиристорными преобразователями. Это ограничивает область применения ИБП с зеркальным преобразованием мощностью до 30...40 кВА. В мощных трехфазных ИБП двойного преобразования часто применяют комбинированные схемы преобразователей - тиристорный выпрямитель и инвертор на ЮВТ-транзисторах.
Технология двойного преобразования отработана и успешно используется свыше двадцати лет, однако ей присущи принципиальные недостатки:
· ИБП является причиной гармонических искажений тока в электрической сети (до 30%) и, таким образом, - потенциально причиной нарушения работы другого оборудования, соединенного с электрической сетью; он имеет низкое значение входного коэффициента мощности (cos);
· ИБП имеет значительные потери, так как принципом получения выходного переменного тока является первичное преобразование в энергию постоянного тока, а затем снова преобразование в энергию переменного тока; в процессе такого двойного преобразования обычно теряется до 10% энергии.
Первый недостаток устраняется за счет применения дополнительных устройств (входных фильтров, 12-импульсных выпрямителей, оптимизаторов-бустеров), а второй принципиально не устраним (у лучших образцов ИБП большой мощности КПД не превышает 93%). Современные ИБП двойного преобразования оборудуются так называемыми кондиционерами гармоник и устройствами коррекции коэффициента мощности (cos). Эти устройства входят либо в базовый комплект ИБП, либо применяются опционально и позволяют снять проблему с внесением гармонических искажений (составляют не более 3%) и повысить коэффициент мощности до 0,98.
Поскольку в дальнейшем при рассмотрении систем бесперебойного электроснабжения мы будем ориентироваться в основном на ИБП двойного преобразования, то имеет смысл более подробно рассмотреть варианты исполнения схем ИБП данного типа. Существуют схемы ИБП 1:1, 3:1 и 3:3. Это означает:
· 1:1 - однофазный вход, однофазный выход;
· 3:1 - трехфазный вход, однофазный выход;
· 3:3 - трехфазный вход, трехфазный выход.[7]
Схемы 1:1 и 3:1 целесообразно применять для мощностей нагрузки до 30 кВА, при этом симметрирование не требуется, и мощность инвертора используется рационально. Следует иметь в виду, что байпас в таких схемах является однофазным и при переходе ИБП с инвертора на байпас для входной сети ИБП 3:1 становится несимметричным устройством, подобно ИБП 1:1. Проектом должен быть предусмотрен режим работы на байпасе, т.е электрическая схема не должна подвергаться перегрузкам, и КЭ не должно выходить за установленные пределы при переходе ИБП на байпас. На рисунке приведена схема ИБП 3:1.
Особенностью данной схемы является наличие на входе конвертора 3:1. При его отсутствии ИБП имеет схему 1:1. Наличие конвертора не только превращает ИБП 1:1 в 3:1, но и позволяет осуществлять работу на байпасе в симметричном режиме.
Cхема ИБП по схеме 3:3. Здесь имеется зарядное устройство для оптимизации режима заряда аккумуляторной батареи и преобразователь постоянного тока - бустер (booster DC/DC), позволяющий облегчить работу выпрямителя за счет снижения глубины регулирования. Таким образом обеспечивается меньший уровень гармонических искажений входного тока. В некоторых случаях такую схему называют схемой с тройным преобразованием.
Принципиально нет предпосылок выделять такие схемы в отдельный тип ИБП, так как остается общим главный принцип - выпрямление тока с его последующим инвертированием. Разумеется, в звене постоянного тока могут присутствовать сглаживающие ёмкости, а в некоторых случаях - дроссель (на схемах не показаны). Источник работает по схеме 3:3 в любом режиме - при работе через инвертор (режим on-line) и при работе на байпасе. По отношению к питающей сети работа в режиме on-line является симметричной, тогда как работа на байпасе зависит от баланса нагрузок по фазам. Впрочем, сбалансированность нагрузок по фазам в первую очередь важна для рационального использования установленной мощности самого источника, а по отношению к питающей сети небаланс по фазам при работе на байпасе может проявить себя только при работе с ДГУ. Но в этом случае решающим будет не симметрия нагрузки, а её нелинейность.
В настоящее время для повышения эффективности (КПД) применяется комбинированная схема, суть функционирования которой заключается в следующем. Выделяется диапазон входного напряжения, как правило ±6... 10%, в котором ИБП работает в так называемом экономичном режиме (переходит на статический байпас), а при выходе входного напряжения из этого диапазона ИБП в течение 2...4 мс переходит в режим on-line. Созвучно с рекламным слоганом эту технологию можно характеризовать как «два в одном». При использовании ИБП в электросетях, имеющих показатели качества электроэнергии не ниже ГОСТ 13109-97, эта технология дает существенное снижение потерь электроэнергии за счет высокого коэффициента полезного действия в экономичном режиме. Все потери электроэнергии в этом режиме сводятся к потерям в проводниках и тиристорах статического байпаса. КПД при этом приближается к 98%.
Однако и у этой схемы имеются некоторые недостатки:
· при применении таких ИБП в качестве централизованных в двухуровневой схеме СБЭ диапазон напряжения, в котором осуществляется работа в экономичном режиме, должен быть меньше диапазона напряжения ИБП второго уровня до перехода на питание от батарей, чтобы не вызвать перехода ИБП второго уровня в автономный режим;
· при работе в экономичном режиме ИБП не защищает входную сеть от гармонических искажений тока, вызываемых нагрузкой с импульсными блоками питания. Как следствие, необходимо увеличение сечения нейтрального проводника на входе ИБП и значительное увеличение мощности ДГУ (по данным фирмы АРС, мощность ДГУ должна превышать расчетную мощность ИБП в 6...9 раз). При работе ИБП с ДГУ соизмеримой мощности следует средствами конфигурирования ИБП исключать экономичный режим работы.[8]
Глава 3. Технические характеристики источников бесперебойного питания
До настоящего времени в Российской Федерации действует ГОСТ 27699-88 (Стандарт СЭВ 5874-87) «Системы бесперебойного питания приемников переменного тока. Общие технические условия». Так как основным назначением СБЭ является электроснабжение инфокоммуникационного оборудования, требования к ИБП наряду с рекомендациями стандарта определяются следующими факторами:
· характеристиками блоков питания оборудования;
· обеспечением надежности электроснабжения при некритичных авариях и неисправностях в самой СБЭ;
· обеспечением электромагнитной совместимости.[9]
Области нормального функционирования и области отказов и сбоев импульсных блоков питания в зависимости от напряжения и времени нарушения электроснабжения.
Требования ГОСТ 27699-88 представлены в таблице, которая может помочь в выборе ИБП. Некоторые ячейки в таблице не заполнены. Это означает, что стандарт не регламентирует данный параметр, а при выборе ИБП следует руководствоваться техническими условиями на защищаемое оборудование. Масса и габариты устройств должны быть приняты во внимание при разработке строительного задания на размещение ИБП, определении пригодности монтажных проемов и нагрузочной способности перекрытий. КПД имеет смысл сравнивать при выборе ИБП одинакового типа. Количество параллельно работающих ИБП важно при выборе оборудования для создания отказоустойчивой системы электроснабжения.
Характеристики ИБП по ГОСТ 27699-88
| Показатель | Значение, % |
| Стабилизация напряжения | ±5 |
| Стабилизация частоты | ±2 |
| Гармонические искажения | 5 |
| Фильтрация ВЧ-импульсов | - |
| ВХОДНОЙ cos | - |
| Гальваническая развязка | - |
| Колебания напряжения на входе | -15...+10 |
| Колебания частоты на входе | ±2 |
| Перегрузочная способность (в течение 15 мин) | 110 |
| Количество агрегатов, работающих параллельно | - |
На практике производители ИБП предоставляют достаточно большой объем технических характеристик выпускаемой продукции. В таблице приводятся наименования и необходимые комментарии к характеристикам ИБП.
Характеристики ИБП
| Характеристика | Описание |
| Общие данные | |
| Номинальная выходная мощность ИБП (кВА) | Номинальная мощность ИБП без учета КПД и заряда АБ |
| Номинальная выходная мощность одного модуля ИБП (кВА) | Номинальная мощность одного модуля энергетического массива |
| Количество ИБП, включаемых на параллельную работу | Максимальное количество ИБП, включаемое параллельно |
| Схема ИБП | Число фаз вход/выход (1:1; 3:1; 3:3) |
| Количество модулей, включаемых на параллельную работу | Максимальное количество модулей в устройстве или в группе |
| КПД при нагрузке 100% в режиме on-line (%) | Как правило, указывается для работы на активную нагрузку |
| Тепловыделение ИБП при нагрузке 100% и заряженных батареях (Вт) | Тепловыделение с учетом КПД и без учета заряда АБ |
| Тепловыделение одного модуля при нагрузке 100% и заряженных батареях (Вт) | То же, для одного модуля энергетического массива |
| Уровень акустического шума (дБ) | Уровень шума при нагрузке 100% на расстоянии 1 м |
| Плавающее напряжение батарей (В пост.тока) | Напряжение на одном аккумуляторе (ячейке) |
| Максимальный ток заряда батарей (А) | Максимальный ток заряда для данного типа батарей (допускает регулировку) |
| Количество батарей 12 В | Количество аккумуляторов (ячеек) в АБ |
| Наличие статического байпаса ИБП | Да/нет |
| Наличие механического байпаса ИБП | Да/нет |
| Наличие статического байпаса модуля ИБП | Да/нет |
| Устойчивость к перегрузкам в режиме байпаса | Указывается в % к номинальной мощности ИБП |
| Время перехода с байпаса на инвертор | Максимальное время |
| Рабочий диапазон температур (°С) | Указывается для работы при нагрузке 100% |
| Температура хранения/транспортировки (°С) | Указывается для системного блока или модуля ИБП |
| Входные параметры | |
| Номинальное напряжение (В) | Номинальное входное напряжение |
| Диапазон изменения напряжения | Диапазон входного напряжения без перехода в автономный режим |
| Диапазон изменения частоты (Гц) | Без перехода в автономный режим |
| Коэффициент мощности | Коэффициент мощности или cos |
| Форма потребляемого тока | Для ИБП средней и большой мощности - всегда синусоидальная |
| Выходные параметры | |
| Номинальное напряжение (В) | Номинальное выходное напряжение, допускает регулировку |
| Разброс напряжения (%) | Отклонение напряжения без изменения нагрузки |
| Разброс напряжения (при изменении нагрузки 0...100 и 100...0%) (%) | Статический и динамический характер изменения нагрузки (в том числе 100%) |
| Выходная частота (Гц) | Указывается для работы в автономном режиме |
| Разброс частоты (%) | В автономном режиме, без изменения нагрузки |
| Крест-фактор | Допустимое отношение амплитуды к действующему значению тока нагрузки |
| Перегрузка (%) | Дополнительно указывается время перегрузки |
| Коммуникационные возможности | |
| ПО для мониторинга и закрытия серверов | Как правило, для ИБП малой и средней мощности |
| Наличие SNMP-адаптеров | Да/нет |
| Коммуникационный порт (интеллектуальный и сухие контакты) | Да/нет |
| Функция экстренного отключения (ЕРО) | Emergency Power Off (экстренное отключение питания) |
| Функция координации работы с ДГУ (Gen on) | Программирование заряда АБ, блокировка байпаса и др.функции по сигналу «ДГУ в работе» (Gen on) |
| Массогабаритные показатели | |
| Стандартные размеры ИБП (ШхВхГ) (мм) | Для системного блока ИБП без фильтров и трансформаторов |
| Размеры батарейных шкафов (ШхВхГ) (мм) | Размер батарейных шкафов, могут указываться несколько типоразмеров |
| Масса ИБП без батарей (кг) | Масса системного блока ИБП |
| Масса модуля ИБП (кг) | Для энергетических массивов |
Характеристики ИБП в первую очередь представляют интерес для проектировщиков, поскольку они принимают технические решения, направленные на обеспечение требований задания на проектирование. Заказчику основное внимание следует уделять предоставлению исходных данных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Первое и самое главное назначение источника бесперебойного питания - обеспечить электропитание компьютерной системы или другого оборудования в то время, когда электрическая сеть по каким-то причинам не может это делать. Во время такого сбоя электрической сети ИБП питается сам и питает нагрузку за счет энергии, накопленной его аккумуляторной батареей.
XXI век – век передовых технологий и сложных устройств которые работают благодаря электропитанию. Поэтому электрическое питание – это важная составляющая нашей жизни, без которой труд человека отнюдь не облегчится. На современном этапе развития источником бесперебойного питания называется система, предназначение которой является защита оборудования от резких перепадов и пропадания в электросети. Источник питания заботится о вашей бытовой технике – в момент выключения в результате пропадания напряжения в сети и стабилизирует напряжение.
Каждый человек, сталкивающийся с компьютерами, рано или поздно узнает о великолепной идее бесперебойного питания компьютеров. Если этот человек имеет инженерное образование и творческую жилку, он немедленно начинает изобретать велосипед, придумывая, как бы можно было сделать такую штуку. Как правило, люди в этой ситуации придумывают одну и ту же схему, которая им кажется наиболее естественной и простой. Эта схема традиционно называется схемой с двойным преобразованием энергии.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов Источники электропитания электронных средств Москва, Горячая линия - Телеком 2004.
2. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel.-М.: ИП Радиософт, 2005.
3. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. - 2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004.
4. Конструирование РЭА. Оценка и обеспечение тепловых режимов. Учеб. пособие / В. И. Довнич, Ю. Ф. Зиньковський. - К.: УМК ВО, 1990.
5. Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности Радиотехника / В.О. Дмитрук, В.В. Лысак, С.М.Савченко, В.І. Правда. - К.: КПІ, 1993.
6. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник - Солон, Микротех, 1996 г.
7. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р, 2005.
8. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО ИД СКИМЕН, 2002.
[1] Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel.-М.: ИП Радиософт, 2005.
[2] Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник - Солон, Микротех, 1996 г.
[3] В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов Источники электропитания электронных средств Москва, Горячая линия - Телеком 2004.
[4] Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности Радиотехника / В.О. Дмитрук, В.В. Лысак, С.М.Савченко, В.І. Правда. - К.: КПІ, 1993.
[5] Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО ИД СКИМЕН, 2002.
[6] Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО ИД СКИМЕН, 2002.
[7] Конструирование РЭА. Оценка и обеспечение тепловых режимов. Учеб. пособие / В. И. Довнич, Ю. Ф. Зиньковський. - К.: УМК ВО, 1990.
[8] Конструирование РЭА. Оценка и обеспечение тепловых режимов. Учеб. пособие / В. И. Довнич, Ю. Ф. Зиньковський. - К.: УМК ВО, 1990.
[9] Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. - 2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004.