Схема источник бесперебойного питания схема электрическая: Схемы блоков бесперебойного питания (UPS), методика ремонта

Содержание

Источники бесперебойного питания APC SU620 (стр. 1 из 2)

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Ивановский промышленно-экономический колледж»

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

«Источники бесперебойного питания APCSU620»

Студент Смирнов Н.В.

Иваново 2009

РЕФЕРАТ

В данном курсовом проекте 14 страниц, 1 таблица и 5 литературных источников.

ИБП, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, АКБ, СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ.

В данном курсовом проекте мы рассмотрим ИБП APCSU620, типа Line-Interactive, а именно: конструкцию и технические характеристики ИБП, принципиальную схему ИБП и типовые неисправности ИБП, а также методы их устранения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Конструкция и технические характеристики ИБП

2. Принципиальная схема ИБП

3. Типовые неисправности ИБП и методы их устранения

Заключение

Список использованных источников

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Наверное, обычный пользователь и не подозревает, каким опасностям он подвергает свой компьютер, подключая его к обыкновенной сети электропитания. Казалось, чего проще: воткнул штекер в розетку — и работай на здоровье. Однако в результате не получается ни работы, ни здоровья: сколько раз вам приходилось хвататься за сердце при виде внезапно гаснущего монитора, осознавая безвозвратную потерю набиравшегося в течение нескольких часов текста? И если бы дело ограничивалось только пропаданием напряжения в электросети, — «электрические демоны» изощренны и коварны, их обличия разнообразны, имя им легион: броски напряжения, электромагнитные наводки, грозовые разряды…

1. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИБП

Компанией APC в серии Smart-UPS выпускаются модели ИБП SU420/620/700/1000/ 1400, относящиеся к классу Line-interactive. На тыльной стенки источника имеется четыре сетевые розетки, расположенные в виде вертикального ряда. Как правило, верхняя розетка в этом ряду не обеспечивается батарейным питанием, напряжение на ней присутствует при подключенном ИБП к сети и выключенной кнопке сеть. Аппаратура, подключенная к этой розетке, будет защищена только лишь от перенапряжения, поэтому к ней рекомендуется подключать печатающее устройство, сканер, факс, акустическое устройство или любое другое устройство, не требующее предварительного сохранения информации. Остальные розетки, кроме защиты от перенапряжения, обеспечивают защиту и от пропадания электроэнергии. ИБП снабжается программным обеспечением для дистанционного управления питанием. В этом случае кабель интерфейса подключается к порту RS232 разъемом DB-9.

Line-Interactive

В прямой цепи содержатся ступенчатый-автоматический регулятор напряжения (Booster). Инвертор соединен с нагрузкой и питает ее параллельно стабилизируемому переменному напряжению. Booster имеет несколько дополнительных отводов во вторичной обмотке переключением которых в случае изменения входного напряжения управляет контроллер, поддерживая напряжения на выходе в заданном диапазоне.

2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИБП

Принципиальная схема

Указанные модели характеризуются одинаковой идеологией построения принципиальной схемы и имеют тоже программное обеспечение, что и Back-UPS. Источники в серии отличаются емкостью батарей, а также исполнением выходного каскада источника, т.е. числом выходных транзисторов в инверторе и мощностью трансформатора, а соответственно – размерами. Рассмотрим особенности построения принципиальных схем этих моделей.

Входной и выходной фильтры

Напряжения первичной сети поступает на входной фильтр EMI/RFI помех, образованный элементами L1, C14, C15, C16. Защита первичной сети от выбросов осуществляется металлооксидными варисторами MV1, MV3, MV4. К выходу фильтра подключен датчик контроля входного напряжения Т1. Далее напряжения электрической сети поступает на выход источника. При работе от сети возможны два случая: входное напряжение соответствует номинальному значению или оно ниже/выше номинального.

Пусть входное напряжения первичной сети соответствует номинальному значению. В этой ситуации при включенном ИБП, т.е. при замкнутых контактах 1-2, 3-4 реле RY5, 3-4 реле RY4, 3-5 реле RY3, 5-3 реле RY2 это напряжение поступает на выходной фильтр источника, состоящий из элементов C17, MV2. Через замкнутые контакты 2-3 реле RY3 выходное напряжения сети снимается с выходных клемм источника HOT-OUT и XFMR-NEU. В цепь выходного фильтра включены трансформаторы токов СТ1 и СТ2. Первый, СТ1 контролирует высокочастотные выбросы в первичной сети, второй СТ2 предназначен для контроля тока нагрузки. Трансформатор Т2 осуществляет контроль выходного напряжения.

Если же напряжения первичной сети ниже/выше номинального, но не меньше 194 В (больше 249 В), в этом случае замыкаются контакты 4-3 (4-3) реле RY2 (RY3), в результате чего к выходному напряжению добавляется (отнимается) напряжения дополнительной обмотки, подключенной к клеммам XFP-TAP1, XFP-TAP2. При этом выходное напряжения устанавливается равным 218…223 В.

Цепи контроля и управления

Управления режимами работы источника питания осуществляется микропроцессором IC12 типа S87C654. Контролируемые сигналы (входное IN-RECT и выходное напряжение OUT-RECT, ток нагрузки PWR-OUT, напряжение заряда АКБ +24V-FET, состояния инвертора CH-ERR, температура) преобразуются в импульсный сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя последовательного типа IC10 (ADC0838), который затем поступает на вход Р2.6 микропроцессора IC12 и на вход DI (вывод 3 IC13) перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (EEPROM).

Осуществляя последовательный анализ этих сигналов, микропроцессор выдает команды управления, причем с выходов порта Р2 происходит корректировка выходного напряжения в режиме работы от сети. Так, например, при понижении/повышении входного напряжения в пределах 12% от номинального (информация о нем поступает с трансформатора Т1 и подключенному ко вторичной обмотки Т1 выпрямителя D18, D19, D20, C40) с вывода Р2.2/Р2.3 (н. 23/24) микропроцессор выдает команду BOOST/TRIM для управления реле RY3/RY2, с помощью которой осуществляется согласное или встречное подключение дополнительной обмотки к шине выходного напряжения.

Связь с главной ЭВМ осуществляется по порту Р3, входная информация поступает на вход Р3.0. В случае поступления команды на отключения выходного напряжения источника IC12 с вывода Р2.4 выдает команду SHUTDOWN на сброс нагрузки с помощью реле RY1.

При длительном исчезновении напряжения сети, а также при понижении выходного напряжения до уровня Uном-12% с триггера Q54, Q55, Q56 на микропроцессор IC12 поступает сигнал AC-OUT, который посылает команду на включения инвертора. Для формирования выходного напряжения близкого к синусоидальному с порта Р0 на цифро-аналоговый преобразователь IC15 поступает цифровой код синусоиды.

Элементы IC11, Q51, Q52, Q53 образуют схему начальной установки микропроцессора. Наличие встроенного слота SNMP позволяет расширить возможности источника питания путем подключения дополнительных плат. При этом появляется возможность иметь прямое соединение с сервером при наличии адаптера PowerNetSNMP, управления до трех серверов с расширителем интерфейса ИБП, дистанционное управление от модема при помощи устройства Call-UPS.

Инвертор ИБП схема заряда АКБ

Режимы заряда и питания ИБП от АКБ реализуются микросхемами IC14, IC17. При питании от батарей осуществляется управления транзисторами инвертора. Выходной мостовой инвертор составного типа, который включает мощные выходные каскады на полевых транзисторах и драйверы для управления ими. Выходной каскад образуют полевые транзисторы Q9…Q14, Q19…Q24, а транзисторы Q27…Q37 являются драйверами выходного каскада.

3 ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ИБП И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

ИБП не включается при нажатой кнопке «сеть». На выходных розетках отсутствует переменное напряжение.

Проверить качество подсоединения ИБП к электрической сети, исправность кнопки «сеть», исправность реле RY1, RY2, RY3, RY4, RY5.

При включении ИБП происходит сброс нагрузки.

Сработал входной автоматический выключатель ИБП, уменьшить нагрузку на ИБП, отсоединив часть оборудования, при необходимости полностью. Возвратить автоматический выключатель в исходное состояние, нажав на его плунжер. Проверить исправность Q45.

ИБП включается только от батареи при номинальном сетевом напряжении.

Проверить исправность входных цепей ИБП, в частности элементов EMI/RFI фильтры

ИБП не обеспечивает расчетного времени резервирования.

Проверить состояние батареи, при необходимости зарядить. Если срок службы истек – батарею заменить.

Мигают индикаторы «Сеть» и «Питание от батареи».

Проверить исправность элементов СТ2, IC8, IC9, Q38, IC10, IC15, неисправный элемент при необходимости заменить.

Не заряжается батарея.

Проверить исправность батареи, схемы заряда – IC14, C88, C17, IC12 при необходимости заменить.

Не происходит самотестирования ИБП при нажатии кнопки «сеть».

Проверить исправность батареи, схемы управления инвертором IC14, микропроцессора IC12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе я осмотрел ИБП и ознакомился с:

· Принципиальной схемой ИБП

· Типовыми неисправностями ИБП и методами их устранения

В принципиальной схеме ИБП я рассмотрел: принцип ее работы, входные и выходные фильтры, цепи контроля и управления, инвертор ИБП, схему заряда АКБ и пришел к выводу, что схема составлена очень грамотно и замечательно работает.

Также я ознакомился с типовыми неисправностями ИБП и методами их устранения и узнал для себя много того, чего мне может пригодится в дальнейшей жизни при работе с ИБП.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень. Основы информатики и вычислительной техники. – М.: Просвещение, 2002.

Схема электрическая принципиальная ибп. Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы арс

Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, пригодное для питания любых приборов. (10+)

Как сделать ИБП с синусоидальным выходом самому

Стоит ли самому собирать ИБП?

Имеет ли смысл собирать ИБП самому? Не знаю. В продаже есть киловаттные бесперебойники за 30 т. р. Эти изделия однозначно более высокого качества, надежности и энергоэффективности, чем самодельный. Стоимость самодельного, если собирать его из готовых блоков, получается в районе 20 т. р. Я собирал его тогда, когда еще в продаже ничего подобного не было. В любом случае, делюсь опытом. Мой UPS отлично работает уже 8 лет. Учтите, что это устройство постоянного функционирования. Он не выключается, когда есть напряжение в сети, а работает постоянно. Так что он реально проработал беспрерывно восемь лет. Изменить схему так, чтобы он автоматически выключался и включался, если это Вам нужно, не составит труда для специалиста, способного его собрать. Я использую именно непрерывно работающее устройство потому, что у меня в доме есть несколько критических по электроэнергии потребителей: компьютеры, сервер, система «умного дома». При переключении с сети на питание от аккумулятора возникает скачок напряжения, который недопустим.

Источник бесперебойного питания можно целиком собрать самому, тогда стоимость деталей к нему составит 10 т. р.

Вашему вниманию подборка материалов:

Недостатком самодельного ИБП является низкий КПД при низких нагрузках. Бесперебойник на холостом ходу, то есть без нагрузки, потребляет около 100 Ватт. Без всякой нагрузки UPS сажает аккумуляторы за 35 часов.

Не следует соединять аккумуляторы параллельно. При больших нагрузках, а здесь нагрузки большие, не удается обеспечить, чтобы параллельно соединенные аккумуляторы нагружались одинаково. Виной тому разные сопротивления проводов и мест контакта на клеммах. Таким образом, работать будет только один аккумулятор из всех, он и выйдет очень быстро из строя.

Эксплуатация и обслуживание источника бесперебойного питания

Не забудьте регулярно следить за уровнем электролита в аккумуляторах. Больше ничего особенного делать не надо.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые.
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….


Как работает инвертирующий стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание…


Обзор схем бестрансформаторных источников питания. ..

Питание светодиода. Драйвер. Светодиодный фонарь, фонарик. Своими рука…
Включение светодиодов в светодиодном фонаре….

Мостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, исто…

Как работает мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание прин…


Замечания

Эту схему можно адаптировать и для других значений стабилизированного и нестабилизированного выходных напряжений, применяя различные стабилизаторы и аккумуляторы. Например, чтобы получить стабилизированные 15 В, необходимы соединенные последовательно два 12-вольтовых аккумулятора и интегральный стабилизатор 7815. Поэтому, данное схемное решение имеет довольно широкое применение.

Первичная обмотка трансформатора TR1 рассчитывается на номинальное значение напряжения электросети, например, в Великобритании оно составляет 240 В. Вторичная обмотка должна, при этом, выдавать напряжение не менее 12 В с током 2 А, но может быть рассчитана и на большее напряжение, например, на 15 В. Предохранитель F1 с замедленным срабатыванием защищает трансформатор от короткого замыкания в схеме или неисправности аккумулятора. Светодиод LED1 будет светиться, когда подается напряжение питания. При отключении энергоснабжения индикатор гаснет, и выходное напряжение поддерживается аккумулятором. На рисунке ниже приведен результат моделирования работы устройства при подключении к электросети.

Между клеммами VP1 и VP3 — номинальное нестабилизированное напряжение питания. На клеммах VP1 и VP2 присутствует стабилизированное напряжение 5 В. Через резистор R1 и диод D1 происходит заряд аккумулятора B1. Диоды D1 и D3 предотвращают свечение LED1 при отключении напряжения сети. Аккумулятор подзаряжается в капельном режиме, ток которого определяется следующим образом:

(VP5 — U B1 — 0.6) / R1 ,

VP5 — напряжение после выпрямительного моста BR1, сглаженное конденсатором С1,
U B1 — напряжение на аккумуляторе B1.

Диод D2 должен быть включен в схему обязательно, без него на аккумулятор попадет полное напряжение VP5, без ограничения тока, что приведет к перегреву батареи и выходу ее из строя.

На рисунке ниже показан результат моделирования схемы при отключении электроэнергии.

Обратите внимание, что напряжение 5 В стабильно при любом режиме работы схемы, и, в то же время, нестабилизированное напряжение питания VP3 может меняться в пределах нескольких вольт.

Время работы в резервном режиме

Время работы в резервном режиме зависит от нагрузок, подключенных к устройству, а также, от емкости аккумулятора. Если Вы используете 12-вольтовый аккумулятор емкостью 7 А·ч и подключили 5-вольтовую нагрузку с током 0.5 А (при этом к выходу нестабилизированного напряжения нагрузка не подключена), то стабильное напряжение 5 В будет поддерживаться примерно в течение 14 часов. Увеличив емкость батареи, получите большее время резервного режима.

Содержание:

Стабильная работа компьютеров и другой оргтехники полностью зависит от наличия питания в сети, к которой они подключены. В случае перебоев с подачей электроэнергии техника просто перестанет функционировать.

В современных условиях эта проблема легко решается путем подключения источника бесперебойного питания. Поэтому многих волнует вопрос, когда возникает необходимость в ИБП для компьютера: на что стоит обратить внимание при покупке данного оборудования. Какие параметры и критерии следует учитывать?

Рекомендуется изначально определиться, для каких целей необходимо это устройство. Если проблема заключается лишь в стабилизации сетевого напряжения, можно вполне обойтись более простыми и дешевыми . Однако в случае регулярных перебоев с подачей электроэнергии, обязательно потребуется ИБП, который нужно правильно выбрать для конкретного компьютера.

Применение ИБП в быту

К основным неполадкам сети относится полное отсутствие напряжения, наличие высоковольтных импульсных помех, краткосрочные и продолжительные скачки напряжения, высокочастотные помехи и другие факторы, при наличии которых требуется использование ИБП. Данные устройства обеспечивают бесперебойную работу компьютерной техники от нескольких минут до одного часа.

Схема бесперебойного питания выбирается в соответствии с условиями эксплуатации, временем переключения нагрузки от сети на аккумулятор и обратно, а также продолжительностью работы самой аккумуляторной батареи.

ИБП для домашнего компьютера

Прежде чем приобретать то или иное устройство, следует выяснить, как работает ИБП. В его блоке установлен датчик, который непрерывно проверяет характеристики тока в сети и уровень напряжения. Если параметры начинают расти или падать слишком быстро, он отключает компьютер от сети и тут же переключает его на использование запасного источника питания.

При переключении на запасной источник ИБП подает световой и звуковой сигналы. Помимо этого, практически ко всем ИБП есть программа, которая разрешает автоматически отключать компьютер по исчерпании заряда аккумулятора. Когда в сети снова появится электроток, датчик сигнализирует об этом и он переключает компьютер на питание от сети и начнет заряжать встроенный аккумулятор.

Аккумуляторные батареи, применяемые в устройствах, рассчитаны на низкое напряжение. Для получения рабочего значения, с помощью инвертора выполняется его преобразование в синусоидальное. Одновременно напряжение аккумулятора повышается и выравнивается с номинальным напряжением сети. Таким образом, батарея всегда готова к работе и мгновенно переключается, когда это необходимо.

В процессе эксплуатации следует учитывать, что работа ИБП при номинальной нагрузке возможна лишь в течение короткого времени. За этот период можно успеть сохранить данные и корректно отключить компьютер. Во время работы не допускаются перегрузки, в этих случаях защита сразу же отключает выход устройства. Данные проблемы легко решаются за счет увеличения емкости аккумулятора и мощности инвертора.

Какой ИБП выбрать для компьютера

Существуют различные типы устройств для бесперебойного питания компьютерной техники. Они отличаются принципом действия и разделяются на три основных типа:

  • Резервные ИБП . Применяется, когда в сети возникает сильное падение напряжения или оно полностью отсутствует. В этом случае происходит переключение на аккумуляторы резервного ИБП. Переключение происходит очень быстро — в течение 10 миллисекунд и менее, что никак не нарушает бесперебойную работу компьютера. При переключениях во время скачков напряжения рекомендуется использовать стабилизатор. Это позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи. Решая вопрос, как выбрать источник бесперебойного питания, следует помнить, что данное устройство получило широкое распространение, благодаря сравнительно невысокой стоимости, высокому КПД и низкому уровню шума. Устройство может работать в автономном режиме 5-15 минут. При выборе и покупке рекомендуется создавать запас по мощности в пределах 20-30%.
  • Линейно-интерактивные ИБП . Конструкция этих устройств дополнена стабилизатором напряжения, поэтому они более функциональные и дорогие. Переключение на аккумуляторы происходит только при полном отсутствии электричества, поэтому срок эксплуатации батарей более продолжительный. В автономном режиме линейно-интерактивные ИБПработают до 20 минут. Они отличаются повышенной экономичностью и более высокой степенью защиты. Из недостатков следует отметить шум, создаваемый вентилятором охлаждения стабилизатора.
  • ИБП с двойным преобразованием напряжения . Относятся к категории наиболее сложных и дорогих устройств. В процессе работы переменный ток преобразуется в постоянный, а затем, опять в переменный. Выходное напряжение составляет 220 В и характеризуется идеальной синусоидой. Батареи постоянно находятся во включенном состоянии, поэтому времени на переключения вообще не требуется. Решая вопрос, как выбрать ИБП для компьютера по мощности, нужно учитывать, что данные устройства обеспечивают бесперебойную работу дорогостоящей аппаратуры, которая не должна останавливаться даже на короткое время. Недостатками являются низкий КПД, высокая стоимость, высокий уровень выделения тепла и шума.

При покупке того или иного устройства нужно обращать внимание на его основные характеристики. Мощность самого ИБП выражена в вольт-амперах (ВА), а мощность подключенного компьютера — в ваттах (Вт). Перевести одну величину в другую можно с помощью коэффициента 0,7. Например, если мощность устройства составляет 1000 ВА, то получится 1000 х 0,7 = 700 Вт. С учетом запаса мощности к данному ИБП может подключаться нагрузка в пределах 500 Вт.

Кроме того, делая выбор ИБП для компьютера, следует обращать внимание на продолжительность автономной работы при максимальной нагрузке, наличие или отсутствие защиты от коротких замыканий самого ИБП и подключенной аппаратуры. Рекомендуется получить информацию у продавца о возможности замены батареи, проверить наличие дисплея и других специфических элементов.

Как подобрать ИБП для компьютера по мощности

Довольно часто возникает вопрос, какую мощность должен иметь ИБП? Чем больше энергопотребление компьютера, тем большей мощностью должен обладать его блок питания и, соответственно также, ИБП. Большинство моделей выражают мощность не в привычных ваттах, а в вольт-амперах.

Рассчитать мощность ИБП для компьютера довольно легко путем, умножения мощность монитора и блока питания в ваттах на 1,6. Допустим, что сумма энергопотребления вашего монитора и блока питания равняется 200 Вт. В этом случае вам потребуется источник бесперебойного питания мощностью в 320 ВА (1,6х200). Для большей надежности повысьте это значение еще на одну треть. В результате выйдет величина порядка 400 ВА. Потом просто, ищите модель как раз с такой мощностью.

У некоторых пользователей возникает проблема, расчета мощности ИБП для компьютера. Для этого нужно определить мощность нагрузки, которая не должна быть выше 70% от мощности ИБП на выходе. Например, потребление электроэнергии процессором составляет 65 Вт, видеокартой — 170 Вт, материнской платой — 40 Вт, приводом DVD — 20 Вт, диском HDD — 40 Вт, прочим оборудованием — 30 Вт. Количество возможных потерь условно принимается за 20%. Таким образом, потребление компьютера без потерь будет до 365 Вт, а с потерями — 438 Вт. Следовательно, приобретаемый источник бесперебойного питания должен обладать мощностью в пределах 500-620 Вт.

Подключение источника бесперебойного питания для компьютера

Иногда у хозяев компьютерной техники возникает вопрос, как установить ИБП? Нужно источник бесперебойного питания подсоединить к обычной электрической розетке, а далее в розетки, размещенные на его корпусе, вставьте сетевые вилки устройств, которые вы собираетесь защитить от перебоев с электропитанием. Если источник бесперебойного питания поддерживает автоматическое отключение компьютера и другие функции управления, которые осуществляются при помощи ПК, его следует подсоединить также к системному блоку, как правило, при помощи USB-шнура.

Существует несколько вариантов подключения в том числе и с использованием , компенсирующего перепады от 140 до 260 вольт. Данный способ используется наиболее часто, поэтому его следует рассмотреть подробнее. Кроме стабилизатора потребуется сетевой фильтр. Перед подключением нужно уточнить параметры всех составляющих. Мощность стабилизатора и ИБП должны быть примерно равны, а мощность ИБП должна быть выше мощности блока питания компьютера.

Порядок подключения:

  • Стабилизатор напряжения подключается в сеть, после чего к нему подключается сетевой фильтр.
  • После этого сам ИБП соединяется с сетевым фильтром. На корпусе устройства имеется кнопка, которая нажимается и удерживается до тех пор пока не загорится индикатор включения.
  • Далее к ИБП подключается компьютер, то есть системный блок и монитор. При наличии дополнительных выходов можно подключить колонки, принтер и другое оборудование.

Некоторые источники бесперебойного питания оборудуются программным управлением, которое нужно правильно настроить после подключения. В панели управления, в разделе «Электропитание», после установки прибора высветится отдельное окно ИБП. В нем настраиваются все необходимые параметры в зависимости от мощности компьютера и условий эксплуатации.

Источник бесперебойного питания довольно сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь 12В в сетевое 220В, и зарядное устройство выполняющее обратную функцию: 220В на 12В для подзарядки аккумулятора. В большинстве случаев ремонт бесперебойника очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — конечно всегда есть шанс на халяву в виде сгоревшего предохранителя:)

У знакомого на фирме выкинули нерабочий бесперебойник модели APC 500. Но прежде чем пустить его на запчасти, решил попробовать его оживить. И как оказалось не зря. Прежде всего меряем напряжение на аккумуляторной гелевой батарее. Для функционирования бесперебойника но должно быть в пределах 10-14В. Вольтаж в норме, так что проблема с аккумулятором отпадает.


Теперь осмотрим саму плату и померяем питание в ключевых точках схемы. Родной принципиальной схемы бесперебойника APC500 не нашёл, но вот кое что похожее. Для лучшей чёткости скачайте полноценную здесь. Проверяем мощные олевые транзисторы — норма. Питание на электронную управляющую часть источника бесперебойного питания поступает с небольшого сетевого трансформатора на 15В. Меряем это напряжение до диодного моста, после, и после стабилизатора 9В.


А вот и первая ласточка. Напряжение 16В после фильтра входит в микросхему — стабилизатор, а на выходе всего пару вольт. Заменяем её на аналогичную по вольтажу модель и воссстанавливаем питание схемы блока управления.


Бесперебойник начал трещать и жужжать, но на выходе 220В по прежнему не наблюдается. Продолжаем внимательный осмотр печатной платы.



Ещё одна проблема — одна из тонких дорожек перегорела и пришлось заменить её тонкой проволочкой. Вот теперь устройство бесперебойного питания APC500 заработало без проблем.


Испытывая в реальных условиях, пришёл к выводу, что встроенная пищалка сигнализатор отсутствия сети орёт как дурная, и не мешало бы её немного утихомирить. Полностью выключать нельзя — так как будет не слышно состояния аккумулятора в аварийном режиме (определяется по частоте сигналов), а вот сделать тише можно и нужно.


Это достигается включением резистора на 500-800 Ом последовательно со звукоизлучателем. И напоследок несколько советов владельцам бесперебойников. Если он иногда отключает нагрузку, возможно проблема в с «подсохшими» конденсаторами. Подключите UPS ко входу заведомо исправного компа и посмотрите — прекратятся ли срабатывания.


Бесперебойник иногда неверно определяет ёмкость свинцовых батарей показывая статус ОК, но стоит только ему переключится на них, как они внезапно садятся и нагрузка «выбивается». Убедитесь, что клеммы заходят плотно, а не болтаются. Не отключайте его надолго от сети, лишая возможности держать аккумуляторы на постоянной подзарядке. Не допускайте глубоких разрядов батарей, оставляя по меньшей мере 10% емкости, после чего следует отключать бесперебойник до восстановления питающего напряжения. Хотя бы раз в три месяца устраивайте «тренировку», разряжая батарею до 10% и опять заряжая аккумулятор до полной ёмкости.

Обсудить статью РЕМОНТ БЕСПЕРЕБОЙНИКА

Требования к качеству электроэнергии законодательно прописаны государственными стандартами и довольно жесткими нормативами. Электроснабжающие организации прилагают много усилий для их соблюдения, но, они не всегда реализуются.

В наших квартирах, да и на производстве, периодически возникают:

    полные отключения электричества на неопределенное время;

    апериодические кратковременные (10÷100 мс) высоковольтные (до 6 кВ) импульсы напряжения;

    всплески и снижения напряжения с различной продолжительностью;

    накладки высокочастотных шумов;

    уходы частоты.

Все эти неполадки отрицательно влияют на работу бытовых и офисных потребителей электроэнергии. Особенно страдают от качества электропитания микропроцессорные и компьютерные устройства, которые не только совершают сбои, но и могут полностью потерять свою работоспособность.

Назначение и виды источников бесперебойного питания

Чтобы сократить риски от возникновения неисправностей питающей электрической сети используются резервные устройства, которые принято называть источниками бесперебойного питания (ИБП) или UPS (образовано от сокращения английской фразы «Uninterruptible Power Supply») .

Они изготавливаются с разной конструкцией для решения специфических задач потребителя. Например, мощные ИБП с гелиевыми аккумуляторами способны поддерживать энергоснабжение целого коттеджа в течение нескольких часов.

Их АКБ получают заряд от линии электропередач, ветрогенератора, или других носителей электроэнергии через выпрямительное устройство инвертора. Они же подпитывают электрические потребители коттеджа.

Когда внешний источник отключается, то аккумуляторы разряжаются на подключенную в их сеть нагрузку. Чем больше емкость АКБ и меньше ток их разряда, тем дольше они работают.

Иисточники бесперебойного питания средней мощности могут резервировать , систем поддержания микроклимата в помещениях и подобного оборудования.

В то же время самые простые модели UPS способны только завершить программу аварийного отключения компьютера. При этом длительность всего процесса их работы не превысит 9÷15 минут.

Компьютерные источники бесперебойного питания бывают:

    встроенными в корпус устройства;

    внешними.

Первые конструкции распространены в ноутбуках, нетбуках, планшетах и подобных мобильных устройствах, работающих от встроенного аккумулятора, который снабжен схемой переключения питания и нагрузки.

АКБ ноутбука со встроенным контроллером является источником бесперебойного питания. Его схема в автоматическом режиме защищает работающее оборудование от неисправностей электросети.

Внешние конструкции ИБП , предназначенные для нормального завершения программ стационарного компьютера, изготавливаются отдельным блоком.

Их подключают через сетевой адаптер питания к электрической розетке. От них запитывают только те устройства, которые отвечают за работу программ:

    системный блок с подключенной клавиатурой;

    монитор, отображающий происходящие процессы.

Остальные периферийные устройства: сканеры, принтеры, акустические колонки и другое оборудование от UPS не запитывают. Иначе они при аварийном завершении программ будут забирать на себя часть энергии, накопленной в аккумуляторах.

Варианты построения рабочих схем ИБП

Компьютерные и промышленные UPS изготавливают по трем основным вариантам:

    резервирования электропитания;

    интерактивной схемы;

    двойного преобразования электроэнергии.

При первом методе резервной схемы , обозначаемым английскими терминами «Standby» или «Off-Line» напряжение поступает из сети к компьютеру через ИБП, в котором электромагнитные помехи устраняются встроенными фильтрами. Здесь же установлен , емкость которого поддерживается током заряда, регулируемым контроллером.

Когда пропадает или выходит за установленные нормативы внешнее питание, то контроллер направляет энергию АКБ на питание потребителей. Для преобразования постоянного тока в переменный подключается простой инвертор.

Преимущества UPS Standby

Источники бесперебойного питания схемы Off-Line обладают высоким КПД, при поданном на них напряжении, тихо работают, мало выделяют тепла и относительно дешевы.

Недостатки

UPS Standby выделяются:

    долгим переходом на питание от аккумулятора 4÷13 мс;

    искаженной формой выходного сигнала, выдаваемого инвертором в виде меандра, а не гармоничной синусоиды;

    отсутствием корректировки напряжения и частоты.

Такие устройства наиболее распространены на персональных компьютерах.

ИБП интерактивной схемы

Их обозначают английским термином ««Line-Interactive». Они выполняются по предыдущей, но более усложненной схеме за счет включения стабилизатора напряжения, использующего автотрансформатор со ступенчатым регулированием.

Это обеспечивает корректировку величины выходного напряжения, но управлять частотой сигнала они не способны.

Фильтрация помех в нормальном режиме и переход на инверторное питание при авариях происходит по алгоритмам UPS Standby.

Добавлением стабилизатора напряжения различных моделей с методиками управления им позволило создавать инверторы с формой сигнала не только меандра, но и синусоиды. Однако, небольшое количество ступеней регулирования на основе релейных переключений не позволяет реализовать функции полной стабилизации.

Особенно это характерно для дешевых моделей, которые при переходе на питание от аккумулятора не только завышают частоту выше номинальной, но и искажают форму синусоиды. Помехи вносит встроенный трансформатор, в сердечнике которого происходят процессы гистерезиса.

В дорогих моделях работают инверторы на полупроводниковых ключах. UPS Line-Interactive имеют большее быстродействие при переходе на питание от АКБ, чем у ИБП Off-Line. Оно обеспечивается работой алгоритмов синхронизации между входящим напряжением с выдаваемыми сигналами. Но при этом происходит некоторое занижение КПД.

ИБП Line-Interactive нельзя использовать для питания асинхронных двигателей, которые массово установлены на всей бытовой технике, включая системы отопления. Их используют для работы устройств с , где питание фильтруется и выпрямляется одновременно: компьютеров и бытовой электроники.

ИБП двойного преобразования

Эта схема UPS получила название по английскому словосочетанию On-line» и работает на оборудовании, требующем высококачественного питания. В ней производится двойная конверсия электроэнергии, когда синусоидальные гармоники переменного тока постоянно преобразуются выпрямителем в постоянную величину, пропускаемую через инвертор для создания повторной синусоиды на выходе.

Здесь АКБ постоянно подключен в схему, что исключает необходимость его коммутаций. Этим способом практически исключается период подготовки источника бесперебойного питания на переключения.

Работу ИБП On-line по состоянию аккумулятора можно разделить на три этапа:

    стадия заряда;

    состояние ожидания;

    разряд на работу компьютера.

Период заряда

Цепи входа и выхода синусоиды разорваны внутренним переключателем UPS.

Подключенный к выпрямителю аккумулятор получает энергию заряда до тех пор, пока его емкость не восстановится до оптимальных значений.

Период готовности

После окончания заряда АКБ автоматика источника бесперебойного питания замыкает внутренний переключатель.

Аккумулятор поддерживает состояние готовности к работе в буферном режиме.

Период разряда

АКБ автоматически переводится на питание компьютерной станции.

У источников бесперебойного питания, работающих по методике двойного преобразования электроэнергии, КПД в режиме питания от линии ниже, чем у других моделей из-за расхода энергии на выделение тепла и шума. Но в сложных конструкциях применяются методики, позволяющие увеличить КПД.

UPS On-line споосбны выправлять не только величину напряжения, но и его частоту колебаний. Это выгодно отличает их от предыдущих моделей и позволяет использовать для питания различных сложных устройств с асинхронными двигателями. Однако, стоимость таких устройств значительно выше предыдущих моделей.

Состав ИБП

В зависимости от вида рабочей схемы в комплект источника бесперебойного питания входят:

    аккумуляторы для накопления электроэнергии;

    Обеспечивающее поддержание работоспособности АКБ;

    инвертор для формирования синусоиды,

    схема управления процессами;

    программное обеспечение.

Для удаленного доступа к устройству может использоваться локальная сеть, а повысить надежность схемы можно за счет ее резервирования.

В отдельных источниках бесперебойного питания используется режим «Байпас», когда нагрузка запитывается отфильтрованным напряжением сети без работы основной схемы устройства.

Часть UPS имеет ступенчатый регулятор напряжения «Бустер», управляемый от автоматики.

В зависимости от необходимости выполнять сложные технические решения источники бесперебойного питания могут оснащаться еще дополнительными специальными функциями.

Источники бесперебойного питания APC SU620 (Курсовая работа)

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Ивановский промышленно-экономический колледж»

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

«Источники бесперебойного питания APC SU620»

Студент Смирнов Н.В.

Иваново 2009

РЕФЕРАТ

В данном курсовом проекте 14 страниц, 1 таблица и 5 литературных источников.

ИБП, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, АКБ, СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ.

В данном курсовом проекте мы рассмотрим ИБП APC SU620, типа Line-Interactive, а именно: конструкцию и технические характеристики ИБП, принципиальную схему ИБП и типовые неисправности ИБП, а также методы их устранения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Конструкция и технические характеристики ИБП

2. Принципиальная схема ИБП

3. Типовые неисправности ИБП и методы их устранения

Заключение

Список использованных источников

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Наверное, обычный пользователь и не подозревает, каким опасностям он подвергает свой компьютер, подключая его к обыкновенной сети электропитания. Казалось, чего проще: воткнул штекер в розетку — и работай на здоровье. Однако в результате не получается ни работы, ни здоровья: сколько раз вам приходилось хвататься за сердце при виде внезапно гаснущего монитора, осознавая безвозвратную потерю набиравшегося в течение нескольких часов текста? И если бы дело ограничивалось только пропаданием напряжения в электросети, — «электрические демоны» изощренны и коварны, их обличия разнообразны, имя им легион: броски напряжения, электромагнитные наводки, грозовые разряды…

1. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИБП

Компанией APC в серии Smart-UPS выпускаются модели ИБП SU420/620/700/1000/ 1400, относящиеся к классу Line-interactive. На тыльной стенки источника имеется четыре сетевые розетки, расположенные в виде вертикального ряда. Как правило, верхняя розетка в этом ряду не обеспечивается батарейным питанием, напряжение на ней присутствует при подключенном ИБП к сети и выключенной кнопке сеть. Аппаратура, подключенная к этой розетке, будет защищена только лишь от перенапряжения, поэтому к ней рекомендуется подключать печатающее устройство, сканер, факс, акустическое устройство или любое другое устройство, не требующее предварительного сохранения информации. Остальные розетки, кроме защиты от перенапряжения, обеспечивают защиту и от пропадания электроэнергии. ИБП снабжается программным обеспечением для дистанционного управления питанием. В этом случае кабель интерфейса подключается к порту RS232 разъемом DB-9.

Line-Interactive

В прямой цепи содержатся ступенчатый-автоматический регулятор напряжения (Booster). Инвертор соединен с нагрузкой и питает ее параллельно стабилизируемому переменному напряжению. Booster имеет несколько дополнительных отводов во вторичной обмотке переключением которых в случае изменения входного напряжения управляет контроллер, поддерживая напряжения на выходе в заданном диапазоне.

2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИБП

Принципиальная схема

Указанные модели характеризуются одинаковой идеологией построения принципиальной схемы и имеют тоже программное обеспечение, что и Back-UPS. Источники в серии отличаются емкостью батарей, а также исполнением выходного каскада источника, т.е. числом выходных транзисторов в инверторе и мощностью трансформатора, а соответственно – размерами. Рассмотрим особенности построения принципиальных схем этих моделей.

Входной и выходной фильтры

Напряжения первичной сети поступает на входной фильтр EMI/RFI помех, образованный элементами L1, C14, C15, C16. Защита первичной сети от выбросов осуществляется металлооксидными варисторами MV1, MV3, MV4. К выходу фильтра подключен датчик контроля входного напряжения Т1. Далее напряжения электрической сети поступает на выход источника. При работе от сети возможны два случая: входное напряжение соответствует номинальному значению или оно ниже/выше номинального.

Пусть входное напряжения первичной сети соответствует номинальному значению. В этой ситуации при включенном ИБП, т.е. при замкнутых контактах 1-2, 3-4 реле RY5, 3-4 реле RY4, 3-5 реле RY3, 5-3 реле RY2 это напряжение поступает на выходной фильтр источника, состоящий из элементов C17, MV2. Через замкнутые контакты 2-3 реле RY3 выходное напряжения сети снимается с выходных клемм источника HOT-OUT и XFMR-NEU. В цепь выходного фильтра включены трансформаторы токов СТ1 и СТ2. Первый, СТ1 контролирует высокочастотные выбросы в первичной сети, второй СТ2 предназначен для контроля тока нагрузки. Трансформатор Т2 осуществляет контроль выходного напряжения.

Если же напряжения первичной сети ниже/выше номинального, но не меньше 194 В (больше 249 В), в этом случае замыкаются контакты 4-3 (4-3) реле RY2 (RY3), в результате чего к выходному напряжению добавляется (отнимается) напряжения дополнительной обмотки, подключенной к клеммам XFP-TAP1, XFP-TAP2. При этом выходное напряжения устанавливается равным 218…223 В.

Цепи контроля и управления

Управления режимами работы источника питания осуществляется микропроцессором IC12 типа S87C654. Контролируемые сигналы (входное IN-RECT и выходное напряжение OUT-RECT, ток нагрузки PWR-OUT, напряжение заряда АКБ +24V-FET, состояния инвертора CH-ERR, температура) преобразуются в импульсный сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя последовательного типа IC10 (ADC0838), который затем поступает на вход Р2.6 микропроцессора IC12 и на вход DI (вывод 3 IC13) перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (EEPROM).

Осуществляя последовательный анализ этих сигналов, микропроцессор выдает команды управления, причем с выходов порта Р2 происходит корректировка выходного напряжения в режиме работы от сети. Так, например, при понижении/повышении входного напряжения в пределах 12% от номинального (информация о нем поступает с трансформатора Т1 и подключенному ко вторичной обмотки Т1 выпрямителя D18, D19, D20, C40) с вывода Р2.2/Р2.3 (н. 23/24) микропроцессор выдает команду BOOST/TRIM для управления реле RY3/RY2, с помощью которой осуществляется согласное или встречное подключение дополнительной обмотки к шине выходного напряжения.

Связь с главной ЭВМ осуществляется по порту Р3, входная информация поступает на вход Р3.0. В случае поступления команды на отключения выходного напряжения источника IC12 с вывода Р2.4 выдает команду SHUTDOWN на сброс нагрузки с помощью реле RY1.

При длительном исчезновении напряжения сети, а также при понижении выходного напряжения до уровня Uном-12% с триггера Q54, Q55, Q56 на микропроцессор IC12 поступает сигнал AC-OUT, который посылает команду на включения инвертора. Для формирования выходного напряжения близкого к синусоидальному с порта Р0 на цифро-аналоговый преобразователь IC15 поступает цифровой код синусоиды.

Элементы IC11, Q51, Q52, Q53 образуют схему начальной установки микропроцессора. Наличие встроенного слота SNMP позволяет расширить возможности источника питания путем подключения дополнительных плат. При этом появляется возможность иметь прямое соединение с сервером при наличии адаптера Power Net SNMP, управления до трех серверов с расширителем интерфейса ИБП, дистанционное управление от модема при помощи устройства Call-UPS.

Инвертор ИБП схема заряда АКБ

Режимы заряда и питания ИБП от АКБ реализуются микросхемами IC14, IC17. При питании от батарей осуществляется управления транзисторами инвертора. Выходной мостовой инвертор составного типа, который включает мощные выходные каскады на полевых транзисторах и драйверы для управления ими. Выходной каскад образуют полевые транзисторы Q9…Q14, Q19…Q24, а транзисторы Q27…Q37 являются драйверами выходного каскада.

3 ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ИБП И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

ИБП не включается при нажатой кнопке «сеть». На выходных розетках отсутствует переменное напряжение.

Проверить качество подсоединения ИБП к электрической сети, исправность кнопки «сеть», исправность реле RY1, RY2, RY3, RY4, RY5.

При включении ИБП происходит сброс нагрузки.

Сработал входной автоматический выключатель ИБП, уменьшить нагрузку на ИБП, отсоединив часть оборудования, при необходимости полностью. Возвратить автоматический выключатель в исходное состояние, нажав на его плунжер. Проверить исправность Q45.

ИБП включается только от батареи при номинальном сетевом напряжении.

Проверить исправность входных цепей ИБП, в частности элементов EMI/RFI фильтры

ИБП не обеспечивает расчетного времени резервирования.

Проверить состояние батареи, при необходимости зарядить. Если срок службы истек – батарею заменить.

Мигают индикаторы «Сеть» и «Питание от батареи».

Проверить исправность элементов СТ2, IC8, IC9, Q38, IC10, IC15, неисправный элемент при необходимости заменить.

Не заряжается батарея.

Проверить исправность батареи, схемы заряда – IC14, C88, C17, IC12 при необходимости заменить.

Не происходит самотестирования ИБП при нажатии кнопки «сеть».

Проверить исправность батареи, схемы управления инвертором IC14, микропроцессора IC12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе я осмотрел ИБП и ознакомился с:

        • Принципиальной схемой ИБП

        • Типовыми неисправностями ИБП и методами их устранения

В принципиальной схеме ИБП я рассмотрел: принцип ее работы, входные и выходные фильтры, цепи контроля и управления, инвертор ИБП, схему заряда АКБ и пришел к выводу, что схема составлена очень грамотно и замечательно работает.

Также я ознакомился с типовыми неисправностями ИБП и методами их устранения и узнал для себя много того, чего мне может пригодится в дальнейшей жизни при работе с ИБП.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень. Основы информатики и вычислительной техники. – М.: Просвещение, 2002.

2. А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е. В. Линецкий, М.В. Сапир, В.Ф. Шолохович. Основы информатики и вычислительной техники. – М.: Просвещение, 2004 .

3. А.М. Кенин, Н.С. Печенкина. Работа на ЭВМ. – М.: Книга, ЛТД, 2003.

4. В.Э. Фигурнов. ЭВМ для пользователя. – СПб.: АО Коруна, 20044.

5. О.Е. Вершинин. За страницами учебника информатики. – М.: Просвещение, 2002

Приложение 1(начало)

Рис. П.1.1. Принципиальная схема ИБП APC SU620

Приложение 1(окончание)

Рис. П.1.2. Принципиальная схема ИБП APC SU620

Приложение 2

Технические характеристики SU620

Параметр

SU620

Допустимое входное напряжения, В

0-320

Входное напряжения (при работе от сети), В

165…283

Выходное напряжение, В

208-253

Защита входной цепи от перегрузки

Возвращаемый в исходное положение автоматический выключатель

Диапазон частоты (при работе от сети), Гц

47…63, автоматическое измерение

Время перехода, мс

4

Максимальная нагрузка ВА/Вт

620/390

Выходное напряжение при работе от сети, В

230

Частота при работе от батареи, Гц

50±0,1 или 60±0,1, если во время отключения электроснабжения не была осуществленна синхронизация с частотой сети

Форма сигнала при работе от батареи

Ступенчатая синусоида

Защита выходной цепи от перегрузки

Защита от перегрузки и короткого замыкания, выключение при перегрузке с фиксацией

Тип батареи

RBC4

Срок службы батарей, лет

3…6, в зависимости от числа циклов разрядки и температуры окружающей среды

Низкочастотный уровень шума, дБ

<45 на расстоянии 1м

Удовлетворяет стандартам по технике безопасности

EN50091, EN60950 выдан VDE

Стандарты электромагнитной совместимости

EN55022

Стандарт защищенности от электромагнитных помех

IEC801-2, уровень IV, 801-3, уровень III, 801-4 уровень IV

Источники бесперебойного питания 24 вольта

Источники бесперебойного питания на 24 вольта разработаны специально для оборудования, нуждающегося в постоянном обеспечении электрическим питанием с показателем напряжения в 24В.

Выбрать и купить блок питания вы можете в интернет-магазине …


Сферы применения источников бесперебойного питания с напряжением 24В

Сегодня основное применение источники бесперебойного питания независимо от напряжения (в том числе на 24 вольта) находят в компьютерных системах. Устройства широко распространены в работе современных офисов и производств, использующих компьютеры и серверное оборудование.

От 24-вольтных источников бесперебойного питания зависит также работа компаний, оказывающих услуги хранения и распространения электронной информации (различные дата-центры и хостинг-провайдеры), услуги дистанционной связи, размещающих телекоммуникационное оборудование.

Также немаловажную роль играют ИБП с напряжением 24В на выходе в организации работы автоматических систем управления, критичных к наличию питания с заданными параметрами. Например, устройства активно применяются при организации работы насосных станций и отопительных котлов, охранных систем, систем пожаротушения и оповещения и т.д.

 

Задачи, решаемые с помощью источника бесперебойного питания 24В

Основная задача устройства – обеспечение постоянного напряжения 24В для работы оборудования. Применение в работе 24-вольтного источника бесперебойного питания защитит рабочее оборудование от краткосрочных перебоев в основной электрической сети и даст время на подключение резервной схемы электропитания в случае возникновения длительных проблем.

Особенности источников бесперебойного питания с напряжением 24В на выходе устройства позволяют решать побочные задачи, возникающие при работе промышленного и бытового оборудования:

  • подавление возникающих при работе импульсных источников питания шумов выходного сигнала, а также снижение уровня помех в сети,
  • обеспечение резервной схемы электропитания,
  • предохранение рабочего оборудования от возникновения в рабочей сети коротких замыканий или перегрузок.

 

Преимущества использования источников бесперебойного питания на 24 вольта

В зависимости от конкретных параметров работы источники бесперебойного питания на 24 вольта обладают следующими преимуществами:

  • высокий КПД работы, как правило, не менее 90%,
  • дополнительная фильтрация входного тока для защиты оборудования,
  • достаточно высокая скорость переключения на встроенные аккумуляторные батареи при отсутствии питания в сети,
  • большой выбор устройств с необходимыми параметрами работы,
  • практически все современные модели снабжены световой и/или звуковой сигнализацией состояния сетевого питания.

Некоторые варианты ИБП на 24В могут быть дополнены рядом функций, облегчающих работу с устройством. Например, встроенный дисплей позволяет в реальном времени наблюдать основные параметры сети, текущие состояния устройства и т.д.

 

Модели современных источников бесперебойного питания 24В

Источники бесперебойного питания на 24 вольта сегодня предлагают многие производители. Один из самых качественных вариантов оборудования представляет компания Delta Electronics, производя источник бесперебойного питания на 24В DRU-24V40ABN.

Для работы модели DRU-24V40ABN необходим любой источник питания Delta Electronics на 24В, а также аккумуляторы с таким же напряжением. Схема подключения устройства:

Производитель также предлагает дополнительное оборудование для повышения эффективности работы:

  1. Модули резервного питания DRR-20N и DRR-40N, позволяющие одновременно подключать несколько источников питания в параллель. Схема подключения и работы оборудования в комплекте выглядит так:
  1. Буферные модули DRB-24V020ABN и DRB-24V040ABN, позволяющие абсолютно устранить провал напряжения во временном интервале переходного процесса 200-250 мс.

 

Возможные недостатки работы ИБП на 24 вольта

Некоторым моделям применяемых сегодня источников бесперебойного питания на 24В различных производителей свойственны определенные недостатки, например, долгое (до нескольких мс) переключение на аккумуляторы или недостаточный КПД работы. Все недостатки с успехом компенсируются использованием дополнительного оборудования, либо применением нескольких вариантов устройств в работе.

 

Стандартная рабочая схема источников бесперебойного питания 24В

Принцип действия источников бесперебойного питания с напряжением 24 вольта предполагает преобразование входного тока до нужных рабочих параметров, а также накопление его на внутренних батареях. При возникновении перебоев в работе питающей сети происходит переключение на схему питания от аккумуляторов. Восстановление сетевого напряжения подает сигнал о необходимости обратного переключения. В зависимости от типа работы устройства, данная схема работы может варьироваться и дополняться различными модулями.

Источники бесперебойного питания, типы и характеристики, «Компьютеры Одесса»

 

 Источник бесперебойного питания (англ. Uninterruptible Power Supply, UPS) — источник вторичного электропитания, автоматическое устройство, назначение которого обеспечить подключенное к нему электрооборудование бесперебойным снабжением электрической энергией в пределах нормы (напряжение 220 В +- 10 %; частота 50 Гц +- 1 Гц; коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8 % (длительно) и менее 12 % (кратковременно)).

 

 

Источник бесперебойного питания компании АРС

 

Массовое использование ИБП связано с обеспечением бесперебойной работы компьютеров, позволяющее подключенному к ИБП оборудованию при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы, некоторое непродолжительное (как правило — до одного часа) время продолжить работу. Кроме компьютеров, ИБП обеспечивают питанием и другую электрическую нагрузку, критичную к наличию питания с нормальными параметрам электропитающей сети, например схемы управления отопительными котлами. ИБП способен корректировать параметры (напряжение, частоту) выходной сети. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии (например, дизель-генератором).

 

Основные функции ИБП:

  • Поглощение сpавнительно малых и кpатковpеменных выбpосов напpяжения;

  • Фильтpация питающего напpяжения, снижение уpовня шумов;

  • Обеспечение pезеpвного электpопитания нагpузки в течение некотоpого вpемени после пpопадания напpяжения в сети;

  • Защита от пеpегpузки и коpоткого замыкания.

 

Характеристики ИБП:

  1. Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работают от сети и не переключаются на работу от встроенных батарей. Как известно, больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов на батарею и увеличивает срок ее эксплуатации. Кроме того, ИБП с более широким диапазоном входного напряжения продолжают работать от сети и питать нагрузку, в то время как ИБП с меньшим диапазоном уже перешли на батарею и, разрядив ее, обесточили нагрузку. Это особенно актуально для наших электросетей, где нередки длительные «просадки» напряжения.

  2. Выходная мощность – это основная характеристика ИБП, показывающая на какую максимальную нагрузку он рассчитан.

  3. Изменение выходного напряжения при изменении входного. «Обязанность» ИБП – обеспечить выходное напряжение, при котором может нормально функционировать защищаемое им оборудование. Пониженный вольтаж на выходе ИБП способен вызвать сбои в работе оборудования и потерю данных, значительное повышение напряжения приводит к тем же результатам плюс выход оборудования из строя. Повышения напряжения происходят реже, но их последствия носят более печальный характер.

  4. Параметры выходного напряжения при работе от батарей – напряжение, частота, форма сигнала. Эти параметры определяют качество генерации, обеспечиваемое ИБП, от чего зависит область применения конкретного устройства.

  5. Процесс переключения ИБП на батарею и обратно. Для нормальной работы подсоединенного к ИБП оборудования все переключения и переходные процессы должны быть «незаметны». Это означает, что они должны выполняться за минимальное время и проходить корректно – в частности, сопровождаться правильной синхронизацией частоты ИБП с внешней частотой питающей сети.

  6. Поведение ИБП при возникновении перегрузки на выходе. При перегрузке в режиме работы от батарей ИБП выключается (для предотвращения выхода из строя). Если в процессе работы от сети возникла перегрузка (например, к ИБП было подключено дополнительное оборудование), пользователь должен знать об этом, чтобы вовремя уменьшить нагрузку. В противном случае при пропадании напряжения в сети оборудование будет моментально обесточено. Наиболее эффективным является сочетание звуковой и световой индикации, тогда как некоторые ИБП обеспечивают только световую или не имеют вообще никакой индикации.

  7. Наличие «холодного» старта, т. е. возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в электропитающей сети. Такая функция может стать полезной, например, если во время длительного пропадания питания нужно включить компьютер или принять/отправить факс.

  8. Возможность стабилизации частоты (для on-line ИБП). Некоторое оборудование может быть критично к частоте питающего напряжения. Например, у двигателей переменного тока (магнитофон, виниловый проигрыватель и т. п.) при изменении частоты питающего напряжения изменяется скорость вращения.

 

Типы ИБП

 off-line(резервные) – эти ИБП(схема 1) служат для резервирования источника основного электроснабжения (электросети) на случай аварии (отключения или понижения/повышения напряжения выше установленной величины). Если это происходит, срабатывает переключатель, и нагрузка переходит на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. В штатном режиме питание нагрузки осуществляется напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. Другие названия резервных ИБП: stand-by, backup, in-line.

Достоинства резервных ИБП: простота и, следовательно, дешевизна; высокий КПД и, следовательно, низкие эксплуатационные расходы.

Недостатки резервных ИБП: отсутствие стабилизации напряжения и частоты в штатном режиме; большое время переключения на питание от батарей (несколько мсек) и, следовательно, кратковременного пропадания или выброса напряжения на нагрузке; потеря фазы при переключении.

В целом ИБП этого класса можно характеризовать как компромисс между приемлемым уровнем защиты от неполадок в электросети и ценой. Мощность выпускаемых устройств колеблется от 220 до 2000 VA (ВА).

 

Схема 1. Резервный ИБП

line-interactive (линейно-интерактивные ИБП)(схема 2)  – в штатном режиме снабжают нагрузку напряжением от основной электросети, в некоторой степени регулируя напряжение (автотрансформатор), а при аварии в основной электросети нагрузка синхронно переключается на инвертор.

По принципу работы линейно-интерактивные ИБП схожи с резервными ИБП: они также служат для резервирования основного источника электроснабжения, «туша» небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Вместе с тем они обладают рядом существенных различий. Так, инвертор ИБП включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения ИБП, а также производит заряд батарей. Кроме этого, многие производители устанавливают в ИБП этого класса дополнительные узлы (феррорезонансные трансформаторы или автотрансформаторы), позволяющие расширить диапазон входного напряжения, при котором напряжение на выходе поддерживается на приемлемом уровне без перехода на питание от батарей.

Достоинства линейно-интерактивных ИБП: достаточно высокий КПД и более надежная по сравнению с резервными ИБП защита электропитания подключенной нагрузки.

Недостатки линейно-интерактивных ИБП: нестабильность выходного напряжения в штатном режиме, зависящая от диапазона входного напряжения; отсутствие стабилизации частоты в штатном режиме; отсутствие изоляции нагрузки от электросети; неэффективность при работе на нагрузку с высокой степенью нелинейности; проникновение импульсов и шумов из основной сети на нагрузку; низкая информационная безопасность (возможность несанкционированного доступа к оборудованию по питающим линиям).

Отдельно стоит сказать о технологии, известной как «дельта-преобразование напряжения»(delta conversion). Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке регулируется плавно, а не ступенчато, как в обычных линейно-интерактивных ИБП, становится возможной стабилизация частоты выходного напряжения. Эта технология позволяет обеспечить высокий КПД и более надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети.

В целом линейно-интерактивные ИБП обеспечивают приемлемый уровень защиты электропитания и служат дешевой альтернативой более сложным системам, предназначенным для работы с чувствительной к неполадкам в электросети нагрузкой. Как правило, мощность выпускаемых устройств составляет от 250 до 10000 VA (ВА).

 

Схема 2. Линейно-интерактивный ИБП

 

on-line (постоянно включенные ИБП, с двойным преобразованием)(схема 3) – обеспечивают нагрузку электропитанием без потери фазы. Принцип работы ИБП данного класса заключается в следующем: входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором – обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением (как правило, отклонения амплитуды выходного напряжения не превышают 5% устанавливаемого пользователем номинального значения даже при работе на нелинейную нагрузку).

Основная отличительная черта ИБП этого класса: инвертор включен последовательно с источником основного электроснабжения и находится всегда во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей. Благодаря используемой схеме такое понятие как время переключения на резервное питание от батарей для ИБП данного класса просто отсутствует.

Достоинства ИБП с двойным преобразованием: постоянная стабилизация напряжения и частоты; непрерывность фазы выходного напряжения в любых режимах; отсутствие влияние нагрузки на основную сеть; полная фильтрация импульсов и шумов основной сети; высокая информационная безопасность.

Недостатки ИБП с двойным преобразованием: сложность конструкции и, следовательно, высокая цена; относительно невысокий КПД и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы (расход электроэнергии, утилизация выделяемого тепла).

ИБП данного класса обеспечивают самую надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети, что компенсирует затраты на его приобретение и установку. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк – от 600 VA (ВА) до нескольких сотен киловольт-ампер.

По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные (как правило розеточные), напольные и стоечные (19″). Один или несколько ИБП с комплексом дополнительного коммутирующего оборудования и кабелей образуют систему бесперебойного питания (СБП).

 

Схема 3.  ИБП с двойным преобразованием

 

Для сведения: согласно результатам исследования, проведенного компаниями Bell Labs и IBM, каждый ПК ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания. Использование ИБП продлит срок эксплуатации вашего ПК и защитит Вас от неприятных ситуаций, связанных с выходом из строя компонентов компьютера и потерей информации при отключении электроэнергии и др. нештатных проблем электросети.

 

 

По материалам интернет ресурсов.

 

Простой источник бесперебойного питания (ИБП)

Эта схема представляет собой простую схему базовой системы ИБП (источника бесперебойного питания). Основная схема дает постоянный результат с регулируемым напряжением 5 В при нерегулируемом источнике питания 12 В. В случае выхода из строя линии электропередач батарея возьмет на себя управление без каких-либо скачков напряжения в пределах регулируемой подачи.

Примечания:
Эта схема может быть адаптирована для различных регулируемых и даже нерегулируемых напряжений с использованием различных регуляторов и аккумуляторных батарей.Для регулируемого источника питания напряжением около 15 В используйте пару 12-вольтных электрических батарей, последовательно подключенных к регулятору 7815. В этой схеме есть гибкость.

TR1 имеет первичную обмотку, согласованную с источником электрического тока, который во многих странах составляет около 230 вольт. вторичная обмотка должна быть рассчитана минимум на 12 В, 2 А, но может быть и больше, например 15 Вольт. FS1 действительно является типом с медленным срабатыванием в дополнение к защите от коротких замыканий вокруг выхода или, фактически, от неисправного элемента в обычной перезаряжаемой батарее.Светодиод 1 загорится Только при наличии фактического электричества, а также при отключении электричества светодиод гаснет, и выходное напряжение подается через аккумуляторную батарею. Эта схема имитирует функциональную цепь вместе с подключенным питанием от сети:

Между клеммами VP1 и VP3 имеется номинальное нерегулируемое питание и регулируемое напряжение 5 В между VP1 и VP2. Резисторы R1 и D1 будут направляющими для зарядки аккумуляторного блока B1. D1, а также D3 предотвращают включение LED1 при отключении электричества.Аккумулятор рассчитан на непрерывную подзарядку, зарядный ток определен как:

(VP5 — 0,6) / R1
, в котором VP5 будет нерегулируемым напряжением источника питания постоянного тока.

D2 должен быть частью схемы, без D2 батарея будет заряжаться от полного напряжения питания без ограничения тока, что может вызвать повреждение и перегрев некоторых аккумуляторных батарей. Отключение электроэнергии смоделировано ниже:

Обратите внимание, что в каждом случае регулируемое питание 5 В фактически поддерживается постоянно, в то время как нерегулируемое питание будет отличаться на несколько вольт.

Емкость в режиме ожидания:
Емкость для поддержания регулируемого электропитания без электропитания, определяемая нагрузкой, используемой от ИБП, а также емкостью батареи в А / ч. Если вы работали с аккумуляторной батареей на 7 А / ч на 12 В, а нагрузка с регулятором на 5 В была 0,5 А (и без нагрузки через нерегулируемый источник питания), то конкретное регулируемое питание могло работать около 14 часов. Батарейные блоки с более высокой емкостью пк / ч увеличивают время работы в режиме ожидания и наоборот.

Галерея простых источников бесперебойного питания (ИБП)

Теги: простой ИБП Источник бесперебойного питания Схема ИБП Схема ИБП

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Домашняя страница

Как смоделировать источник бесперебойного питания в Power * Tools?

Для исследований переменного тока в Power * Tools модель ИБП можно выбрать, щелкнув компонент ИБП на панели инструментов компонентов.

ИБП будет питать нагрузку переменного тока, и его активная мощность равна мощности подключенной нагрузки с учетом эффективности ИБП. Реактивная мощность на входе ИБП зависит от коэффициента мощности нагрузки.

Режимы работы:

В PTW ИБП может работать в разных режимах работы. Различные режимы работы можно выбрать из раскрывающегося списка.

Обычный

Этот режим похож на нормальную работу ИБП.В этом режиме ИБП получает питание от линии и подает питание на сторону нагрузки, обеспечивая при этом плавающий заряд для внутренней батареи.

В следующем примере ИБП питает нагрузку 100 кВт с коэффициентом мощности = 0,8. Коэффициент мощности и КПД ИБП составляет 0,9.

На следующем рисунке показано, как напряжения и токи соотносятся друг с другом на обеих сторонах ИБП. PTW предполагает, что входной коэффициент мощности ИБП равен коэффициенту мощности нагрузки.Также учитывается эффективность ИБП.

Нагрузка требует 100 кВт и 75 кВАр. С учетом того, что КПД ИБП равен 0,9, входная активная мощность составит 111,1 кВт. Коэффициент входной мощности 0,8; следовательно, входное значение kVAR равно 83,33.

В исследовании потока нагрузки ИБП не влияет на коэффициент входной мощности нагрузки. Однако он изменит поток мощности из-за своей эффективности. Внутри ИБП будут некоторые потери из-за его внутреннего сопротивления.Это означает, что входная активная и реактивная мощности ИБП отличаются от мощности нагрузки.

Подзарядка

В режиме подзарядки ИБП получает питание от сети, заряжает аккумулятор и подает питание на сторону нагрузки. Следующее поле ввода будет определять скорость перезарядки.

Заряд аккумулятора = 0% Рейтинг ИБП

Заряд аккумулятора = 10% Рейтинг ИБП

Скорая помощь

В аварийном режиме ИБП получает питание от аккумулятора и подает его на сторону нагрузки.На следующем рисунке показан ИБП в аварийном режиме.

Исследование короткого замыкания

При исследовании короткого замыкания вклад ИБП в неисправность будет определяться значениями, введенными в поля информации о коротком замыкании в подменю «ИБП страница 2».

Первые два значения будут использоваться для расчета эквивалентного импеданса ИБП, а третье значение будет отношением X к R в импедансе.

Если установлен флажок байпаса, ИБП будет рассматриваться как простой импеданс. Значение этого импеданса можно ввести в следующие поля:

Примечание: режим работы не влияет на ток включения.

Гармоническое исследование

При исследовании гармоник ИБП может быть источником гармоник в зависимости от модели, выбранной из библиотеки гармоник.

Какие бывают типы систем ИБП?

Все три основные технологии источников бесперебойного питания (ИБП) находят свое место в защите сегодняшней распределенной ИТ-инфраструктуры, особенно на границе сети. Каждая технология имеет свои преимущества, и каждая может быть необходима для настройки экономичной защиты электропитания, особенно в сложных системах. Выбор ИБП для вашего конкретного применения требует изучения ряда факторов.Размер нагрузки, расположение и критичность защищаемого оборудования являются ключевыми, а также бюджетными соображениями при выборе ИБП для резервного питания.

Три основных типа конфигурации системы ИБП: онлайн с двойным преобразованием , линейно-интерактивный и автономный (также называемый резервным и резервным аккумулятором). Эти системы ИБП определяются тем, как мощность проходит через устройство.

Онлайн-двойное преобразование

Мощность

переменного тока стабильна и чиста после генерации.Но во время передачи и распределения он подвержен провалам, скачкам напряжения и полному отказу, которые могут прервать работу компьютера, вызвать потерю данных и повредить оборудование. Когда дело доходит до защиты критических ИТ-нагрузок, только технология двойного онлайн-преобразования полностью защищает от всех этих проблем с питанием, обеспечивая высочайший уровень безопасности для сетей.

Онлайн-систему ИБП также обычно называют двойным преобразованием, потому что входящая мощность преобразуется в постоянный ток (DC), а затем преобразуется обратно в переменный ток.Эта конструкция AC-DC / DC-AC обеспечивает повышенную степень изоляции нагрузки от нарушений в основном питании.

Онлайн-ИБП принимает входящий источник питания переменного тока и преобразует его в постоянный ток с помощью выпрямителя для питания батареи и подключенной нагрузки через инвертор, поэтому переключатели переключения мощности не требуются. Если основной вход переменного тока выходит из строя, выпрямитель выпадает из цепи, и батареи поддерживают поток энергии к устройству, подключенному к ИБП. Когда входная мощность переменного тока восстанавливается, выпрямитель продолжает нести большую часть нагрузки и начинает заряжать батареи.

Поскольку питание постоянно проходит через ИБП онлайн, на выходе получается идеальная синусоида. Этот тип ИБП защищает критическую нагрузку практически от всех нарушений питания, включая тонкие гармоники и искажения формы сигнала.

Это означает, что качество питания от онлайн-ИБП значительно лучше, чем от других технологий. Автономные и линейно-интерактивные технологии уменьшают влияние скачков, скачков и провалов, либо отсекая пики и спады, либо увеличивая мощность, либо переключаясь на резервное питание от батареи.Однако в пределах обычного пути электрической синусоидальной волны большая часть колебаний мощности остается в покое. Онлайн-ИБП регенерирует синусоидальную волну, а не просто регулирует исходное энергоснабжение.

Онлайн-ИБП обеспечивает непрерывную подачу высококачественного переменного тока на оборудование без перерывов при переключении на батарею, защищая оборудование практически от всех сбоев питания из-за отключений, провалов, скачков напряжения или шумовых помех. Настоящий онлайн-ИБП с двойным преобразованием обеспечивает 100% стабилизацию мощности, нулевое время переключения на батарею, отсутствие изменений выходного напряжения и лучшее подавление переходных процессов, чем линейно-интерактивные блоки.

Двойное онлайн-преобразование — это наиболее распространенный режим работы ИБП, используемый для защиты больших центров обработки данных, всегда обеспечивая наивысший уровень качества электроэнергии для нагрузки. Онлайн-системы также обеспечивают регулирование частоты, необходимое для использования с системами резервного генератора для защиты от изменений, типичных для запуска генератора.

Линейно-интерактивный

Системы линейно-интерактивного ИБП

обеспечивают как стабилизацию питания, так и резервное питание от батарей. Эта технология особенно эффективна в областях, где простои случаются редко, но часто возникают колебания мощности.Линейно-интерактивные системы ИБП поддерживают широкий диапазон колебаний входного напряжения перед переключением на резервное питание от батареи.

Помимо резервного питания от батареи, линейно-интерактивный ИБП обеспечивает гораздо лучший контроль над колебаниями мощности, чем автономные системы. Важнейшим преимуществом линейно-интерактивного ИБП является схема повышения напряжения и диапазон входного напряжения, которое принимает ИБП. Чем шире диапазон, тем больше у вас будет полная защита.

Технология линейно-интерактивного ИБП

обеспечивает стабилизацию питания с перерывом в подаче питания на 4-6 миллисекунд при переключении на резервное питание от батареи и защищает от наиболее распространенных проблем с питанием, возникающих в сети.Здесь ИБП также контролирует уровень напряжения и уравновешивает повышенное и пониженное напряжение. Эта технология обеспечивает хороший выбор между разумной защитой и умеренными эксплуатационными расходами.

В линейно-интерактивном ИБП инвертор становится частью выхода и всегда включен. Инвертор может работать в обратном направлении для зарядки аккумулятора при нормальном входе переменного тока и переключаться на питание от аккумулятора при сбое входа, что обеспечивает фильтрацию и регулирование напряжения. Системы линейно-интерактивного ИБП зависят от батареи для обеспечения питания, поэтому этот тип имеет тенденцию разряжать батарею чаще, чем онлайн-системы ИБП, которые регулируют питание посредством процесса двойного преобразования.

При пропадании входного напряжения переменного тока размыкается безобрывный переключатель блока, и мощность перетекает от батареи к выходу ИБП. Когда инвертор всегда включен и подключен к выходу, линейно-интерактивный ИБП обеспечивает дополнительную фильтрацию и снижает переходные процессы переключения по сравнению с резервным ИБП. Линейно-интерактивные системы ИБП обычно используются в стоечных системах мощностью менее 5000 ВА.

Offline / Standby / Battery Backup

Автономный ИБП

, также называемый резервным ИБП или резервным аккумулятором, является экономичным выбором.Улучшенные автономные системы ИБП переключаются на аккумулятор достаточно быстро, чтобы предотвратить аномалии питания и выдержать короткие перебои в работе. Автономный ИБП защищает от большинства скачков напряжения, но не поддерживает идеальную мощность во время небольших провалов и скачков напряжения.

Ключом к качеству автономного ИБП является диапазон мощности, за исключением которого устройство будет работать до переключения на резервный аккумулятор. Чем шире диапазон, тем меньше расходуется батарея и больше доступно время резервного питания при отключении питания. Чем чаще ИБП переключается на резервный аккумулятор, тем короче срок его службы.

Технология автономных ИБП

защитит от большинства скачков напряжения, подавляя избыточное напряжение, и поможет выдержать более 90% всех отключений. Автономная система ИБП передает электроэнергию переменного тока напрямую через блок, мимо переключателя, к выходной точке, к которой подключена защищаемая нагрузка.

Когда происходит сбой входного питания, встроенная батарея и инвертор, который преобразует постоянный ток батареи в переменный, активируются и подключаются к выходу с помощью безобрывного переключателя.Обычно при переключении на резервную батарею происходит перерыв в питании на 6-8 миллисекунд.

Эта технология лучше всего подходит для устройств мощностью менее 1500 ВА, таких как небольшие офисы, персональные домашние компьютеры и другие менее важные приложения. Автономный ИБП — хороший вариант для тех, кому требуется меньшая мощность и стоимость. Технология автономных ИБП обеспечивает защиту от резервного питания для настольного оборудования, игровых консолей, рабочих станций, беспроводных сетей и другой электроники. Во время отключения электроэнергии он обеспечивает достаточное время работы для сохранения незавершенного производства и завершения надлежащего отключения оборудования.В дополнение к резервному питанию большинство автономных систем ИБП также предлагает базовую защиту от перенапряжения.

Электропитание | Encyclopedia.com

Требования к источникам питания

Батареи в качестве источников питания

Вставные блоки питания

Регулировка напряжения источника питания

Цепи регулирования напряжения

Источники питания и взаимодействие нагрузки

Уменьшение пульсаций

Минимизация влияние изменений сетевого напряжения

Лабораторные источники питания

Простые трансформаторные источники питания

Импульсные источники питания

Важность источников питания

Ресурсы

Электропитание — это устройство, которое обеспечивает энергию, необходимую для электрических или электронных оборудование.Часто электричество напрямую доступно только из источника с несоответствующими электрическими характеристиками, например, переменного тока (AC) вместо постоянного (DC), и для изменения мощности необходим источник питания в соответствии с требованиями оборудования. Поскольку цифровые устройства, которых так много, работают на довольно низком напряжении постоянного тока, в то время как мощность обычно доступна в виде довольно высокого напряжения переменного тока, источники питания обычно преобразуют переменный ток в постоянный, повышая и понижая напряжение по мере необходимости. Они также необходимы для кондиционирования питания и тока от батарей к чувствительным устройствам.Например, фонарик не содержит источника питания, а цифровой фотоаппарат есть. Источники питания часто обеспечивают защиту от сбоев источника питания, которые могут повредить оборудование. Они также могут обеспечивать изоляцию от потенциально опасного электрического шума, который обычно встречается на коммерческих линиях электропередач.

Источником питания может быть простая батарея или более сложная, чем оборудование, которое она поддерживает. Соответствующий источник питания является неотъемлемой частью каждого рабочего набора электрических или электронных схем.

Батареи можно было бы использовать для питания почти всего электронного оборудования, если бы не высокая стоимость энергии, которую они вырабатывают по сравнению с коммерческими линиями электропередач. Источники питания когда-то назывались элиминаторами батарей, подходящее название, потому что они позволяли использовать менее дорогую энергию от коммерческой линии электропередач там, где она доступна. Батареи по-прежнему являются подходящим и экономичным выбором для портативного оборудования со скромными потребностями в энергии.

В аккумуляторах, которые питают электронное оборудование, используются два основных типа химических элементов.Первичные элементы обычно не перезаряжаются. Их следует выбросить после того, как их запас энергии будет исчерпан. С другой стороны, вторичные элементы являются перезаряжаемыми. Свинцово-кислотный вторичный элемент, используемый в автомобильном аккумуляторе, можно перезаряжать много раз, прежде чем он выйдет из строя. Никель-кадмиевые батареи основаны на вторичных элементах.

Электроснабжение домов и предприятий по коммерческим линиям электропередачи осуществляется от переменного тока. Электронное оборудование, однако, почти всегда требует питания постоянного тока (DC).Источники питания обычно меняют переменный ток на постоянный с помощью процесса, называемого выпрямлением. Полупроводниковые диоды, пропускающие ток только в одном направлении, используются для блокировки тока в линии электропередач при изменении полярности. Конденсаторы накапливают энергию для использования, когда диоды не проводят, обеспечивая при необходимости постоянный ток относительно постоянного напряжения.

Плохое регулирование напряжения в линии электропередачи приводит к тому, что свет в доме тускнеет при каждом включении холодильника. Точно так же, если изменение тока от источника питания вызывает изменение напряжения, источник питания плохо регулирует напряжение.Большая часть электронного оборудования будет работать лучше всего, если оно питается от источника почти постоянного напряжения. Неопределенное напряжение питания может привести к ухудшению работы схемы.

Анализ характеристик типичного источника питания упрощается за счет моделирования его как источника постоянного напряжения, включенного последовательно с внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление используется для объяснения изменений напряжения на клеммах при изменении тока в цепи. Чем ниже внутреннее сопротивление данного источника питания, тем больший ток он может выдавать при поддержании почти постоянного напряжения на клеммах.Идеальный источник питания для цепей, требующих постоянного напряжения с изменяющимся током нагрузки, должен иметь внутреннее сопротивление, близкое к нулю. Блок питания с очень низким внутренним сопротивлением иногда называют «жестким» блоком питания.

Неадекватный источник питания почти всегда снижает производительность электронного оборудования. Например, усилители звука могут издавать искаженный звук, если напряжение питания падает с каждым громким звуковым импульсом. Было время, когда изображение на телевизорах уменьшалось, если напряжение в сети переменного тока упало ниже минимального значения.Эти проблемы менее значительны сейчас, когда регулирование напряжения включено в большинство источников питания.

Есть два подхода, которые можно использовать для улучшения регулирования напряжения источника питания. Поможет простой блок питания, который намного больше, чем требуется для среднего спроса на оборудование. Блок питания большего размера должен иметь более низкое эффективное внутреннее сопротивление, хотя это не является абсолютным правилом. При более низком внутреннем сопротивлении изменения подаваемого тока менее значительны, а регулирование напряжения улучшается по сравнению с источником питания, работающим с максимальной мощностью.

Для некоторых источников питания требуется более высокое внутреннее сопротивление. Для мощных радиолокационных передатчиков требуется источник питания с высоким внутренним сопротивлением, чтобы выходной сигнал мог закорачиваться каждый раз, когда радар передает импульс сигнала, не повреждая схемы. Телевизионные приемники искусственно увеличивают сопротивление источника питания очень высокого напряжения для кинескопа, намеренно добавляя сопротивление. Это ограничивает ток, который будет подаваться, если техник случайно коснется высокого напряжения, которое в противном случае могло бы вызвать смертельный удар электрическим током.

Источники питания с регулируемым напряжением оснащены схемой, контролирующей их выходное напряжение. Если это напряжение изменяется из-за изменений внешнего тока или из-за сдвигов напряжения в линии питания, схема регулятора выполняет почти мгновенную компенсационную настройку.

При разработке источников питания с регулируемым напряжением используются два общих подхода. В менее распространенной схеме шунтирующий стабилизатор подключается параллельно к выходным клеммам источника питания и поддерживает постоянное напряжение за счет потери тока внешней цепи, называемой нагрузкой, не требующейся.Ток, подаваемый нерегулируемой частью источника питания, всегда постоянен. Шунтирующий регулятор почти не отводит ток, когда внешняя нагрузка требует сильного тока. Если внешняя нагрузка уменьшается, ток шунтирующего регулятора увеличивается. Недостаток шунтирующего регулирования заключается в том, что оно рассеивает всю мощность, на которую рассчитан источник, независимо от того, требуется ли энергия для внешней цепи.

Более распространенная конструкция последовательного регулятора напряжения зависит от переменного сопротивления, создаваемого транзистором, включенным последовательно с током внешней цепи.Падение напряжения на транзисторе регулируется автоматически для поддержания постоянного выходного напряжения. Выходное напряжение источника питания непрерывно измеряется по сравнению с точным эталоном, а характеристики транзистора регулируются автоматически для поддержания постоянного выходного сигнала.

Источник питания с адекватным регулированием напряжения часто улучшает характеристики электронного устройства, которое он питает, настолько, что регулирование напряжения является очень распространенной особенностью всех, кроме простейших конструкций.Обычно используются корпусные интегральные схемы, простые трехконтактные устройства, которые содержат последовательный транзистор и большую часть вспомогательных схем регулятора. Эти готовые микросхемы позволили очень легко включить в источник питания возможность регулирования напряжения.

Когда один источник питания обслуживает несколько независимых внешних цепей, изменения в потребляемом токе, налагаемые одной цепью, могут вызвать изменения напряжения, которые влияют на работу других цепей. Эти взаимодействия представляют собой нежелательную передачу сигналов через общий источник питания, вызывающую нестабильность.Регуляторы напряжения могут предотвратить эту проблему, уменьшив внутреннее сопротивление общего источника питания.

Когда переменный ток преобразуется в постоянный, небольшие колебания напряжения на частоте питания трудно полностью сгладить или отфильтровать. В случае источников питания, работающих от сети с частотой 60 Гц, результатом является низкочастотное изменение на выходе источника питания, называемое пульсирующим напряжением. Пульсации напряжения на выходе источника питания будут добавляться к сигналам, обрабатываемым электронными схемами, особенно в схемах с низким напряжением сигнала.Пульсации можно свести к минимуму, используя более сложную схему фильтра, но их можно уменьшить более эффективно с помощью активного регулирования напряжения. Регулятор напряжения может реагировать достаточно быстро, чтобы отменить нежелательные изменения напряжения.

Напряжение в линии питания обычно беспорядочно колеблется по разным причинам. Специальный трансформатор, регулирующий напряжение, может улучшить стабильность напряжения первичного источника питания. Действие этого трансформатора основано на обмотке катушки, которая включает в себя конденсатор, который настраивает индуктивность трансформатора в резонанс на частоте линии электропередачи.Когда линейное напряжение слишком высокое, циркулирующий ток в резонансной обмотке трансформатора имеет тенденцию насыщать магнитный сердечник трансформатора, снижая его эффективность и вызывая падение напряжения. Когда напряжение в сети слишком низкое, как в жаркий летний день, когда кондиционеры перегружают возможности генераторов и линий электропередач, циркулирующий ток снижается, повышая эффективность трансформатора. Регулировка напряжения, достигаемая этими трансформаторами, может быть полезной, даже если она не идеальна.Один из первых брендов телевизоров включал резонансные трансформаторы для предотвращения изменений размера изображения, сопровождающих нормальные сдвиги напряжения в сети.

Резонансные силовые трансформаторы тратят впустую энергию, что является серьезным недостатком, и они не работают должным образом, если они не сильно нагружены. Регулирующий трансформатор рассеивает почти полную номинальную мощность даже без нагрузки. Они также имеют тенденцию искажать форму волны переменного тока, добавляя гармоники к своему выходу, что может представлять проблему при питании чувствительного оборудования.

Источники питания с регулируемым напряжением — необходимое оборудование в научно-технических лабораториях.Они обеспечивают регулируемый, регулируемый источник электроэнергии для разрабатываемых испытательных схем.

Лабораторные источники питания обычно имеют два программируемых режима: выход постоянного напряжения в выбранном диапазоне тока нагрузки и выход постоянного тока в широком диапазоне напряжений. Точка перехода, при которой действие переключается с постоянного напряжения на действие с постоянным током, выбирается пользователем. Например, может быть желательно ограничить ток в тестовой цепи, чтобы избежать повреждения в случае возникновения скрытой неисправности цепи.Если схема требует тока меньше выбранного значения, схема регулирования будет удерживать выходное напряжение на выбранном значении. Если, однако, схема требует больше, чем выбранный максимальный ток, схема регулятора снизит напряжение на клеммах до любого значения, которое будет поддерживать выбранный максимальный ток через нагрузку. Цепи с питанием никогда не будут позволять пропускать ток, превышающий выбранный предел постоянного тока.

Переменный ток требуется для большинства линий электропередачи, поскольку переменный ток позволяет изменять отношение напряжения к току с помощью трансформаторов.Трансформаторы используются в источниках питания, когда необходимо увеличить или уменьшить напряжение. Выход переменного тока этих трансформаторов обычно должен быть преобразован в постоянный ток. Результирующий пульсирующий постоянный ток фильтруется для создания почти чистого постоянного тока.

Относительно новая разработка в технологии источников питания, импульсный источник питания, становится все более популярной. Импульсные блоки питания легкие и очень эффективные. Почти все персональные компьютеры питаются от импульсных источников питания.

Импульсный источник питания получил свое название от использования транзисторных ключей, которые быстро переключаются на проводимость и отключаются. Ток проходит сначала в одном направлении, а затем в другом, проходя через трансформатор. Пульсации выпрямленного коммутационного сигнала имеют гораздо более высокие частоты, чем частота линии электропередачи, поэтому содержание пульсаций можно легко минимизировать с помощью небольших фильтрующих конденсаторов. Регулировка напряжения может быть достигнута путем изменения частоты переключения. Изменения частоты переключения изменяют КПД трансформатора источника питания в достаточной степени, чтобы стабилизировать выходное напряжение.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Переменный ток — Электрический ток, который течет сначала в одном направлении, затем в другом; сокращенно AC.

Постоянный ток (DC) — Электрический ток, который всегда течет в одном направлении.

Фильтр — Электрическая схема предназначена для сглаживания колебаний напряжения.

Гармоника — Целое число, кратное основной частоте.

Гц — Сокращенное обозначение в системе СИ для Герц, единицы частоты (1 Гц = один цикл в секунду).

Внутреннее сопротивление — Фиктивное сопротивление, предложенное для объяснения колебаний напряжения.

Моделирование — Анализ сложного устройства с помощью более простой аналогии.

Ом — Единица электрического сопротивления, равная 1 В на ампер.

Параллельно — Параллельное электрическое соединение.

Выпрямление — Преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC) путем блокировки обратного потока заряда.

Пульсация — Повторяющееся изменение напряжения из-за недостаточной фильтрации.

Импульсные источники питания обычно не повреждаются при внезапных коротких замыканиях. Действие переключения прекращается почти сразу, защищая питание и нагрузку цепи. Говорят, что импульсный источник питания остановился, когда чрезмерный ток прерывает его действие.

Импульсные источники питания имеют малый вес, поскольку их компоненты более эффективны на более высоких частотах. Трансформаторам требуется гораздо меньше железа в сердечниках на более высоких частотах.

Импульсные источники питания имеют незначительную пульсацию на слышимых частотах. Изменения в выходной мощности импульсного источника питания неслышны по сравнению с гудением, которое является обычным для источников питания, работающих при частоте сети переменного тока 60 Гц.

Источники питания — не самая привлекательная часть современной техники, но без них электронные продукты, которыми мы окружены, не могли бы функционировать.

См. Также Электричество; Электроника.

КНИГИ

Ленк, Рон. Практическое проектирование источников питания . Нью-Йорк: Wiley / IEEE, 2005.

Марк, Раймонд А. Демистификация импульсных источников питания . Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2005.

Дональд Бити

(PDF) Системы бесперебойного питания

1. Боде, Дж. П., Фиорина, Г. Н., и Пинон, О. (2005). Топологии и стандарты ИБП.

Франция: MGE UPS Systems.

2. Блуминг, Т. (2008). Коэффициент мощности применительно к ИБП.США, Кливленд:

Eaton Corporation. Получено с http://www.powerware.com

3. Cottuli, C., Christin, J-F. (2008). Сравнение статических и поворотных ИБП. США:

American Power Conversion.

4. Эмади А., Насири А., Бекиаров С. Б. (2005). Источники бесперебойного питания и

активных фильтров

. США, Флорида: CRC Press.

5. Гриффит, округ Колумбия (1989). Источники бесперебойного питания. США / Нью-Йорк: Марсель

Dekker Inc.

6. Gurrero, J.M., De Vicuna, L.G., & Uceda, G. (2007). Источники бесперебойного питания

Системы

обеспечивают защиту. Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine, 1 (1), стр. 28–38.

7. Камран Ф. (1998). Новый онлайн-ИБП с универсальными возможностями фильтрации. IEEE

Transaction on Power Electronics, 13 (3), pp.410-418.

8. Карве С. (2000). Три вида [топологии ИБП, стандарт МЭК]. Обзор IEE, 46 (2),

, стр. 27–31.

9.Карве, С. (2005). Статический или поворотный? — вот в чем вопрос. Франция: MGE UPS Systems.

10. Маттавели П. (2005). Усовершенствованный контроль прерывания для ИБП с использованием наблюдателя помех

. IEEE Ttransaction по промышленной электронике, 52 (1), стр. 206-211.

11. ИБП MGE. Пульсар СТС. Переключатель передачи источника. Франция / Cedex. Получено

с http://www.mgeups.com

12. Ming, T.T., & Chia H.L. (2003). Разработка и внедрение экономичного линейно-интерактивного ИБП квази

с новой топологией.IEEE Transaction on Power Electronics,

18 (4), pp.958-965.

13. Pai, F.S., & Huang, S.J. (2006). Новый дизайн линейки — интерактивные источники бесперебойного питания

без датчиков тока нагрузки. Транзакция IEEE по силовой электронике.

21 (1), стр.202-210.

14. Powerware. Решения Easy UP для ИТ-систем. Стр. 4 — 5.

15. Расмуссен, Н. (2003). Различные типы систем ИБП. США: American Power

Conversion.

16. Солтер, В. (2002). Новая международная классификация ИБП согласно IEC 62040-3. Документ

, представленный на конференции по электросвязи и энергетике, 2002 г., 24-я ежегодная конференция INTELEC

International, стр. 541-545.

17. Тао, Х., Дуарте, Дж. Л., и Хендрикс, М.А.М. (2008). Линейно-интерактивный ИБП с топливным элементом

в качестве основного источника. Транзакция IEEE по промышленной электронике. 55 (8),

, с. 3012-3021.

18. Васкес, Н., Агилар, К., Арау, Г., Касерес, Р.О., Барби, И., и Гальегос, Г.А. (2002).

Новая система бесперебойного питания с активной коррекцией коэффициента мощности.

IEEE Transaction on Power Electronics, 17 (3), pp.405-412.

Поиск решений по токовой защите ИБП

Правильная координация устройств защиты имеет решающее значение для эффективной работы.

Системы бесперебойного питания (ИБП) обеспечивают бесперебойное и качественное питание критических нагрузок. Эти системы могут добиться этого только при правильном применении; включая проектирование, установку и обслуживание.Обеспечение эффективных схем защитной координации для защиты ИБП и критических нагрузок — не менее важный аспект всех этих систем.

Правильная координация защитных устройств в распределительной системе ИБП означает, что только предохранитель или прерыватель, расположенный непосредственно перед повреждением (коротким замыканием), будет срабатывать для устранения неисправности. Например, предохранитель (предохранитель 1) в ответвленной цепи панели управления ИБП должен устранить неисправность, обнаруженную в этой ответвленной цепи, в отличие от главного выключателя панели управления (выключатель 2), устраняющего эту неисправность.Пока плавкий предохранитель (предохранитель 1) плавится быстро (до того, как главный выключатель щитка обнаружит неисправность), отключение питания ограничивается только неисправной нагрузкой. Однако, если сработает главный выключатель щита, все критические нагрузки, питаемые от щита, потеряют мощность.

Координация защитных устройств включает оценку доступного тока короткого замыкания в системе и выбор устройств прерывания тока, которые будут работать скоординированным образом в зависимости от времени и тока короткого замыкания.

Источником тока короткого замыкания после статического переключателя системы ИБП будет изначально ИБП. Однако, если ток короткого замыкания, доступный от ИБП, недостаточен для срабатывания защитных устройств, статический переключатель сработает для переключения вышедшей из строя нагрузки на источник байпаса. Затем источник байпаса будет подавать ток короткого замыкания, необходимый для устранения замыкания защитными устройствами.

Способность инвертора к перегрузкам ограничивает величину тока, который ИБП может выдать в случае неисправности.Перегрузочная способность инверторов ИБП варьируется в зависимости от технологии инвертора.

Инвертор ограничивает ток, чтобы защитить себя от условий перегрузки, например, отказа на выходе ИБП. Однако статический переключатель срабатывает, когда инвертор приближается к своей допустимой токовой нагрузке. Если неисправность не будет устранена до того, как будет достигнут предел тока инвертора, статический переключатель переключит неисправную нагрузку на источник байпаса.

Величина тока короткого замыкания, которую альтернативный источник передает на место отказа, обычно выше, чем величина, которую может передать ИБП.Более высокий ток повреждения помогает гарантировать, что защитные устройства обнаружат неисправность и сработают для ее быстрого устранения.

Предположим, что ИБП 20 кВА — это однофазный блок с ШИМ на выходе 120 В. Исходя из устойчивости к перегрузке 150% для технологии ШИМ, доступный ток повреждения системы ИБП составляет 20 кВА / 120 В x 150% = 250 А. Убедитесь, что статический переключатель передачи включен, прежде чем ИБП достигнет своей перегрузочной способности, например, при 225 А.

Предположим, что максимальный доступный ток короткого замыкания на вторичной обмотке изолирующего трансформатора составляет 2000 А.

Быстродействующие предохранители на 20 А были выбраны в качестве максимальной токовой защиты параллельных цепей панели управления ИБП. ИБП может выдавать до места повреждения 225 А, но предохранитель 1 плавится за 0,01 секунды при токе 65 А.

При отказе на 1000 А выключатель 2 начнет срабатывать всего за 0,02 секунды и устранит неисправность не более чем за 3,5 секунды. Перед изолирующим трансформатором (Выключатель 1) находится выключатель на 480 В, 60 А.

Взгляните на следующий пример. Для короткого замыкания на 2000 А на вторичной обмотке изолирующего трансформатора минимальное время срабатывания выключателя 1 составляет 2 секунды, а максимальное время отключения — 6.5 сек. Выключатель 1 будет видеть 500A (2000A2120 / 480). Кривые для выключателей на 20 А и главного выключателя на 100 А перекрываются. Это означает, что неисправность, обнаруженная в ответвленной цепи, может вызвать размыкание выключателя 2.

Вы можете столкнуться с другой проблемой при использовании выключателей в качестве защиты параллельной цепи для нагрузок ИБП. Сравнивая время-токовые характеристики предохранителя на 50 А и автоматического выключателя на 50 А, вы можете увидеть, что ИБП может быть не в состоянии подавать на автоматический выключатель 50 А ток короткого замыкания, необходимый для срабатывания автоматического выключателя.

Пока доступен альтернативный источник, статический переключатель может переключать нагрузку на альтернативный источник, у которого имеется больший ток повреждения. Однако, если альтернативный источник недоступен, вы должны положиться на ИБП, который будет обеспечивать ток, необходимый для устранения неисправности защитными устройствами.

Вы помните, что перегрузочная способность ИБП 20 кВА составляет 150% (или 250 А) в течение 10 секунд и 125% (или 208,3 А) в течение 10 минут. При токе 250A отключение прерывателя на 50A занимает до 10 секунд.Неисправность в параллельной цепи, которая сохраняется в течение 10 секунд, прервет питание всех других нагрузок ИБП на 10 секунд. Однако предохранитель на 50 А может устранить неисправность параллельной цепи за 0,01 с.

Выбор предохранителей для защиты параллельных цепей ИБП часто обеспечивает лучшую координацию защитных устройств, чем автоматические выключатели.

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ЧТЕНИЯ

Артикулы EC&M:

«Понимание UPS Techno-Babble», стр. 80, ноя.’98; «ИБП стоит на твердой почве», стр. 40 ноября 1999 г.

Документы IEEE:

IEEE Std. 141-1993, «Рекомендуемая практика распределения электроэнергии для промышленных предприятий» (Красная книга IEEE).

IEEE Std. 142-1991, «Рекомендуемая практика заземления промышленных и коммерческих энергосистем» (Зеленая книга IEEE).

IEEE Std. 242-1986, «Рекомендуемая практика для защиты и координации промышленных и коммерческих энергосистем» (Буферная книга IEEE).

IEEE Std. 1100-1992, «Рекомендуемая практика для питания и заземления чувствительного электронного оборудования» (Изумрудная книга IEEE).

Для получения копий звоните (800) 678-4333.

Источники бесперебойного питания



1. Введение

С появлением мэйнфреймов в 1950-х гг. Энергосистема инженерам пришлось серьезно взглянуть на потребности в энергии с точки зрения качества. По мере того как системы усложнялись, инженеры становились все более очевидными. что сила, которая поддерживала работу систем, создавала хаос, вызывая отказы оборудования и искажение данных.В результате Бесперебойный Источник питания (ИБП) ua резервный для установки между коммерческими источниками питания и родился компьютер R. Первое оборудование для бесперебойного питания, в то время известные как источники бесперебойного питания, имели вращающуюся конструкцию, как показано на Рис. 1. Рынок в то время для этих систем составлял мэйнфрейм-компьютеры, связь, радар и т. д.

За последние два десятилетия произошел переход от мэйнфреймов продажи систем на мини, микрокомпьютеры и портативные компьютеры, а в последнее время к сетевым системам.С этим сдвигом произошло несколько изменений. в индустрии ИБП. Три десятилетия с 1960 года дали рождение и эволюцию к различным типам систем ИБП статического типа, в которых нет вращающихся электрических оборудование использовалось в качестве основных компонентов системы.


РИС. 1 Старый тип роторной системы ИБП

Значительно уменьшился физический размер систем ИБП. Так же Стоимость была снижена с 2 до 1 доллара за ватт. Поскольку мир мигрировал от мэйнфрейма к распределенной сетевой среде клиент / сервер, рынок ИБП переместился от больших многомодульных систем ИБП к небольшие однофазные системы ИБП.Согласно отраслевым оценкам США (PQ Assurance Journal), в 1992 году общий объем продаж составил 1,225 миллиарда долларов США. которые имели разбивку в размере 964 млн долларов США на коммерческую деятельность, 245 млн долларов США на промышленную и жилые компоненты на сумму 16 миллионов долларов США. В 1997 г. эти цифры составляли долл. США. 2,6, 2,1, 0,5 и 0,027 миллиарда соответственно для общего, коммерческого, промышленного и жилые компоненты. Ожидается, что в 2002 году общий объем продаж составит вырастет до 3,94 млрд долларов США с 3,17 млрд коммерческих и 732 млн промышленных компонентов.Согласно отраслевым оценкам, более 71% продаж ИБП приходится на блоки мощностью менее 30 кВА, в то время как 24 процента приходятся на блоки мощностью от 31 до 500 кВА. Остальное приходится на очень большие системы с номинальной мощностью более 500 кВА.

В 1992 году из общего рынка ИБП только 37 процентов составляли крупные трехфазные системы. Остаток в 63% состоял из небольших синглов. фазные ИБП. Ожидалось, что к 1997 г. на рынке ИБП будет большие трехфазные модули будут составлять только 25 процентов от общего количества при этом примерно 75 процентов составляют небольшие одиночные фазовые агрегаты (Кацаро, 1993).В этом разделе представлен обзор систем ИБП. с особым вниманием к однофазным системам ИБП малой мощности, используемым в современные информационные среды.

2. Различные типы источников бесперебойного питания

Современные системы ИБП можно разделить на три основные топологии, а именно: автономные, гибридные и онлайн-типы. Каждая топология, в свою очередь, может включать один или несколько технических вариантов, хотя основная операция то же самое внутри каждой группы.Все ИБП используют внутреннюю батарею, которая производит Питание переменного тока через инвертор. Как и когда этот инвертор играет важную роль определяет эффективность ИБП.

2.1 Автономный ИБП

Системы автономного ИБП

— это простейшие формы систем резервного питания. Блок-схема автономной системы показана на рис. 2 (а). Оффлайн системы ИБП обычно работают в автономном режиме, и нагрузка обычно получает питание. у инженерной линии.Когда экскурсии по электросети имеют такой размах что они выходят за допустимые пределы или вообще выходят из строя, нагрузка переключен с электросети на ИБП. Фактическое время перевода обычно очень быстро, в диапазоне субциклов, однако время обнаружения может быть длиннее, и поэтому автономный ИБП может быть не таким надежным, как он-лайн система.

Основным преимуществом автономных систем ИБП является более низкая стоимость, меньшие размеры. размер и вес, а также более высокий КПД, поскольку в большинстве случаев система ИБП отключен, и нагрузка питается от сети.Однако недостатки автономного ИБП заключается в том, что переключение на инвертор требуется, когда нагрузка наиболее уязвима, т. е. при выходе из строя штатного источника питания.

Здесь термин ИБП на самом деле неправильный, потому что инвертор обычно выключенный.

По этой причине автономные ИБП также известны как резервные источники питания, или СПС. Рис. 2 (b) показывает общую компоновку автономного ИБП. система.

Когда линейное напряжение находится в допустимых пределах, нагрузка запитана. от вводимой электросети.Во время этой операции выпрямительный блок держит аккумулятор заряженным.

Когда блок датчика входного напряжения обнаруживает выходное напряжение вне допустимого диапазона, реле отключает входящее питание, и нагрузка подключается к инверторный блок.

Единственное существенное преимущество автономных ИБП — низкая стоимость. Это возможно, потому что инвертор в этих системах обычно выключен, поэтому зарядка и сенсорные схемы просты и недороги. Эти блоки не содержат линии кондиционирование или регулирование напряжения и обеспечение только ограниченного скачка и скачка напряжения защита.Во время длительных периодов низкого напряжения (отключений) SPS может неточно обнаружить отключение электроэнергии и преждевременно переключиться на аккумулятор.

Если на объекте наблюдаются продолжительные отключения или последовательное снижение напряжения попаданий, SPS может полностью разрядить свою батарею и «разбить» система. Кроме того, время переключения SPS увеличивается с увеличением напряжения в сети. уменьшается. Это не редкость для устройства со временем переключения 5 мсек при 120 В переменного тока. превысить 15 мс при 100 В переменного тока. Потому что кратковременный период низкого напряжения предшествует в большинстве случаев отключения электроэнергии это может подвергнуть систему даже большому риску.Рис.2 (c) показан типовой осциллограф автономного ИБП при переключении.

2,2 Гибридный ИБП

Эти блоки почти аналогичны автономным ИБП, но с добавление феррорезонансного или электронного стабилизатора линии, обеспечивающего регулирование напряжения и накопление энергии (с помощью резонансного контура) в попытка проехаться через глюк вызванный включением на аккум. Гибридный ИБП с электронным стабилизатором напряжения показан на рис.3 (а).


РИС. 2 Автономный ИБП (a) Упрощенная блок-схема автономного ИБП (b) Блок-схема автономного ИБП, показывающая процесс переключения (c) Осциллограф выходного переменного тока в процессе переключения типичного автономного ИБП


РИС. 3 Гибридный ИБП (а) Гибридный ИБП с электронным стабилизатором напряжения в сети. (b) Гибридный ИБП с феррорезонансным стабилизатором линии

Гибридная топология ИБП (иногда называемая «Triport», «Line» Интерактивный »,« Утилита интерактивный »,« Электронный маховик »,« Горячий Ожидать …. двунаправленного «или» без перерыва «) с феррорезонансом Линия кондиционера показана на рис. 3 (б). Некоторые гибридные системы ИБП устраняют или минимизировать сбой переключения за счет разряда сохраненного заряда на конденсаторах на электронике или феррорезонансном кондиционере для стравливания на линию нагрузки, пока устройство переключается на батарею.

На самом деле, концепция «сквозного проезда» не всегда работает. Во время этого переключения выходное напряжение может упасть до 35 В в течение Система с номинальным выходом 120 В.Как и SPS, гибриды могут неверно интерпретировать отключение как отключения электроэнергии и преждевременное переключение на свои аккумуляторы. Также как SPS, время переключения может увеличиваться в условиях низкого напряжения, часто превышая проходимость кондиционера, а также способность удерживать нагрузки регулятора переключения.

2.2.1 Линейно-интерактивные системы ИБП

Bell Labs в середине 1970-х предложила новую технику для приложений ИБП. как показано на рис. 4 (а).Эта топология, основанная на первоначально запатентованной методике в 1968 году, называемый «трипортом», используется феррорезонансный трансформатор. с тремя портами питания, двумя входными портами переменного тока (линия и инвертор) и Выходной порт переменного тока. Первый трипорт был реализован с импульсной коммутацией. Инвертор SCR, который был в рабочем состоянии все время для защиты от отказа коммутации в момент отказа линии переменного тока. Это гарантировано работающий инвертор, когда питание от батареи требовалось для поддержки критически важных нагрузка.Несмотря на то, что инвертор всегда был включен, его мощность была отрегулирована в амплитуда и фаза напряжения соответствуют выходному переменному току. Таким образом, весь вывод питание потреблялось от входа переменного тока. Поскольку сила поступает только в один порт трипорта, он классифицируется как линейно-интерактивный UPS. Обратите внимание, что топология Bell Labs поддерживает работу с двумя трактами питания.

Это называлось режимом «совместного использования» и происходило, когда фаза инвертора была сдвинута относительно выхода переменного тока.В этом режиме Вход переменного тока и питание от батареи подавалось на выход. Этот режим использовался только при переключении с батарейного питания на линейное, где один путь питания операция последовала.

С выходом на рынок силовых полупроводников, таких как MOSFET и IGBT Разработчики линейно-интерактивных систем ИБП смогли заменить SCR на новые устройства. Ранние разработки заключались в замене SCR на силовые полевые МОП-транзисторы, как и IGBT, были дорогими.

На практике используется множество вариаций базовой техники, описанной выше. системы, доступные на рынке в виде линейно-интерактивных моделей. Рис. 4 (b) изображает однофазный линейный интерактивный ИБП с двунаправленным преобразователем. В ИБП состоит из трехпортового трансформатора (трипорта), двунаправленного преобразователя, два дросселя и аккумулятор.

Двунаправленный преобразователь регулирует выходное напряжение, когда присутствует, обеспечивает выходную мощность при отказе электросети, а также обслуживает в качестве зарядного устройства.Конвертер достаточно велик, чтобы обеспечить как номинальная выходная мощность и мощность заряда аккумулятора (обычно 10% максимальной выходной мощности). Двунаправленный преобразователь имеет ширину импульса. модулированный мост, регулируемый двумя контурами управления. Один цикл распознает выход напряжения и изменяет амплитуду (ширину импульса) переменного напряжения преобразователя в то время как другой контур контролирует напряжение батареи и регулирует преобразователь фаза для зарядки аккумулятора. Рис. 4 (c) представляет собой эквивалентную схему линейный интерактивный ИБП.


РИС. 4 Система ИБП Triport (a) Базовая блок-схема (b) Конструкция с использованием двунаправленный преобразователь (c) Эквивалентная схема линейно-интерактивного ИБП (г) Диаграмма, когда напряжение в сети выше номинального. (д) Фазор диаграмма при напряжении сети ниже номинального

Можно показать, что ток в сети может отставать или опережать в зависимости от значение сетевого напряжения (Handler and Rangaswamy 1989) согласно рисункам 4 (d) и 7-4 (e).Для получения дополнительной информации о конструкции трипорта Гупта и Хэндлер (1990), Предлагаются Rando (1978) и Handler и Rangaswamy (1989).

Дизайн трипорта был очень популярен, однако в результате появился ИБП, который был тяжелым, шумным и имел только ограниченный диапазон коррекции входного напряжения вариации.

Учитывая этот недостаток в конструкции трипорта, некоторые производители, например, поскольку Liebert Corporation представила конструкции на основе автотрансформаторов. Автотрансформатор может быть сконструирован с отводами, позволяющими корректировать сетевого напряжения в широком диапазоне (рис.5 (а)). Инвертор мог управлять обмотка автотрансформатора и обеспечивает резервное питание при отключении сети. за пределами контроля. В этих конструкциях индуктивность рассеяния автотрансформатора был успешно использован в качестве индуктора накопления энергии для режима зарядки. Используя сложные алгоритмы в подсистеме микроконтроллера, инвертор может быть сконфигурирован, чтобы работать «назад» и заряжать батареи. Однако конструкция становится немного сложной, так как трансформатор необходимо спроектировать. с хорошо контролируемой встроенной индуктивностью рассеяния, которая может хранить необходимое количество энергии для зарядки аккумуляторов.Обозначена концепция на рис. 5 (б). Упрощенная структурная схема линии на основе автотрансформатора интерактивная система показана на рис. 5 (c). В режиме зарядки два полевых транзистора, Q4 и Q3, включаются, заряжая индуктивность рассеяния автотрансформатора. В следующем цикле Q2 и основной диод Q3 включаются, заряжая аккумулятор. В этом случае схема работает как двухквадрантный повышающий преобразователь. В этом случае полевые транзисторы 50 Гц не переключаются как часть зарядного устройства. контроль.Подсистема микроконтроллера, которая выполняет сложный алгоритм для генерировать сигналы возбуждения на полевых транзисторах, контролировать напряжение аккумулятора и ток заряда и регулирует цикл проводимости преобразователя, поддерживая режим зарядки в установленных пределах. По сравнению с инверторным режимом где соединения Т 1 и Т 2 служат первичной обмоткой трансформатора, эти клеммы рассматриваются как вторичная обмотка трансформатора при зарядке. режим.

Рис. 5 (d) показывает работу в режиме инвертора.Силовые полуфабрикаты Q1 и Q3 переключаются дополнительными сигналами 50 Гц, которые управляют Базовая выходная частота ИБП. Q2 и Q4 переключаются высокочастотным сигналом например, сигнал ШИМ 20 кГц для управления синусоидальным выходом ИБП. Этот процесс объясняется в разделе 3.2.3, поскольку тот же метод используется в линейные системы ИБП с синусоидальным выходом. Рис. 5 (e) указывает форму волны на выходе в процессе передачи.


РИС.5-линейная интерактивная система ИБП с автотрансформатором (любезно предоставлено компании Liebert Corporation, США) (a) Базовый автотрансформатор (b) Автотрансформатор с инвертором PWM с питанием от батареи (c) Работа в режиме зарядного устройства (d) Работа в режиме инвертора (e) Выходной сигнал во время процесса передачи имеет типичную форму волны.

Если входное напряжение меняется, а выход трансформатора остается в спецификации перехода в инверторный режим не будет. Когда ввод видит более напряжение, скачок или всплеск, связанные цепи обнаруживают это и передают нагрузка на аккумулятор.Когда нарушение закончится, оно вернется обратно. к электросети. Если это происходит довольно часто, ИБП может переключаться вперед и назад. между сетью и аккумулятором. Если проблема с электросетью такого типа встречается часто, линия интерактивный ИБП может быть не лучшим решением. В этой ситуации он-лайн Может потребоваться ИБП.

Линейно-интерактивный ИБП обеспечит все функции автономных моделей, с добавлением функции «повышения» и «понижения», что позволяет питать нагрузку от сети, обеспечивая низкий и высоковольтный режим работы.Без этой функции ИБП был бы часто работает от батареи, поэтому при полном отключении питания батарея будет частично разряжена, и время автономной работы может быть недостаточно для нормального завершения работы. Линейно-интерактивные ИБП подходят для ситуации, когда электроснабжение подвержено провалам и скачкам напряжения. Линия интерактивная и автономные системы ИБП обычно потребляют токи с высоким коэффициентом амплитуды утилита из-за того, что нагрузка подключена напрямую к сети (отключен) или подключен к сети через трансформатор (интерактивная линия).С другой стороны, онлайн-системы ИБП из-за преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, имеет возможность потреблять неискаженные (низкий коэффициент амплитуды) токи, которые минимизируют нагрузку на Энергосистема.

2,3 Онлайн-системы ИБП

Системы ИБП

On-line, показанные на рис. -6, не подчиняются многим основным проблемы, внесенные предыдущими типами. Поскольку они постоянно регенерируют чистое питание переменного тока, они обеспечивают высочайший уровень защиты, независимо от состояния инженерной линии.Хорошо спроектированный интерактивный ИБП защищает от отключений, скачков, провалов, скачков, переходных процессов, шума и отключений. До недавнего времени единственным их недостатком была более высокая цена.

Эти системы обладают следующими полезными характеристиками:

a) Нет переключения

b) 100-процентное кондиционирование линии и регулирование

c) Хорошая постоянная защита от короткого замыкания

d) Обычно синусоидальный выход

e) Коррекция коэффициента мощности и повышенная надежность

Однако эти устройства имеют гораздо более сложную конструкцию, чем автономные или гибридные. типов, а цена, вес и объем выше.Инвертор онлайн-ИБП обеспечивает непрерывное питание критической нагрузки. В условиях перегрузки или нагрузок с высокими пусковыми токами, превышающими допустимые В инверторе переключатель статического байпаса обеспечивает питание нагрузки от сети. Основные компоненты ИБП, работающего в режиме онлайн, показаны на рис. 7.


РИС. 6 Он-лайн ИБП


РИС. 7 Онлайн-система ИБП со статическим байпасом, входным изолирующим трансформатором, и другие блоки

3. Компоненты системы ИБП

Системы твердотельных ИБП

состоят из нескольких основных элементов. Те являются (i) выпрямителем и зарядным устройством, (ii) инвертором, (iii) статическим автоматический переключатель, (iv) логическая система и система управления, (v) аккумуляторная батарея, (vi) блоки диагностики и связи.

В зависимости от мощности и типа ИБП эти блоки могут иметь любые вещь от нескольких компонентов до микроконтроллера или прошивки на основе DSP.

В онлайн-системах ИБП средней и большой мощности изрядное количество модемов силовые полупроводники, такие как монолитные транзисторы Дарлингтона, силовые МОП-транзисторы, ГТО, и IGBT используются в настоящее время, в то время как устройства MCT обещают будущее.Большинство этих устройств, установленных на специально разработанных радиаторах, и т. д., становятся элементами управления мощностью в выпрямительных блоках и инвертор. Статический переключатель обычно создается с использованием современных тиристоров. и т. д., в то время как логика диагностики, связи и управления основана на простых логические блоки для микроконтроллеров или систем на основе DSP.

Все системы ИБП имеют по крайней мере один большой низкочастотный магнитный компонент, обычно трансформатор. Особенно на высоких мощностях, даже самые последние ИБП с ШИМ Для систем требуется ряд традиционных магнитов из ламинированного железа.Эти большие, тяжелые, с потерями и дорогие, требуют большого количества исследований и развитие направлено на уменьшение количества и размера этих магнетиков. Многие из методов, описанных в этом разделе, требуют использования высоких частотный магнетизм.

Основным преимуществом более высоких частот является то, что акустический шум может быть уменьшенным, и компоненты мерцания станут меньше. Достижения в дизайне магнитных материалов не поспевают за полупроводниковыми устройства и конструкции.Магнитные материалы ограничивают скорость высокочастотных разверток, особенно при мощностях более около 1 0кВА. В следующих нескольких разделах будут описаны отдельные блоки.

3,1 Выпрямители и Аккумулятор Зарядные устройства

В системах ИБП малой мощности (менее 20 кВА), простые одиночные или трех фазные выпрямители без контроля напряжения или контроля минимального напряжения использовал. Однако эти простые методы нельзя использовать с большой емкостью. системы из-за гармонических искажений и низкого коэффициента мощности, который обычно неприемлемо для коммунальных служб.

Во всех новых конструкциях выпрямителей упор делается на достижение низких искажений тока. при единичном коэффициенте мощности. Однофазные и трехфазные ИБП меньшего размера неизменно используйте диодный мост с последующим высокочастотным переключающим каскадом. Контроль этого переключающего каскада определяет входные характеристики выпрямителя. В модемных системах используются активные выпрямители с IGBT, как показано на рис. 8.

В таких схемах предусмотрена компенсация коэффициента активной мощности (смещения), и возможность «интеллектуального» выбора входного тока характеристики, используя IGBT или транзисторы Дарлингтона при номинальных выходных характеристиках примерно от 10 кВА до 50 кВА.Модемные конструкции на основе DSP иногда используются для достичь математической обработки, требуемой этими схемами, в частности в системах большой мощности.

Такие выпрямительные схемы предназначены для систем с высоким напряжением. (700-800 В) шина постоянного тока и дополняют конструкции бестрансформаторного инвертора описано позже.

Однако батареи с таким высоким напряжением имеют присущие им недостатки: и батареи в диапазоне от 400 до 500 вольт по-прежнему преобладают.Это позволяет стандартное распределительное устройство, которое будет использоваться, но требует преобразования до высоких напряжений требуется некоторыми инверторными технологиями. Типичный трехфазный выпрямитель-аккумулятор Система зарядного устройства показана на рис. 9.


РИС. 8 Трехфазный активный выпрямитель с элементами IGBT


РИС. 9 Типовой трехфазный выпрямитель-зарядное устройство


РИС. 10 Резонансный преобразователь постоянного тока

Одна из тенденций заключается в использовании резонансного переключения на высоких частотах. стадии, как показано на рис.10. Такое «мягкое переключение», то есть переключение при нулевом напряжении или нулевом токе, уменьшает проблемы, вызванные быстрое переключение переходных процессов, что, в свою очередь, уменьшает RFI, генерируемые эти этапы переключения.

Большинство трехфазных систем ИБП, особенно мощностью более 30 кВА, все еще используют 6-ти импульсный мост SCR, как показано на рис. 11 (а). В этом есть недостаток низкого коэффициента мощности и высоких искажений в диапазоне 30 процентов. тем не мение доступны фильтры для повышения коэффициента мощности до значения выше 0.9 и уменьшить искажение примерно до 10 процентов.

Для уменьшения искажений популярной техникой является 12-импульсная выпрямители согласно рис. 11 (б). Это решение, иногда называемое двойной мост, может привести к искажению от 12 до 5 процентов. процентов в зависимости от использования ступени фильтра (McLennan 1994). В сочетании с подходящими входными изолирующими трансформаторами он может выборочно уменьшить определенные гармонические составляющие и могут обеспечить полную гальваническую развязку на входе ИБП.


РИС. -11 Конфигурации зарядного устройства (a) Зарядное устройство с шестью импульсами (b) с двенадцатью импульсами зарядное устройство

3,2 Преобразователи

Исторически споры об инверторах были сосредоточены на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). и методы квазипрямоугольной волны (QSW). QSW также известен как амплитуда постоянного тока. Контроль (DAC). Методы ШИМ обычно популярны среди инверторов малой мощности. конструкции, в то время как DAC — единственный статический метод, применимый на мощностях превышение примерно 500 кВА (McLennan 1994).Обсуждение в следующем Разделы ограничены методами ШИМ малой мощности.

Основное коммутационное действие инверторных систем, независимо от мощности Используемые полупроводниковые переключатели аналогичны. Мост обычно состоит из четыре основных силовых устройства на фазу, два из которых включаются в любой мгновенное. См. Рис. 12 (а). При замыкании S 1 и S 4 ток будет протекать через Загрузка. И наоборот, замыкая S 2 и S 3, ток снова течет через Загрузка.Однако теперь полярность нагрузки меняется на обратную.

На практике переключатели заменяются силовыми полупроводниками и нагрузка от первичной обмотки выходного трансформатора. Рис. 12 (b) — трехфазный инвертор, в котором транзисторы используются в качестве переключателей мощности. Легкость, с которой возможность включения и выключения транзисторов дает значительное преимущество перед инверторы на базе тиристоров.


РИС. 12 Инверторы (а) Принцип инверторного моста (б) Трехфазный транзистор Инвертор

3.2.1 Принципы переключения инвертора

Чтобы объяснить практическую конструкцию инверторов, давайте обратимся к Рис. 13 (a), где двойной модуль IGBT подключен к шине постоянного напряжения. При эксплуатации В качестве переключателя схема имеет два представляющих интерес стабильных состояния. Первый — это когда Q 1 включен, а Q2 выключен, тогда выход инвертора эффективно подключен к шине постоянного тока + ve; второй — когда ситуация изменилась, где Q2 включен, Q1 выключен, а выход подключен к шине -ve.

Чередуя эти два состояния, можно представить выход в виде прямоугольной волны, амплитуда которой зависит от шины постоянного тока напряжение и частота которого определяется скоростью, с которой транзисторы переходить из одного состояния в другое. Для того, чтобы «уходящий» транзистор успевает выключиться до «встречного» транзистора включен есть небольшая задержка между снятием одного сигнала привода и применение другого; этот период известен как мертвая зона (перекрытие или мертвое время) и имеет порядок одного или двух ItS.Инжир. 13 (b) изображает работу инвертора, когда два транзистора работают. истинной прямоугольной волной; то есть сигнал управления затвором, имеющий 1 «1 отношение метки к пространству. Это дает прямоугольный выходной сигнал, «среднее» напряжение которого, по отношению к шине постоянного тока -ve составляет примерно 50 процентов Напряжение на шине постоянного тока.

Аналогично на рисунках 13 (c) и 13 (d) показаны сигналы управления затвором. создание выходных сигналов с отношением меток к пространству 3 «1 и 1: 3 соответственно, а соответствующее изменение среднего напряжения равно Показано, что оно составляет 75% и 25% от напряжения на шине постоянного тока, как и ожидалось.

Эти диаграммы показывают, что инвертор «среднее» выходное напряжение можно изменять от 0 В до полного напряжения на шине постоянного тока, управляя отношение метки к пространству сигналов управления транзистором.

РИС. 13 Иллюстрация принципов переключения ШИМ (а) Базовый инверторный переключатель (b) Переключение инвертора при рабочем цикле 50% (c) Переключение инвертора при 75% рабочий цикл (d) Переключение инвертора при рабочем цикле 25%.

Этот принцип может быть расширен для получения выходного синусоидального сигнала путем возбуждения транзисторы с управляющим сигналом как на рис.14 (а). Однако необходимо для фильтрации высокочастотного сигнала с помощью фильтра нижних частот между выход инверторного моста и нагрузка согласно Рис. 14 (b). Важно понимать, что частота привода остается постоянной, а выходное напряжение полностью контролируется изменением ширины каждого импульса в приводе тренироваться. Этот метод является наиболее распространенным методом инвертора, используемым в ИБП. инверторы и называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Переменный ток 50 или 60 Гц выходной сигнал извлекается из сигнала ШИМ фильтром нижних частот, который убирает высокую частоту переключения.В практических системах переключение частота может быть от 2 кГц до более 20 кГц.

РИС. 14 Метод широтно-импульсной модуляции (a) Форма сигнала ШИМ для управления транзисторы и соответствующий выход. (b) Каскад фильтра для удаления высоких частот. компоненты

3.2.2 Выбор транзисторов

В последние годы производители переходят на транзисторные инверторы по сравнению с более старыми поколениями, которые были основаны на SCR.Общепринятый в модемах используются силовые транзисторы, транзисторы Дарлингтона, силовые MOSFET или IGBT. инверторы, в зависимости от мощности и конструкции инвертора. Сила управляемость транзисторов напрямую связана с их физическими размер, а также их способность переключаться на высоких скоростях.

Для коммутации больших токов нагрузки параллельное включение транзисторов или подключение необходимо использовать несколько инверторных каскадов параллельно. Однако оба решения имеют тенденцию к снижению надежности из-за увеличения количества компонентов, и сложность мониторинга и управления параллельными компонентами.

Для систем малой мощности используются силовые МОП-транзисторы и биполярные транзисторы Дарлингтона.

При переключении частот для сигнала ШИМ выбираются между 2 кГц до 5 кГц могут использоваться монолитные модули Дарлингтона. С такими устройствами может быть достигнут уровень шума не более 60 дБА, что ниже чем уровень шума, встречающийся в большинстве компьютерных залов. Чтобы сэкономить стоит много практических вариантов базовой техники, описанной в предыдущие разделы используются в практических инверторах.

БТИЗ

являются предпочтительными транзисторами для модемных ИБП. Они значительно более эффективны и проще в управлении, чем любые другие силовые полупроводники. Сообщается, что IGBT обычно доступны для приложений ИБП. до 750 кВА без параллельных устройств, в то время как БТИЗ подходят для ИБП до 375 кВА по конкурентоспособным ценам и широко доступны в нескольких источники. В большинстве ИБП мощностью менее 50 кВА используются высокочастотные ШИМ-технологии в их инверторах на базе IGBT.Эти инверторы могут быть переключается на относительно высоких скоростях, например 20 кГц. Высокая частота переключения помогает улучшить динамический отклик выходного сигнала и помогает снизить стоимость магнетиков. и другие компоненты.

Хотя коммутационные потери на этих частотах значительны, в целом ИБП КПД в этих диапазонах мощности — не самая важная цель проектирования. В более крупных системах ИБП, мощность которых превышает 50 кВА, обычно используется меньшая мощность. частотные ШИМ инверторы.

Они переключаются на значительно более низких скоростях от 2 кГц до 5 кГц.

Важность скорости переключения напрямую связана с выбором выходного фильтра и уровня слышимого шума, производимого системой. Если, например, частота переключения может быть выше 15 кГц, частота производимого шума превышает слышимый диапазон. Возникает трудность, однако, когда необходимо выбрать транзисторы, где большие токи и большой Напряжение на шине постоянного тока необходимо решать на высоких частотах.Учитывая номинальный постоянный ток напряжение около 400 В соответствующий ток для систем с номинальными 10-100 кВА будет порядка 30-300 А.

РИС. 15 Практичный инвертор, использующий пары IGBT (а) Блок-схема (б) Переключение формы волны

3.2.3 Практические схемы инвертора

Описанная полная мостовая схема может быть реализована во многих вариантах. в зависимости от задействованных уровней мощности и доступных транзисторных модулей.Один пример показан на рисунке 15, где две пары IGBT не обязательно должны иметь идентичные высокочастотные характеристики. В этом случае модуль 1 является высокочастотным. типа, а модуль 2 — низкочастотный. Так как это может сэкономить силовых полуфабрикатов он часто используется в практических системах. В таком случае Q I и Q2 переключаются с помощью высокочастотного сигнала ШИМ с синусоидальной волной. огибающая, как описано ранее, в то время как Q3 и Q4 переключаются с использованием 50-процентного форма сигнала частоты линии рабочего цикла.Сигнал привода ШИМ может быть в диапазоне от 10 до 20 кГц.

РИС. 16 Бестрансформаторный 4-полюсный инверторный мост

БТИЗ переключаются двумя наборами сигналов управления затвором. Q1 и Q2 являются переключается с помощью высокочастотного сигнала возбуждения ШИМ, описанного ранее, и Q3 и Q4 переключаются на частоте сети. Таким образом, учитывая модуль 2, на половину цикла выхода ИБП включается Q3 и одна сторона выходной трансформатор привязан (подключен) к положительной шине; а для другого полупериода Q4 включается, и на трансформаторе указывается ссылка к отрицательной шине.

Рис. 15 (b) показывает связанные формы сигналов и то, как они «суммируются» в выходной трансформатор первичной обмотки. Двойной пакет IGBT может использоваться в третьем / четвертом квартале. так же, как для QI / Q2. Однако из-за более низкой скорости переключения модуль 2 не требует такой высокочастотной спецификации, как модуль 1. Следовательно, можно использовать разные типы устройств. Модуль 1 должен имеют быстрое время нарастания и спада для минимизации коммутационных потерь, а модуль 2 должен быть устройством с низким Vce (sat), чтобы минимизировать потери проводимости.

Как показано на рис. 15 (а), это переключающее устройство вместе с выходной трансформатор и конденсаторы фильтра генерируют синусоидальную волну на линии частота. По цепям управления с обратной связью амплитуда выходного напряжения может регулироваться.

Важно отметить, что по причинам соответствия между нагрузкой и ступени инвертора / фильтра, поставляемая мощность нагрузки находится в пределах ограниченного диапазон коэффициента мощности, обычно от 0,65 до 0,85. Когда нагрузки превышают эти указанные наихудшие коэффициенты мощности регулирование напряжения, а также общее гармоническое искажение может быть затронуто или отключено или переключено на статический обход может возникнуть.

За счет использования микропроцессора или блоков DSP получается маломощный точный синусоидальный сигнал. может быть сгенерирован, и форма выходного сигнала от инвертора может быть сравнена для выработки необходимых сигналов управления обратной связью. Используя подходящие схемы управления затворами затворы или базы силового транзистора могут управляться.

Системы широтно-импульсной модуляции используются по причинам до 400 кВА. низкого акустического шума, хорошей формы волны напряжения, регулирования субциклов и наличие множества кремниевых интегральных схем для широтно-импульсной модуляции управление, которое может работать вместе с микропроцессорным управлением блоки.

В модемных инверторах основной упор делается на повышение эффективности. Высокая эффективность приводит к сокращению времени автономной работы от батареи, снижению мощности потери и выпрямители меньшей мощности. Для достижения высокой эффективности оптимальные баланс между коммутационными потерями (которые увеличиваются с увеличением коммутационных частоты) и потерь проводимости (которые уменьшаются с увеличением частота), необходимо выбрать.

В модемах используются IGBT, особенно с тех пор, как новое поколение IGBT имеют все более низкие потери и способность переключать более высокий постоянный ток. напряжения.БТИЗ находятся в стадии интенсивного конкурентного развития, и маловероятно что любые новые конструкции ИБП будут выпускаться с использованием силовых транзисторов Дарлингтона.

РИС. 16

Недавние исследования предложили использовать бестрансформаторные инверторы. с помощью 4-полюсного моста, как показано на рис. 16. Предусмотренные потери в коммутационные устройства могут быть сведены к минимуму, и другие практические трудности проектирования преодолеть, устранение трансформатора еще больше увеличит эффективность, и снизить стоимость и размер ИБП.Для использования при 415 вольт, трехфазном системы, бестрансформаторные конструкции требуют напряжения на шине постоянного тока инвертора 70 (0800 В. Это дополняет активные выпрямители, описанные ранее.

Несмотря на некоторые недавние тенденции к более низким частотам ШИМ, общая тенденция по-прежнему в сторону все более высоких частот, поощряется связанными достижениями в больших магнитных сердечниках. Стоимость кремния составляет быстро снижаясь, стоимость меди и железа растет, что может увидеть более сложные конструкции инверторов, специально предназначенные для уменьшения или устранения трансформаторов и задыхается.

3,3 Использование микроконтроллеров и управления выходным напряжением

В большинстве модемных систем ИБП микроконтроллер используется в качестве центрального пульта управления. элемент для многих основных функций, таких как: (i) генерация ШИМ-привода форма волны, (ii) мониторинг напряжения O / P, (iii) выходной ток инвертора для защиты от перегрузки и короткого замыкания, (iv) фазовая и частотная синхронизация выходного и входного источника питания, (v) питание каскадов драйвера затвора с правильно синхронизированными сигналами и т. д., в дополнение к функциям управления зарядным устройством. Кроме того, он может выполнять множество второстепенных функций, таких как: (i) обеспечение информационный дисплей, (ii) обнаружение неисправностей, (iii) мониторинг состояния батареи, и (iv) различные «разведывательные» функции.

На рис. 17 изображена блок-схема инвертора с упрощенной блок-схемой. контрольной ступени. Регулируемые сигналы привода ШИМ и линейная частота IGBT управляющие сигналы генерируются в цифровом виде процессорной системой на микроконтроллере блокировать.Точный используемый шаблон ШИМ определяется обнаружением ошибок. схема, которая контролирует выходное напряжение и либо увеличивает, либо уменьшает отношение метки к пространству сигнала управления ШИМ, если необходимо, чтобы для поддержания правильного выходного напряжения.

Процессорная система контролирует частоту и фазу утилиты. напряжение для поддержания синхронизма между выходом инвертора и байпасное питание (входящая сеть). Также система управления контролирует инвертор. ток для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Синхронизация осуществляется путем контроля точки перехода через ноль. напряжения электросети, которое обеспечивает процессор как частоту и информация о фазах. Частота сети измеряется, чтобы определить, или не в пределах допустимого окна синхронизации.


РИС. 17 Инверторный каскад с процессорным управлением

Если он находится в пределах окна, то сигнал привода преобразователя частоты сети синхронизируется с нулевым кроссоверным сигналом, который поддерживает выход инвертора синхронизирован с байпасным питанием.Если частота электросети вне в окне синхронизации процессор возвращается к своей внутренней системе часов для обеспечения формы сигнала преобразователя частоты сети. Текущий сенсорный сигнал может использоваться для различных функций защиты от перегрузки, как программное обеспечение и аппаратное управление, в зависимости от серьезности обнаруженной ошибки. Выходные конденсаторы, фильтр RFI и т. Д. Используются для обеспечения чистого, гармонического и свободный от помех синусоидальный выход, который постоянно контролируется подсистемой микроконтроллера.

3.3.1 Драйверы ворот

Драйверы затвора используются для обеспечения необходимых сигналов управления затвором, когда затвору нужен сигнал напряжения (или сброс заряда) относительно к соответствующему терминалу источника (полевого МОП-транзистора) или терминалу эмиттера (БТИЗ). В общем, необходимый сигнал может быть с указанием или без него. к отрицательной шине напряжения и создает необходимость в сложных схемах. Для по этой причине в большинстве инверторных систем ИБП используются специальные модули драйверов затворов. или платы драйвера ворот.

Как показано на рис. 17, блок драйвера затвора содержит индивидуальный привод схема для каждого IGBT. Этот модуль отвечает за предоставление необходимых мощность привода и гальваническая развязка между сигналами, выходящими из микроконтроллера блок и клеммы затвор / эмиттер IGBT.

3,4 Статический переключатель

Включение статического переключателя абсолютно необходимо для систем. в диапазоне средней мощности (от 10 до 100 кВА). Он состоит из пары «спины» для поддержки »тиристоров в каждой фазе байпасного питания (рис.18) с параллельным контактором.

В случае перегрузки или отказа инвертора нагрузка будет переключается с ИБП на питание от сети с помощью статического переключателя. Для этого необходимо соблюдение определенных параметров. Два источника, инвертор и байпас должны быть синхронизированы, а напряжение должно быть в пределах разумные пределы (_10 процентов). В нормальных условиях эксплуатации инвертор будет синхронизироваться с питанием байпаса, если байпас отключен. в допустимых пределах нагрузки.Допуск обычно составляет + _. 1 процент. номинальной частоты (однако диапазон допуска можно выбрать в пределах диапазон от _ + 0,5 до + _. 2 процента). Чтобы обеспечить бесперебойную передачу фазы должно быть в пределах 3 °.

Если передача была инициирована состоянием перегрузки, при прекращении из-за перегрузки нагрузка снова переключается на инвертор. В таким образом, статический переключатель будет нормально подавать пусковой ток. связано с первоначальным включением, что снова позволяет избежать необходимости увеличения размера Единица.

Теоретически интерактивные ИБП обеспечивают почти идеальную изоляцию между линейный вход и нагрузка для всех типов линейных помех. Однако это изоляция может быть нарушена, потому что большинство ИБП, подключенных к сети, имеют статический переключатель байпаса, который при определенных обстоятельствах подключает нагрузку напрямую к линейному входу, минуя выпрямитель и инвертор устройства.

Шунтирование выпрямителя и инвертора необходимо, чтобы справиться с высокими переходными процессами. токи нагрузки, такие как пусковой ток, потребляемый оборудованием каждый раз вы включаете его.Сам по себе инвертор обычно не справляется с эти переходные токи.

Переключатель статического байпаса также активируется при выходе из строя самого инвертора. по любой причине. Пока этот переключатель активирован, нагрузка не защищена. от любых нарушений в линии, если только сам байпасный контур не включает в себя кондиционирование линии схема. Кроме того, у большинства переключателей статического байпаса есть время переключения. несколько миллисекунд, так что каждый раз, когда переключатель активируется, нагрузка может быть лишенным части входного цикла.


РИС. 18 Устройство статического переключателя

4 Диагностика, аналитика и связь ИБП

Как и во многих общепромышленных электронных системах, модемный ИБП системы спроектированы с простыми удаленными панелями сигнализации с соответствующей связью интерфейсы к сложным коммуникационным интерфейсам для сетевых концентраторов и расположение файловых серверов и т. д. Простые контактные сигналы указывают на «заряд батареи» или «низкий заряд». аккумулятор »на удаленных охранных панелях при существенно низких дополнительных затратах.

Для связи на короткие расстояния (до 100 м) удаленный объект может быть зашитым. На больших расстояниях информация может быть ретранслируется через модемы и телефонные линии. Большинство производителей сейчас используют средства диагностики и связи для предоставления удаленных подробных диагностика из сервисных центров или менеджеров сети и т. д.

4,1 Интеллектуальные системы ИБП

Интеллектуальная система ИБП может сообщать о своем состоянии обратно в сеть.С программным обеспечением для управления сетью и интеллектуальным ИБП, администратор сети может удаленно узнать о работе ИБП и текущее состояние питания компьютера. Кроме того, менеджер может удаленно управлять интеллектуальным ИБП и конкретным ответом файлового сервера к проблеме питания.

До относительно недавнего времени системы ИБП не обладали «интеллектом», что означает что любые функции удаленного мониторинга или управления могут быть получены только с помощью специальной запатентованной схемы, предоставленной производителем системы ИБП.Развитие сетевой технологии клиент / сервер привело к необходимости для коммуникаций, выходящих далеко за рамки того, что предполагалось ранее даже для крупных многомодульные трехфазные системы.

Мониторинг и управление очень большими сложными сетями разработали потребность в стандартном программном пакете интерфейса открытых систем, который может работать с системами ИБП разных производителей и различными операционных систем, а также обеспечивает безопасность системы.

Благодаря тому, что простой протокол управления сетью (SNMP) получил широкое распространение, Разработчики ИБП разработали средства коммуникации, препятствующие взаимодействию с Подходящий SNMP. SNMP включает возможность мониторинга и / или управления из центральная консоль сетевые элементы (такие как серверы, шлюзы, мосты маршрутизаторы и т. д.), а также систему ИБП.

4,2 Уровни интеллекта ИБП

Может быть несколько уровней интеллекта, а именно:

4.2.1 Уровень 1

Простейший коммуникационный пакет, мониторинг ИБП, может использоваться в местная ведомственная сеть. В этом случае ИБП подключен к файлу сервер или хост, позволяющий выключить файловый сервер в случае нарушение питания.

Базовый неинтеллектуальный ИБП имеет простое замыкание контактов, которое посылает два сообщения на файловый сервер или хост с указанием «разряда батареи» или «низкого уровня заряда». аккумулятор «состояние.

На основе сообщений сеть может транслировать статус пользователям или инициировать процедуру выключения операционной системы.

4.2.2 Уровень 2

При наличии нескольких ведомственных локальных сетей под управлением одного менеджера, этот менеджер может использовать программное обеспечение с любого узла в сети для мониторинга и управлять любой системой ИБП и переключать любое устройство на сброс и перезагрузку. Используя протокол RS-232, возможна настоящая двусторонняя связь и очень ценная особенность.

4.2.3 Уровень 3

В корпоративной сети, в которой несколько локальных сетей объединены, все критические элементы в сети должны и могут управляться централизованно через SNMP.

4.3 Продукты SNMP

Примером таких продуктов SNMP является PowerNet компании American Power Conversion. Менеджер SNMP. Он обеспечивает: (а) графический пользовательский интерфейс, который контролирует все блоки ИБП в сети (b) Уведомление о питании сети менеджеры (c) Диагностика ИБП (d) Автоматическое сохранение данных и выключение сервера функции при сбое питания (e) Запланированное автоматическое тестирование ИБП (f) Перезагрузка заблокированных сетевых устройств Пакет American Power Conversion поддерживает Unix с HP Open-View и IBM NetView / 6000.Подобное сетевое управление Пакеты программного обеспечения ИБП доступны в компаниях Best Power, Clary и Deltec, с поддержкой Netware, Unix, DOS / Windows и OS / 2 (Travis 1995).

5. Надежность ИБП, технологические изменения и будущее

За последние 10 лет в отрасли ИБП произошли существенные улучшения. в надежности своей продукции и систем. Наиболее значимые факторы на повышение надежности влияет сокращение количества компонентов, доступность компонентов более высокого качества и движение отрасли к «проверке» новых конструкции перед производством.На рис.19 показана обобщенная кривая, показывающая основные компоненты и топология изменились с течением времени, что привело к значительное повышение надежности, в первую очередь за счет количества компонентов снижение. На всех уровнях мощности, кроме самых высоких, использование ширины импульса модуляция вместо ступенчатой ​​модуляции позволила количество мощность переключателей уменьшается до четырех раз.

Развитие мощных модулей Дарлингтона, а в последнее время и модулей IGBT дала разработчикам схем силовой электроники возможность исследовать и реализовать множество альтернатив для выключателей питания.Кроме того, эти устройства позволили увеличить рабочие частоты на два порядка величины при умеренных уровнях мощности (60 кВА) и до трех порядков величина для настольных продуктов.

Пользователи могут ожидать, что в будущем предложения ИБП будут следовать тенденции других электронных товары; меньше, быстрее и дешевле. По мере увеличения интеграции тенденция к малости будет только усиливаться. Продвигать эту тенденцию — это тот факт, что несколько доступных ИБП теперь используют LTP и ASIC для управления схема.

Как аппаратное, так и программное обеспечение ИБП претерпят серьезные изменения в будущее. Например, теперь во всех ИБП используются свинцово-кислотные батареи. Основные причины на выбор стоят стоимость и удельная мощность.


РИС. -19 Влияние технологий на системы ИБП (Источник: Burgess 1991) PWM

• Распределенное охлаждение; ~ Сосредоточенность ~ Охлаждение

Внутренняя надежность / Удельная мощность:

Когда экзотические аккумуляторные технологии, такие как цинково-воздушные и литиевые конструкции, снижение стоимости, скорее всего, они постепенно вытеснят свинцово-кислотные агрегаты.Ожидаются и другие аппаратные улучшения: более эффективные зарядные устройства. и инверторы. Устройства переключения мощности неуклонно улучшаются по сопротивлению при включении, и эти улучшения приведут к снижению потерь мощности. Как потери мощности уменьшится, использование сетевых ИБП, вероятно, увеличится из-за их очарование нулевым временем передачи и простым резервированием.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.