lite text version |
|||
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
| * СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ТЕХНИКА * |
|||
Заявление: Приведённые сведения носят информационный
характер. Деятельность
по применению оборудования требует квалификации и специфической подготовки. |
|||
|
|||
Классификация
ИБП. |
|||
Источник
бесперебойного питания переменного тока (ИБП ПРТ) за годы своего
существования, как и любое устройство, приобрёл несколько устойчивых
конструктивных и структурных исполнений, нашедших наиболее широкое
применение. И, несмотря на то, что существует "правильная"
классификация источников согласно стандарту EN 62040-3, мы постараемся очертить отличия типов источников
исходя из их структуры и алгоритма работы, используя давно устоявшуюся
терминологию. ИБП
класса Off-Line (Резервные ИБП). Подобные источники появились первыми ещё на
заре развития силовой преобразовательной техники. И в те времена было немного
потребителей крайне чувствительных к качеству электропитания. Тогда
бесперебойность питания ответственных нагрузок решалась наличием комплекса off-line
ИБП и большим количеством
электролитических ёмкостей, в качестве промежуточных накопителей энергии, во
вторичном источнике питания (ВИП), устанавливаемого в самом потребителе. Задачей
ёмкостей в ВИП было обеспечение электропитания нагрузки на время запуска и
подключения off-line ИБП
к нагрузке. |
|||
|
На
рисунке представлено основное структурное решение источника без учёта
фильтров EMI/RFI на
входе и выходе ИБП. Так будем представлять структуру ИБП и дальше. При
наличии напряжения сети, нагрузка подключена непосредственно к сети через
контактор К1.
Выходной инвертор ИБП находиться в выключенном состоянии. При
пропадании сети последовательно происходит запуск инвертора ИБП, отключение
контактора К1, и подключение нагрузки к инвертору
через контактор К2. Промежуток времени, необходимый для
выполнения перехода питания нагрузки от основной сети на инвертор off-line ИБП,
и обратно, составляет около 12..16 мс. |
||
Как правило, подобные
источники создавались на время автономии, достаточное для включения
резервного питания, что составляло не более 15..20 минут. Подобную
характерную черту сохранили и современные off-line ИБП,
выпускающиеся и сегодня. Поэтому очень редко когда
инвертор подобных источников способен работать дольше 30 минут без
повреждения или отключения по перегреву. В этой связи, практически бесполезно
пытаться подключить к такому серийному ИБП большой массив батарей, т.к. ни
зарядное устройство (ЗУ) источника не сможет обеспечить полноценный буферный
заряд батарей, ни инвертор источника не сможет обеспечить длительную работу и
поддержку нагрузки. Исключения могут составлять только ИБП, которые
специально разработаны для работы с большим массивом АКБ и возможностью длительной
работы инвертора. Очевидно, что подобные "способности" обязательно
найдут своё отражение в технических параметрах и цене ИБП. Во
всём остальном, следует запомнить, что off-line ИБП в современном понимании и исполнении являются самым
недорогим источником, занимают низший класс, и собираются на недорогих
комплектующих, компонуются в пластиковых корпусах практически без вентиляции
и могут работать только очень короткое время, как правило, 5..15 минут.
Именно поэтому, самый массовый рынок для современных подобных ИБП это
применение в качестве аварийного
источника питания компьютеров, чтобы времени автономии было достаточно
даже не для резервного копирования, а только для правильного выключения
компьютера. ИБП
класса Line-Interactive (Интерактивные ИБП). Источники
этого класса стали эволюционным развитием off-line
ИБП при совмещении их с автотрансформаторами. Как
результат, line-interactive ИБП
обеспечили даже некоторый прорыв в обеспечении бесперебойности питания
потребителей. Но, тем не менее, работа таких источников всё равно
предполагала их совместную работу с промежуточными ёмкостями в ВИП потребителей. |
|||
|
Как
и ранее, при наличии сети, нагрузка подключена непосредственно к основной
сети, но уже через автотрансформатор, который расширяет диапазон питания
потребителей от основной сети, не переводя их на батареи и инвертор. При
пропадании сети происходит отключение контактора К1
и включение контактора К2. Промежуток
времени, необходимый для выполнения перехода питания нагрузки от основной сети
на инвертор line-interactive ИБП,
и обратно, составляет около 4..6 мс. |
||
Снижение
времени перехода между сетью и питанием от батарей связано с тем, что
инвертор в таких источниках находиться в постоянно включенном состоянии (и
синхронизирован по сети), и время перехода питания от сети на инвертор и
обратно тратиться только на переключение контакторов, коммутирующих цепи.
Существенное снижение общего времени переключения позволило резко сократить
ёмкость в ВИП потребителей, тем самым дав возможность сделать их более
компактными и дешёвыми. И это являлось значительным достижением. В современном исполнении, line-interactive ИБП
имеют уже и стандартные модификации, рассчитанные на более длительную работу
от батарей, например в диапазоне 20..60 минут. Это позволяет использовать эти
источники уже в качестве резервных
источников питания для потребителей, безболезненно переносящих пропадание
питания на 4..6 мс при переключении ИБП. Также, источники класса line-interactive могут
снабжаться мощными зарядными устройствами, и способны обеспечивать время
автономии до нескольких часов. В этом случае,
источники имеют весьма развитую систему охлаждения, и комплектуются гораздо
более мощными компонентами. Как результат, подобные источники могут иметь уже
весьма весомую цену. ИБП
класса On-Line (Двойного
преобразования ИБП). В
развитии силовой компонентной базы полупроводников и
развитии теории силовой преобразовательной электроники наступил тот момент,
когда стало выгодно производить источники класса on-line
с достаточно высоким КПД. Странным
образом, на текущий момент цена ИБП класса on-line
сопоставима с ценой ИБП класса line-interactive.
Это случилось по причине резкого снижения цен на полупроводниковую силовую
электронику при сохранении достаточно высокой стоимости моточных изделий,
таких как трансформаторы. В результате, господствующее
положение сейчас в различных применениях находят именно источники класса on-line. В
современном виде источник on-line
имеет 3 контура передачи энергии от
сети к потребителю, и, как прежде, только 1 контур передачи энергии от
батарей к потребителю. Это касается любого источника, если только он не
построен по модульному принципу. |
|||
|
Как
правило, в таком исполнении основное время нагрузка получает питание через
контур двойного преобразования "выпрямитель – инвертор". Таким
образом, потребитель всегда защищён от всех возможных сетевых помех. Время
перехода питания нагрузки в On-Line ИБП
от сети на батарею и обратно составляет всегда 0 мс. Почему так, очевидно из самой структуры
ИБП, где видно, что батареи всегда находятся в активном, всегда подключенном
буфере питания выходного инвертора. |
||
Наличие
контуров автоматического и ручного байпассов позволяют реализовать
дополнительные функции в ИБП. Например, автоматический байпасс используется
для питания нагрузки в режиме перегрузки ИБП сверх номинального тока
инвертора или при неисправности любой части контура двойного преобразования.
Ручной же байпасс используется обычно только в сервисном режиме для снятия
напряжения внутри ИБП, когда необходимо обслуживать, ремонтировать или
заменить внутренние части ИБП. Очевидно, что ИБП класса on-line позволили
максимально упростить ВИП самих потребителей. И этим обстоятельством весьма
активно пользуются производители различного другого оборудования,
по-умолчанию предполагая, что их изделия будут запитаны через on-line источник
или же какую-либо другую систему бесперебойного питания с очень качественным
выходным напряжением. Фактически, сейчас ВИП потребителей может представлять
собой лишь некий преобразовательный контур получения необходимого внутреннего
напряжения питания потребителя, например, напряжения =3..12В питания микросхем
в телекоммуникационном каналообразующем транспортном оборудовании или в
контроллерах систем АСУТП. Ясно, что в подобной ситуации ВИП уже максимально
упрощается и может быть напрочь лишён каких-либо
фильтров сетевых помех. При таком положении дел, подключение нагрузки,
снабжённой подобным облегчённым ВИП, напрямую к сети чревато выходом из строя
потребителя при первом же искажении сети, выходящего за диапазон требования
"качества сети" самим вторичным источником питания (ВИП)
потребителя. Честно говоря, именно
наличие облегчённых ВИП в современных нагрузках и является самой массовой
причиной отключения, или выхода из строя в целом, потребителей при
прохождении в сети импульсных помех. Более того, подобные
"чувствительные" потребители уже даже просто невозможно подключать
непосредственно к сети, особенно в тех районах, где основные сети
"загрязнены" сетевыми помехами. Есть ещё одна
"модификация" ИБП, которую производители ранее неоднократно
пытались выделить в отдельный класс, определив его как следующий шаг развития
ИБП переменного тока. Речь идёт о, так называемом, дельта-преобразовании (delta-conversion).
В большом смысле, дельта-преобразование скорее является одним из режимов
работы on-line ИБП,
при котором нагрузка подключена к сети через
автоматический электронный байпасс, а инвертор выполняет роль "активного
фильтра". В этом случае, инвертор является
двунаправленным преобразователем энергии, и работает как компенсатор сетевых
помех, генерируя на своём выходе сигнал, противофазный амплитудным сетевым
помехам. Такой режим позволяет передавать через контур двойного
преобразования не всю мощность нагрузки, а только часть, соответствующую
уровню искажения синусоидальной формы напряжения сети. Например, в случае
искажения амплитуды сетевого напряжения на 15% от формы синуса, через контур
двойного преобразования и будет преобразоваться лишь 15% энергии,
потребляемой нагрузкой, в то время как остальные 85% мощности пройдут по
контуру автоматического байпасса. Очевидно, что основное преимущество дельта-преобразования это
повышенный КПД передачи энергии от сети к потребителю по сравнению с полным
двойным преобразованием. Однако дельта-преобразование не защищает от
частотных искажений напряжения сети и импульсных высокочастотных помех. Тем
не менее, подобный режим дельта-преобразования
в настоящий момент является одним из стандартных режимов работы серийных on-line ИБП,
и имеет наименование, как правило, ECO-Smart. В
заключение хотелось бы сказать, что в данной статье мы специально даже не
рассматривали вопросы сравнения КПД, режимов работы, уровня надёжности,
применимости ИБП, возможные варианты форм выходного напряжения ИБП и прочие
моменты, т.к. за такими подробностями могла быть потеряна нить рассуждений о
главном: чем же именно принципиально отличаются различные варианты структур
ИБП. Здесь мы это и оговорили. Всё остальное в других
статьях. Обращайтесь за более детальными
консультациями или подбором оборудования. |
|||
|
|||
© POWERSUITE
2000 – 2016
| СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ | на главную | к списку статей email: office@power-suite.ru | тел.:
+7 (499) 754-84-15 | резервные электростанции |
источники бесперебойного питания
| электропитающие
установки | модульные источники питания |
трансформаторы | аккумуляторные
батареи | системы мониторинга
аккумуляторов | устройства управления
двигателями | средства автоматизации |
распределительные щиты и панели
| устройства защиты от
импульсных перенапряжений |
коммутационная аппаратура | шкафы и
стойки | контейнеры
| |
|||