Ибп

ИБП с дельта-преобразованием

Работают в режиме On-Line, но при этом преобразуется не вся электроэнергия, а только нестабильная часть, являющаяся источником ее неудовлетворительного качества. Рис 42.

Структура ИБП включает два инвертора/выпрямителя, выполненных по специальной 4 квадрантной схеме. Два инвертора работают также, как выпрямители для заряда батарей. Например, если в электросети происходит падение напряжения, то устройство 2 работает как инвертор, а устройство 1 как выпрямитель При увеличении напряжения — наоборот. При этом первый инвертор предназначен для улучшения входного коэффициента мощности. Его мощность составляет 20 % от мощности второго инвертора, работающего на нагрузку. Данная система работает в режиме автоматического регулирования как выходного напряжения, так и входного коэффициента мощности. Когда параметры электросети в норме, электроэнергия передается в нагрузку через бустер,минуя преобразователи. Так при отклонениях входного напряжения на 15 % двойному преобразованию подвергнется только 15 % электроэнергии. Если принять суммарные потери как в традиционном ИБП двойного преобразования равными 10 %, то в схеме с дельта-преобразованием они составят 0,15 х 10 % = 1,5 %. При аварии инвертор 2 получает энергию от аккумуляторной батареи, и она разряжается на нагрузку. При падении напряжения сети недостающее кол-во энергии добавляется от батареи ч-з инвертор 2.Если же энергия избыточна, то часть энергии рапсходуется на доп.заряд АБ ч-з инвертор 1. Вносимые в сеть гармонические искажения сведены практически к нулю в силу того, что схема дельта-преобразования, выполняя свою основную функцию, является одновременно двунаправленным фильтром. ИБП с дельта-преобразованием не генерирует гармонические помехи.

39.Работа двунаправленного инвертора.

Это схема зеркального преобразования для трехфазных ИБП.Транзисторы здесь работают в режиме ключа.Процессы выпрямления и инвертирования выполнены на одинаковых схемах.Рассмотрим работу двунаправленного инвертора однофазного ИБП.рис.44а.Режим инвертирования.Синусоида на выходе инвертора рис.44 б. формируется методом ШИМ.Выходной LC-фильтр выделяет первую гармонику.На интервале +полуволны с f=50гц открыт Т1, а Т2 закрыт схемой управления.Ток нагрузки протекает поцепи: точка 1-Т1-точка2-точка3-L-точка4-Rнагрузки-точка5.Т1 работает в режиме ключа.Длительность импульсов модулируется схемой управления так, чтобы среднее зн-е за период коммутации ключа изменилось по синусоидальному з-ну.как обычно на интервале импульса в дросселе L накапливается энергия, а на интервале паузы дроссель размагничивается по цепи: точка4-Rнагрузки-точка5-внутреннее сопрот-е источника питания-диод Д2-точка3. На рис.44 источник питания представлен акк. На – полупериоде Т1 закрыт, а Т2 открыт.Ток нагрузки протекает от точки5-ч-з L-Т2-точка6.Дроссель так же размагничивается ч-з Д1 на интервале Т-tимпульса.Д1 и Д2 замыкают контуры токов размагничивания сердечника дросселя и пропускают импульс широтно-модулированный в обратном напрвлении до срабатывания противоположного открытому транзистору диода. Амплитуда сигнала ШИМЬ опр-ся напряжением АБ.Режим выпрямления-избыточная энергия переменного тока с частотой сети 50 гц с выхода инвертора перед-ся на вход. При этом акк заряжается.+ полуволна перед-ся ч-з Д1, а — ч-з Д2.


Источники бесперебойного питания без секретов

  1. Глава 1
  2. Глава 2. Типы источников бесперебойного питания
  3. Глава 3. ИБП с переключением (Off-line UPS)
  4. Глава 4. ИБП взаимодействующий с сетью (line-interactive UPS)
  5. Глава 5. Феррорезонансный ИБП
  6. Глава 6. ИБП с двойным преобразованием энергии (Double Conversion UPS)
  7. Глава 7. Трехфазные ИБП
  8. Глава 8. Основные электрические параметры ИБП
Глава 6. ИБП с двойным преобразованием энергии (Double Conversion UPS)

На рисунке 17 представлена блок-схема ИБП с двойным преобразованием энергии.


Рис. 17. ИБП с двойным преобразованием энергии

На входе ИБП с двойным преобразованием энергии находится выпрямитель. В отличие от выпрямителей рассмотренных нами ранее типов ИБП – это мощное устройство. Ведь выпрямитель должен не только подзаряжать батарею ИБП, но, прежде всего, снабжать инвертор ИБП постоянным напряжением. Инвертор преобразует весь поток мощности из напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Байпас – это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т.е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом.

ИБП с двойным преобразованием энергии может работать в трех режимах

Работа от сети

Если в сети есть «нормальное» напряжение, то вся мощность, потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока. Оно используется для заряда батареи и для питания инвертора. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка.

Работа от батареи

Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием выдает стабилизированное напряжение постоянного тока. Т.е. независимо от величины напряжения переменного тока на входе выпрямителя напряжение постоянного тока на его выходе сохраняется постоянным. Естественно, напряжение остается стабильным только если входное напряжение не выходит из некоторого диапазона допустимых напряжений. Этот диапазон называется диапазоном входных напряжений ИБП. Диапазон входных напряжений ИБП с двойным преобразованием не остается постоянным. Его величина (или вернее его нижняя граница) зависит не только от конкретной модели ИБП, но и его нагрузки. Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений (т.е. выпрямитель уже не может стабилизировать напряжение), напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя уменьшается и становится ниже напряжения заряженной батареи ИБП.

Никакого переключения не происходит. Просто инвертор начинает частично питаться от батареи, а батарея начинает разряжаться. При дальнейшем уменьшении напряжения или если напряжение пропадает совсем, инвертор начинает полностью питаться от батареи. Говорят, что ИБП перешел на режим работы от батареи. Работа ИБП от батареи продолжается некоторое время, определяемое зарядом батареи и нагрузкой. После того, как батарея разрядится до напряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБП будет отключен автоматикой, защищающей батарею от необратимого переразряда. Если напряжение на входе ИБП снова поднимется до нормального, выпрямитель опять начнет заряжать батарею и питать инвертор.

Режим работы через статический байпас

Основные элементы ИБП с двойным преобразованием при работе от сети постоянно находятся под нагрузкой. Если бы ИБП с двойным преобразованием был построен по схеме, придуманной нами во второй главе, то он имел бы низкую надежность.

Ведь при выходе из строя инвертора, подача напряжения к нагрузке прервалась бы и ИБП не только не выполнил бы своего предназначения, но даже сам из-за своей поломки мог бы стать причиной потери данных в подключенных к нему компьютерах или отключения каких-либо подключенных к нему важных устровйств. Для того, чтобы этого не происходило, в ИБП введена еще одна линия электроснабжения нагрузки – статический байпас. При выходе из строя инвертора или его перегрузке, срабатывает переключатель (размыкается линия «инвертор-нагрузка» и замыкается линия «байпас-нагрузка») и нагрузка продолжает питаться от сети. К сожалению не все ИБП с переключением имеют статический байпас. На мой взгляд такие ИБП вообще не следует использовать, поскольку они не надежны.

Рассмотрим теперь работу отдельных элементов ИБП

Выпрямитель

Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием должен иметь мощность, достаточную для двух его основных функций. Его максимальный выходной ток должен быть не меньше суммы максимального входного тока инвертора и максимального зарядного тока батареи.

Для правильного заряда батареи выпрямитель должен очень точно (с точностью не хуже 1%) поддерживать напряжение плавающего заряда на батарее. Иногда в ИБП с двойным преобразованием энергии применяют регулируемые тиристорные выпрямители.

В некоторых случаях в ИБП устанволены пассивные (диодные) выпрямители, а для точного регулирования напряжения на аккумуляторной батарее используется преобразователь напряжения постоянного тока. Иногда ИБП, построенные по такой схеме их производители называют ИБП с тройным преобразованием.

В некоторых случаях в ИБП устанволены пассивные (диодные) выпрямители, а для точного регулирования напряжения на аккумуляторной батарее используется преобразователь напряжения постоянного тока. Иногда ИБП, построенные по такой схеме их производители называют ИБП с тройным преобразованием.

Инвертор, синхронизация с сетью и переключение на статический байпас

Инвертор ИБП с двойным преобразованием энергии имеет возможность изменения выходной частоты инвертора для синхронизации выходного напряжения инвертора с сетью. Эта функция используется в ИБП с двойным преобразованием постоянно и просто необходима для переключения ИБП на статический байпас. Рассмотрим это переключение несколько подробнее.

Для того, чтобы ИБП с двойным преобразованием имел непрерывное выходное напряжение без скачков и разрывов на всех режимах работы, нужно обеспечить гладкое переключение на статический байпас при выходе из строя инвертора или его перегрузке.

Для этого необходимо, чтобы фаза и частота сетевого напряжения (т.е. напряжения в цепи байпаса) в момент переключения были такими же, как фаза и частота выходного напряжения инвертора. Но мы не можем управлять фазой и частотой сети, следовательно мы должны добиться желаемой цели за счет настройки инвертора.

Мы не можем, как в ИБП, взаимодействующим с сетью, подстроить фазу и частоту инвертора перед самым переключением. Ведь мы, к сожалению, не знаем, в какой момент инвертор выйдет из строя или испытает перегрузку. Поэтому инвертор ИБП с двойным преобразованием должен всегда быть синхронизован с сетью. Точнее говоря, должна быть достигнута синхронизации инвертора с линией статического байпаса, которая в общем случае может быть подключена к другой линии электроснабжения, чем вход выпрямителя ИБП.

Посмотрим теперь, что произойдет с ИБП с двойным преобразованием энергии, если частота сети вдруг начнет отличаться от стандартной (50 Гц). ИБП с двойным преобразованием имеет некоторые пределы допустимых изменений частоты сети (эта характеристика указана в паспорте или описании). Скажем минимальная допустимая частота равна 49 Гц, а максимальная допустимая частота – 51 Гц (т.е. пределы допустимых изменений частоты равны ± 2%) . Если частота в линии байпаса находится в пределах допустимого, то частота инвертора аккуратно следует за ней. Частота и фаза инвертора равны частоте и фазе в линии байпаса. Следовательно ИБП в любой момент (при выходе из строя инвертора или его перегрузке) может переключиться на статический байпас, не испытывая импульсных нагрузок. Если же частота в линии байпаса станет равной 48 Гц, то частота инвертора не может следовать за ней, чтобы не питать нагрузку напряжением с частотой, сильно отличающейся от номинальной. Как мы уже знаем, ИБП, взаимодействующие с сетью, в этом случае переходят на режим работы от батареи, а после исчерпания заряда батареи отключаются. ИБП с двойным преобразованием энергии отрабатывают эту ситуацию гораздо лучше.

Блок управления просто разрешает инвертору ИБП прекратить синхронизацию с линией байпаса и перейти на режим независимой работы. Частота инвертора становится равной ровно 50 Гц и остается такой до тех пор, пока частота линии байпаса не вернется в пределы допустимого. Во время независимой работы инвертора, переключение ИБП на статический байпас блокируется, поскольку при таком переключении возможны сильные фазовые и амплитудные искажения, которые могут нанести ущерб чувствительной нагрузке. Более того, переключение в отсутствие синхронизации опасно для самого ИБП.

Некоторые ИБП имеют возможность настройки пределов допустимых изменений частоты. Например они могут быть настроены на допустимые колебания частоты 0.5, 1 или 2 Герца в каждую сторону. Казалось бы, чем уже диапазон допустимых колебаний частоты, тем лучше для чувствительной нагрузки. На самом деле улучшение качества стабилизации частоты происходит за счет общей надежности системы. Ведь если диапазон допустимых изменений частоты установлен меньше реального диапазона изменения частоты сети в месте установки ИБП, то ИБП большую часть времени работает без синхронизации инвертора с линией байпаса. Это снижает общую надежность системы, защищаемой с помощью ИБП, поскольку во время независимой работы инвертора невозможно переключение на статический байпас.

В случае если ИБП имеет возможность настройки диапазона допустимых изменений частоты, пользователь имеет возможность выбирать выгодный для себя компромисс. Он может установить очень узкий диапазон частот для чувствительной нагрузки, сознательно пойдя на некоторое снижение надежности системы, или расширить этот диапазон для получения максимальной надежности, если нагрузка не слишком чувствительна к изменениям частоты. Как мы выяснили, основное назначение статического байпаса – это увеличение надежности ИБП и компьютерной системы в целом за счет организации резервного источника электроснабжения, который вступает в действие при выходе из строя инвертора.

В рассмотренном простейшем случае таким источником является та же электрическая сеть, которая питает выпрямитель ИБП. (Заметим в скобках, что это не единственный возможный источник).

Выход из строя какой-либо из систем ИБП вещь, в общем-то, довольно маловероятная. Хорошие ИБП с двойным преобразованием имеют среднее время наработки на отказ до 10 лет. Но статический байпас имеет еще одну функцию, которая используется буквально при каждом включении сильно нагруженного ИБП. Инвертор естественно имеет ограничение по допустимой нагрузке. При постоянной нагрузке этой границей является номинальная мощность ИБП. Кратковременно инвертор способен выдерживать большие токи. Обычно допускается перегрузка около 50-150% на несколько миллисекунд и около 10-50% на несколько секунд или десятков секунд. Практически любому потребителю электроэнергии известно такое явление, как стартовый ток. Под этим понимается ток, возникающий при включении потребителя электроэнергии в отличие от тока на установившемся режиме работы. Для компьютеров и других часто питаемых от ИБП устройств характерен довольно большой стартовый ток. При каждом включении компьютер потребляет в несколько раз больший ток, чем после запуска (как мы увидим далее, стартовый ток легко может превысить номинальный ток в 10 раз).

Таким образом при запуске потребителей, мощность которых составляет хотя бы 10% номинальной мощности ИБП, возможна перегрузка инвертора. Если перегрузка возникла, ИБП для предохранения своего инвертора от перегрузки переключается на работу через байпас.

Через несколько секунд ИБП снова переключается на работу от инвертора. Этот режим работы предохраняет инвертор от выхода из строя и увеличивает общую надежность компьютерной системы, защищенной с помощью ИБП с двойным преобразованием энергии.

Другие элементы ИБП с двойным преобразованием

Сравним еще раз схемы ИБП с двойным преобразованием и взаимодействующего с сетью. У ИБП с двойным преобразованием отсуствуют (хотя и не у всех моделей) некоторые элементы: фильтры шумов и импульсов. В ИБП этого типа импульсы и шумы фильтруются в результате выпрямления напряжения переменного тока: на выходе выпрямителя имеются схемы подавления пульсаций напряжения, выполняющие роль фильтров. В процессе второго преобразования энергии шумы и импульсы еще раз уменьшаются и нагрузка питается чистым синусоидальным напряжением. Поэтому отсутствие в схеме фильтров можно считать своего рода фокусом: внутри ИБП есть элементы, выполняющие эти функции, но называющиеся по другому. Кроме того, в некоторых ИБП с двойным преобразованием энергии установлены варисторные шунты.

Блок управления ИБП с двойным преобразованием энергии не анализирует состояния электрической сети (вы видите, что на блок-схеме нет соответствующей стрелки). В этом нет необходимости, ведь нам не нужно управлять переключением (или, вернее, переходом) ИБП с двойным преобразованием на работу от батареи – этот переход производится или, вернее, происходит, без участия управляющей электроники.

Нет необходимости и производить анализ формы напряжения переменного тока на входе ИБП: выпрямитель ИБП с двойным преобразованием энергии может питаться напряжением переменного тока практически любой формы – все равно на выходе выпрямителя будет стабилизированное напряжение постоянного тока, а на выходе инвертора – чистая синусоида.

Задача блока управления – регулировать напряжение на выходе выпрямителя, напряжение на выходе инвертора (как и у других, рассмотренных ранее ИБП) и не пропустить момент, когда понадобится произвести переключение на работу через статический байпас.

Батарея

Батарея ИБП с двойным преобразованием не имеет никаких отличий от батарей ИБП других типов. Все силовые элементы ИБП с двойным преобразованием энергии работают под нагрузкой все время, пока ИБП включен (в отличие, например, от инвертора и выпрямителя ИБП с переключением, которые простаивают, пока ИБП работает от сети). Поэтому все полупроводники и другие силовые элементы ИБП с двойным преобразованием рассчитаны на длительную работу по полной нагрузкой. Это позволяет, не внося значительных изменений в ИБП, подключать к нему дополнительные аккумуляторы для увеличения длительности работы от батареи. Большинство ИБП с двойным преобразованием имеют такую возможность.

Характеристики ИБП с двойным преобразованием энергии

Мощность

ИБП с двойным преобразованием имеют наиболее широкий диапазон мощностей по сравнению с другими ИБП. Минимальная мощность – 500-700 ВА для разных серий небольших ИБП. Схема ИБП с двойным преобразованием позволяет создавать устройства очень большой мощности. Обычно максимальная мощность единичного ИБП ограничивается величиной около 300-500 кВА. Но возможно наращивание мощности ИБП за счет параллельной работы нескольких модулей на одну нагрузку. Начиная с мощности около 10 кВА ИБП обычно предназначены для работы с трехфазным входным напряжением. Потому все, что связано с ИБП средней и большой мощности, рассматривается в главе «Трехфазные ИБП».

Коэффициент полезного действия

ИБП с двойным преобразованием энергии имеют не слишком высокий КПД, по сравнению с ИБП других типов. Тем не менее, их КПД довольно велик. Он составляет примерно 90% при полной или близкой к полной мощности. При уменьшении мощности КПД уменьшается. На примерно 50% мощности КПД может составлять около 70%. Исходя из КПД, можно оценить максимальное тепловыделение ИБП. Оно примерно равно 10% от номинальной мощности ИБП. Тепловыделение ИБП должно учитываться при расчете теплового режима помещения, где установлены ИБП. Подробнее это рассмотрено в главе «Трехфазные ИБП», поскольку тепловой режим критичен именно для больших ИБП.

Приведенная выше величина КПД не учитывает использования части входной мощности для заряда батареи. Потому для того, чтобы даже примерно определить максимальный входной ток ИБП, величины КПД не достаточно. Нужно смотреть более подробные технические характеристики ИБП, а для точного расчета максимального входного тока, нужно рассчитывать эту величину, исходя их емкости батареи, установленной в ИБП.

Время работы от батареи

ИБП небольшой мощности (до 1 кВА) имеют время работы от батареи при полной нагрузке примерно 5-15 минут. Но почти для всех ИБП большей мощности фирма производитель обычно предусматривает возможность наращивания емкости батареи по сравнению со стандартной.

ИБП средней и большой мощности (более 10-30 кВА) часто не имеют «стандартной» батареи. Батарея для них подбирается, исходя из требований заказчика. Наиболее распространенными вариантами являются батареи на 3-5 минут автономной работы – для сопряжения ИБП с дизельным генератором и батарея на 10-30 минут – для автономной работы ИБП.

Преимущества ИБП с двойным преобразованием

К положительным свойствам ИБП с двойным преобразованием следует отнести следующие.

  • Хорошая защита от шумов и наносекундных импульсов.
  • Очень хорошая защита от искажений формы кривой напряжения и микросекундных импульсов.
  • Возможность работы в сетях с нестабильной частотой.
  • Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с высокой точностью.
  • Возможность наращивания батареи практически для всех моделей ИБП.

Недостатки ИБП с двойным преобразованием

Как и для других ИБП, недостатки ИБП с двойным преобразованием вытекают из особенностей силовой схемы ИБП (и, к сожалению, вряд ли могут быть отделены от преимуществ). Более высокая цена, по сравнению с другими типами ИБП (кроме феррорезонансного). Повышенное тепловыделение, по сравнению с другими типами ИБП (кроме феррорезонансного)…

  1. Глава 1
  2. Глава 2. Типы источников бесперебойного питания
  3. Глава 3. ИБП с переключением (Off-line UPS)
  4. Глава 4. ИБП взаимодействующий с сетью (line-interactive UPS)
  5. Глава 5. Феррорезонансный ИБП
  6. Глава 6. ИБП с двойным преобразованием энергии (Double Conversion UPS)
  7. Глава 7. Трехфазные ИБП
  8. Глава 8. Основные электрические параметры ИБП

БЛОК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

ТИПЫ — КАК ВЫБРАТЬ ДЛЯ ДОМА

Блок бесперебойного питания – устройство для обеспечения электроэнергией потребителей в бесперебойном режиме. То есть в случае отключения, уменьшения или превышения номинального значения напряжения бытовой электросети питание будет переведено на резервный источник, т.е. блок бесперебойного питания. Такой прибор еще называют «источник бесперебойного питания» ИБП или UPS.

Стандартно в состав ИБП помимо соединительных разъемов входят:

  • сетевой фильтр;
  • индикатор наличия сетевого напряжения;
  • аккумуляторная батарея (АКБ);
  • устройство подзарядки аккумулятора;
  • преобразователь напряжения и переключатель режимов работы.

Основных рабочих режимов у «бесперебойника» два:

  • от сети;
  • или аккумулятора.

Рассмотрим каждый из них. Во время работы от сети напряжение поступает на вход UPS и проходит через фильтр электромагнитных помех. Специальный датчик определяет его величину. Если она находится в пределах допустимой нормы, допустим от 200 до 240 вольт, тогда ток поступает к потребителю напрямую.

В этом режиме может осуществляться подзарядка аккумуляторных батарей, если они разряжены.

Если параметры сети не соответствуют норме, то питание осуществляется по такой схеме: аккумулятор — преобразователь (инвертор) — переключатель источника — потребитель.

Так работает простейшее off-line устройство. Более подробно о видах и типах бесперебойных блоков несколько позже.

При выборе блока бесперебойного питания нужно обратить внимание на ряд характеристик, они будут перечислены в формате – «параметр, величина»:

  • диапазон входных напряжений, например, 220В +-10% 50 Гц;
  • выходное напряжение, его форма и величина, синус 220 В, 50 Гц;
  • номинальная мощность нагрузки, кВт;
  • время работы в бесперебойном режиме, минут или часов;
  • время переключения от режима «сеть» в режим автономной работы, мили- или микро- секунды.

Блоки бесперебойного питания применяются в бытовых, офисных и промышленных целях для предотвращения выхода из строя электрических приборов и их безотказного и бесперебойного функционирования. В бытовых целях наиболее частое применение блоков — обеспечение электроэнергией компьютера, отопительной системы, насосных станций и скважин, системы аварийного освещения.

Существенно влияет на ценовую политику таких устройств – форма выходного напряжения в автономном режиме, которая может быть:

  • прямоугольная;
  • модифицированная или ступенчатая синусоида;
  • чистая синусоида.

Для работы компьютерной техники форма питающего напряжения не играет особой роли, но при питании других цепей может быть критичной, например, для блоков управления газовыми котлами. Кроме компьютерной техники форма напряжения мало влияет на работу многих импульсных блоков питания, а также электрических отопительных приборов и систем освещения.

ТИПЫ БЕСПЕРЕБОЙНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

Самый простой вариант ИБП это Off-line блоки питания, альтернативное название — «резервный блок бесперебойного питания». Принцип их действия описан в предыдущем разделе. Они являются самыми дешевыми среди рассматриваемых типов устройств. Скорость переключения цепей питания находится в пределах 15-20 мкс.

Сфера применения – нетребовательные к качеству тока приборы, для которых необходима лишь работа без остановки при любых внешних условиях.

Недостатки данного блока питания: отсутствие гальванической развязки и стабилизации частоты. Автономный режим включается лишь при критических значениях или отключении питающей электросети.

Line-Interactive источник питания – более совершенен, имеет иной принцип действия. На входе устройства установлен автотрансформатор, система управления сравнивает значение реального напряжения с номинальным и приводит его в норму с помощью переключения обмоток.

Таким образом происходит гашение всплесков тока и напряжения и их фильтрация. Изменение напряжения происходит не линейно, а ступенчато. Скорость срабатывания в пределах 10 мкс.

Работает такой блок в следующих режимах:

  • при напряжении близком к номинальному: электрическая сеть – автотрансформатор и зарядное устройство для аккумуляторов – нагрузка;
  • при аварийных значениях напряжения и его отсутствии: АКБ – инвертор – нагрузка.

Недостатки линейно-интерактивных источников: отсутствие стабилизации частоты (в ряде случаев это может быть критичным). Кроме того здесь также отсутствует гальваническая развязка между сетевым источником и потребителем.

Достоинства: Благодаря стабилизации достигается большая надежность и качество защиты потребителя от некачественного электропитания. Уровень цен — средний.

Самый сложный и качественный источник бесперебойного питания это Online ИБП, или ИБП с двойным преобразованием.

Принцип работы этого прибора значительно отличается от предыдущих вариантов. Выпрямленное напряжение электрической сети 220 В поступает на фильтр, далее параллельно питает зарядное устройство и инвертор. Инвертор обеспечивает питание нагрузки, гальваническую развязку от сети, коррекцию формы и частоты напряжения.

Достоинства Online блока: постоянное поддержание на выходе номинального напряжения, частоты, отсутствие всплесков и помех, наличие чистой синусоиды. Время срабатывания при отключении входного напряжения минимально.

К недостаткам можно отнести разве что высокую цену прибора.

В начало

БЛОК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ДЛЯ ДОМА

Приобретая устройство следует определить мощность потребителя, который планируется подключать к ИБП, а также время работы в автономном режиме. В качестве примера можно рассмотреть несколько типовых ситуаций.

Если нужно обеспечить возможность безопасного завершения работы компьютера без потери важных данных, а долговременная работа в отсутствии сетевого питания не нужна, то резервный off-line ИБП будет идеальным решением.

Бюджетные модели обеспечат компьютер электроэнергией для 5-15 минут автономной работы. Этого достаточно чтобы сохранить результаты работы и выключить компьютер. Для среднего компьютера достаточно мощности от 250 Вт до 1 кВт.

Если используется автономная система отопления с помощью современного газового котла, то нестабильное энергоснабжение может вывести платы управления из строя. Для обеспечения нормальной работы таких котлов нужна чистая синусоида, поэтому придется приобретать соответствующий ИБП типа line-interactive или online, несмотря на его высокую стоимость.

Если квартира оборудована системой сигнализации, то перебои в энергоснабжении могут представлять серьезную имущественную угрозу , поэтому любая ОПС имеет в своем составе ИБП. Для простейших систем сигнализации достаточно резервного или линейно-интерактивного БП с большим временем автономной работы.

В начало

© 2012-2018 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Частые отключения электричества или скачки напряжения могут в один прекрасный момент вывести вашу бытовую технику, а также систему отопления и водоснабжения. Чаще всего проблемы с электроснабжением происходят в сельской местности, поскольку там состояние сетей оставляет желать лучшего. Именно по этой причине владельцам загородной недвижимости обычно приходится решать подобные проблемы.


Задача автономной системы электропитания – поддержка в течение определенного времени нормального функционирования домашних коммуникаций и бытовых устройств. В случае наличия подобного оборудования домовладельцы будут застрахованы от пресловутого «если вдруг…». Они могут быть уверенны в том, что не перегорят приборы и лампы, не потеряются данные в компьютере, а пожарная сигнализация не поднимет на ноги службу спасения.

Критерии выбора

Источники автономного питания бывают резервными и универсальными. Первые включаются вручную или автоматически только в случае перебоев электроэнергии. Универсальные устройства потому так и называются, так как они могут работать в качестве основного или резервного источника тока. Они сами следят за состоянием электрической сети и в случае скачков или отключения электроэнергии они сами включаются и обеспечивают дом бесперебойным электроснабжением.

Чтобы выбрать ту или иную модель, следует учесть ряд условий: частоту отключения электричества, длительность интервалов между отключениями, существуют ли перепады напряжения, нужен ли хозяевам дома полностью автоматический режим поставки электроэнергии или нет.

Широта охвата

Для защиты дома от сбоев в электросети можно выбрать один из трех вариантов снабжения индивидуального хозяйства электроэнергией.

Первый вариант – полное дублирование системы обычного электроснабжения дома, хозпостроек, прилегающей территории и т.

д. Мощность устройства, которое все это будет питать, должно явно составлять 5-15 кВт при напряжении 220 В. В этом случае понадобится производительный дизельный генератор переменного тока.

Второй вариант – дублирование подачи электроэнергии только к самым важным потребителям: освещению, отопительной системе, водоснабжению и сигнализации.

Здесь, скорее всего, достаточно будет резервного бензинового оборудования мощностью 2-5 кВт.

И, наконец, третий вариант. Он представляет собой прибор со встроенным аккумулятором (кислотным, щелочным или литиевым), который подключается непосредственно к потребителю электроэнергии. Впрочем, АКБ может быть также встроен в систему резервного электропитания – все зависит от вашего желания и технических условий. В подобных приборах аккумулятор заряжается автоматически, пока в центральной системе электроснабжение есть ток.

Да будет свет!

Индивидуальные дома обычно снабжают автономными станциями резервного питания, работающими на двигателе внутреннего сгорания. В качестве топлива в них используется бензин, дизель или газ.

Подобные электрогенераторы подключаются к электрической системе дома. Как только электроэнергия в здании пропадает, генератор включают. От домовладельцев требуется лишь периодически проводить его обслуживание, доливать топливо и очищать от пыли.

Если перебои с электроэнергией у вас случаются часто, то обратите внимание на дизельные генераторы. Они экономичные, мощные и долговечные. Их можно использовать в качестве как основного, так и резервного источника электропитания. Дизель-генераторы при правильном подборе мощности могут легко «потянуть» всю систему электроснабжения дома вплоть до отопительной системы – газовых котлов, бойлеров, теплоавтоматики.

Для генератора с двигателем внутреннего сгорания необходимо оборудовать топливохранилище. Чем мощнее источник питания, тем больше должен быть резервуар. Наличие в генераторе системы автозапуска позволяет обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии.

Дизельные генераторы очень шумны и выделяют много дыма, что совсем неуместно в доме. Поэтому такое устройство лучше разместить в отдельном отапливаемом помещении. Бензиновые и газобензиновые генераторы тише в работе, а некоторые модели бывают даже переносными. Их конструкция проще дизелей и они легче в ремонте. В газобензиновых источниках резервного питания используется магистральный или баллонный газ, который иногда комбинируют с бензином.

Палочка-выручалочка

Если перебои с электроэнергией у вас нечастые и недлительные, то можно обойтись без генератора. В таких случаях отлично подойдет инверторная система бесперебойного питания. Условно она состоит из встроенного аккумулятора и электроники. Электронная часть заряжает АКБ (когда в сети есть ток) и преобразует постоянное напряжение батареи в переменное (когда прибор отдает энергию в случае отключения света). В итоге на выходе такого прибора мы получаем все те же 220 В.

Такие «бесперебойники» могут работать в автономном режиме от нескольких минут до нескольких часов. Этот интервал зависит от емкости встроенных батарей. Очевидно, что в случае многочасовых отключений электроснабжения инверторные источники будут бесполезны. Хотя ни что не мешает их использовать вместе с электрогенераторами.

Внутри бесперебойных систем могут быть установлены кислотные, щелочные или литиевые батареи. Жидкостным аккумуляторам необходимо периодическое обслуживание (долив электролита, проверка плотности). В этом отношении герметичные необслуживаемые АКБ более удобны, но они, как правило, дороже. Срок службы аккумуляторов составляет 5-12 лет (зависит от качества изделий и периодичности эксплуатации). Если какая-то батарея выйдет из строя, то ее легко можно будет заменить.

Полезно знать

Выбирая источник аварийного питания, следует рассчитать потребляемую мощность всех электроприборов. В характеристиках генераторов обычно указывается номинальная и фактическая мощность. Именно на последний показатель нужно обращать внимание. Номинальная мощность – это максимальная величина, которую готов выдавать прибор в течение короткого времени (в среднем всего 10-15% от времени разовой эксплуатации).

Если фактическая мощность не будет указана, то ее несложно рассчитать. Для этого номинальная мощность умножается на коэффициент 0,7. К примеру, если вы увидите в продаже генератор мощностью 1 кВт, то знайте: его фактическая мощность равна 700 Вт.

ИБП — основные понятия и расшифровки

Источник бесперебойного питания (ИБП) Uninterruptible Power Supply (UPS)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей. Их основной задачей является поддержание работоспособности критичной нагрузки в течение незначительного времени от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от ее мощности и емкости батарейного комплекта. Этого времени достаточно либо для устранения неполадок в линии электропередачи, либо для штатного отключения критичной нагрузки.

Критичная нагрузка (Critical Load)
Нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети, грозящим выходом оборудования из строя, нарушением технологического процесса или утратой важной информации. Чтобы предотвратить подобные случаи, для питания такой нагрузки (файловых серверов, рабочих станций, персональных компьютеров, телекоммуникационного и офисного оборудования и др.) следует применять ИБП.

ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП резервного типа является его простота и, как следствие, невысокая стоимость, а недостатком — ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от батарей и более интенсивная их эксплуатация, так как источник переводится в аварийный режим при любых неполадках в электросети. ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электрической сети.

Линеино-интерактивныи (Line-interactive) ИБП
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-line), дополненной стабилизатором входного напряжения (бустером) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей. По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования.

Бустер (Booster)
Автоматический регулятор напряжения, построенный на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (пониженное входное напряжение) или понижения (повышенное входное напряжение). Число обмоток бустера определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы.

ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line)
Источник бесперебойного питания, в котором поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.

Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства. К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение общего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразовании напряжения. ИБП типа On-line применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам предъявляются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, каковой могут быть узлы локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.

Bypass(обход)
Режим питания нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, поддерживаемый внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, имеющий соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления при перегрузке выходных цепей или при обнаружении неисправности в жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без обесточивания нагрузки.

Коэффициент мощности — величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП, как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии.

Коэффициент мощности (Power Factor)
Комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП). Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной. Типичные значения коэффициента мощности: 1 _ идеальное значение; 0.95 — хороший показатель; 0.9 — удовлетворительный показатель; 0.8 — плохой показатель; 0.7 — влияние компьютерной нагрузки; 0.65 — влияние двух-полупериодного выпрямителя. В случае линейных искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от значения этого угла может характеризоваться как опережающий или отстающий. Если имеют место только нелинейные искажения формы тока, коэффициент мощности определяется отношением мощности первой гармоники тока к общей активной мощности, потребляемой нагрузкой.

Электрическая мощность (э. м.) — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.

Активная мощность (P) — среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j — угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. — ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м.

характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.

Реактивная мощность (Q) — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.

Полная мощность
Кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической. Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: ВА (вольт х ампер).

Выпрямитель
Устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное. Однофазные ИБП оснащаются двух- или четырехполупери-одными выпрямителями, а трехфазные ИБП — шести- или двенадцатиполупериодными.

Инвертор
Устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой аппрокси-мацией и инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя шириной отдельных импульсных составляющих ШИМ-сигнала, инверторы автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.

Входной изолирующий трансформатор
Трансформатор, включаемый во входную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки его внутренних узлов и входной электросети. Применяется во избежание короткого замыкания цепей ИБП, комплектуемого негерметичной аккумуляторной батареей с жидким электролитом, если существует вероятность его утечки .Также применяется при необходимости гальванической развязки цепи Bypass.

Выходной изолирующий трансформатор
Трансформатор, включаемый во выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между самим ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор «треугольник-звезда». Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП. Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных в промышленных районах.

  • Возможность работы с нагрузками любых типов, имеющих различные коффициенты мощности
  • Стабильность выходных параметров как при статической, так и динамической нагрузке
  • Позволяет реализовать любую из известных питающих силовых схем (систем заземления): TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT
  • Гальваническая изоляция увеличивает помехозащищенность нагрузки как по фазам, так и по нейтрали. Исключается постоянная составляющая выходного напряжения
  • Возможность работы с нелинейной и импульсной нагрузкой за счет широкого диапазона допустимого крест-фактора и КНИ тока нагрузки
  • Возможность питания как любых однофазных, так и трехфазных нагрузок
  • В связи с использованием выходного трансформатора типа «треугольник-звезда» выходная нейтраль формируется заново и все фазные напряжения жестко балансируются
  • Возможность работы с несбалансированными до 100% трехфазными нагрузками типа «звезда» и «треугольник»

КПД
Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение выходной мощности устройства к потребляемой им от сети.

Нормальный режим работы
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.

Аварийный (автономный) режим работы
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.

Виртуальная батарея
Конденсатор большой емкости, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее ИБП и выполняющий ее функции при непродолжительных (длительностью не более 1 … 2 с) неполадках в электросети. В результате уменьшается число случаев кратковременного использования основной батареи и увеличивается срок ее службы. Применение виртуальной батареи в сочетании с технологией температурной компенсации зарядного тока — одно из наиболее эффективных решений, позволяющих продлить жизненный цикл аккумуляторных батарей.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ)

    Показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной.

    Типовые значения КНИ:

  • 0% — синусоидальная форма сигнала;
  • 3% — форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз;
  • 5% — отклонение формы сигнала от синусоидальной заметно на глаз;
  • до 21% — сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму;
  • 43% — сигнал имеет прямоугольную форму;

ТНD-фильтр
Устройство, устанавливаемое во входной цепи ИБП для уменьшения ее влияния на форму напряжения в питающей электросети. Поскольку входным узлом любого мощного ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием (Оп-Ыпе), является выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной «загрязнения» электросети. Применение ТНО-фильтра позволяет в существенной мере ослабить подобное «загрязнение».

Температурная компенсация зарядного тока батарей
Технология, применяемая ведущими производителями ИБП, для продления срока службы аккумуляторных батарей. Как известно, герметичные батареи крайне чувствительны к величине зарядного тока, оптимальное значение которого зависит от температуры окружающей среды. Технология температурной компенсации зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз.

Последовательное резервирование
Техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП, один из которых является основным, а другие — резервными (см. рисунок). Для соединения по такой схеме каждый ИБП должен иметь отдельный вход цепи Bypass. В то время как основной ИБП питает нагрузку, резервные источники работают в холостом режиме, потребляя минимальную мощность. При обнаружении признаков неисправности внутренних узлов основной ИБП переключается в режим Bypass, и всю нагрузку берет на себя следующий по схеме резервный источник. ИБП, соединенные по схеме с последовательным резервированием, могут иметь собственные аккумуляторы или подключаться к единому для всех комплекту батарей для увеличения времени работы системы в автономном режиме.

Параллельное резервирование, наращивание мощности системы
Техническое решение, направленное либо на повышение надежности (аппаратное резервирование), либо на увеличение общей выходной мощности системы (масштабирование). Оно предусматривает параллельное соединение нескольких одноранговых ИБП с объединением их входов и выходов. Работоспособность такой системы обеспечивается специальной схемой синхронизации фаз выходного напряжения. В случае аппаратного резервирования при исправности всех соединенных параллельно ИБП нагрузка равномерно распределяется между ними, а в случае выхода из строя одного из источников — перераспределяется между исправными. В схеме с параллельным резервированием допускается применение как отдельных аккумуляторов для каждого ИБП, так и общего комплекта батарей.

Крест-фактор нагрузки (Crest Factor)
Показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.

 

» Вернуться в раздел:  Тематические статьи

Добавить комментарий

Закрыть меню