Назначение источников бесперебойного питания

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 δU 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 - δU, снижая тем самым значение напряжения, поступающего в схему ИБП и далее к электроприемнику. При отклонении напряжения ниже номинального значе­ния бустер преключает отпайку в положение + δU. 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 К_U < 3%). Такие инверторы пригодны для питания всех типов нагрузок - от импульсных блоков пита­ния до двигателей. Как правило, форма на­пряжения инвертора и К_U 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 (cosφ ≈ 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: К_U< 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 (cosφ);

·           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 (cosφ). 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 cosφ	-
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 cosφ
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.