Общие положения. Источники бесперебойного электропитания

Источники бесперебойного электропитания

Дополнительный материал к лекции 25 для самостоятельной работы

Источники бесперебойного электропитания

Общие положения

Источники бесперебойного электропитания

План (логика) изложения материала

Лекция 25

Экспресс - проверка знаний пройденного материала:

1 Нарисуйте принципиальную схему тиристорного инвертора тока.

2 Нарисуйте принципиальную электрическую схему мостового инвертора

напряжения.

3 Нарисуйте принципиальную схему последовательного резонансного

тиристорного инвертора.

4 Нарисуйте схемы регулирования напряжения в тиристорных

преобразователях.

5 Напишите ключевые слова к теме лекции 24.

После изучения лекции 25 студент должен знать: принцип работы источников бесперебойного электропитания и их параметры.

Уметь: пояснить работу источников бесперебойного электропитания, а также уметь произвести выбор элементов источников бесперебойного электропитания.

Под источниками бесперебойного электропитания (ИБЭ) понимают такое устройство, которое обеспечивает беспребойную подачу электроэнергии к аппаратуре как при исправном состоянии сети питания, так и при его отказе. В состав ИБЭ входят преобразователи электроэнергии, резервный источник электропитания кратковременного действия и устройства, обеспечивающие взаимодействие элементов ИБЭ между собой.

В век электроники и информационных технологий породил ситуацию, когда, с одной стороны, поставщики электроэнергии не могут по ряду причин, в том числе и чисто технологических, обеспечить необходимое качество потребляемой энергии, а с другой стороны, отвественность за работу электронного оборудования, устройств и сохранность данных несёт потребитель.

Например, исследования, проведенные компанией IBM, показало, что в типичном компьюторе в течение месяца возникает более 120 проблем, порожденных некачественным электропитанием, - от трудно уловимых блокировок клавиатуры и ухудшения параметров вычислительной системы до полной потери данных и выхода из строя материнских плат. Особенно чувствительны к нарушениям электропитания файлы-серверы, в которых обращение к диску осуществляется многократно.

Отклонения параметров электропитания может принимать различные

формы. Приведём классификацию нарушения режима электропитания. Наиболее характерные из них.

Полное отключение - нулевое значение напряжения в течение более двух периодов или снижение напряжения до 80 вольт. При таком напряжении большая часть оборудования не может работать при таком режиме.

Пониженное напряжение - падение напряжения ниже номинального на время, превышающее длительность одного периода. Реально может продолжаться несколько часов. Причинами, вызывающими его, могут быть

включение мощного оборудования или перегрузка сети.

Повышенное напряжение - подъём напряжения выше 110% номинального на время, превышающее длительность одного периода. Причиной могут быть отключение оборудования потребляющего большую мощность.

Провал напряжения - падение напряжения на 80…85% ниже номинального на время сравнимое с длительностью одного периода. Может быть вызванно включением мощного оборудования.

Высоковольные пики - резкое повышение напряжения вплоть до 6000 В

длительностью 8-10 мс. Вызывается ударами молний, статическими разрядами и искрой, переходными процессами при включении/выключении мощного оборудования.

Шум линии, электромагнитные помехи - это последовательность случайных импульсов,налагающих на переменный ток или волны напряжения правильной формы. Идеальная форма питающего напряжения имеет вид правильной синусоиды. Работу мощных (или даже не очень мощных) электроприборов, вещание близлежащих теле- или радиостанций или расположенных неподалеку ретрансляторов пей-джинговой компании приводит к появлению небольших по амплитуде высоокочастотных отклонений от идеальной синусоидальной кривой.

Отклонение частоты от номинального значения - изменение частоты более чем 3 Гц. Является результатом плохой стабильности частоты электрогенератора.

В технической литературе часто смешивают понятие источника бесперебойного электропитания и гарантированного электропитания. Принципиальная разница между ними состоит в том, что в оборудованиях

гарантированного электропитания допускается перерыв на время ввода в действие резервного источника, например автоматизированной дизельной электростанции, в то время как в ИБЭ предъявляются требования о мгновенном, бесперебойном вводе в действие резервного источника. Это важнейшее требование существенно ограничивает круг пригодных к применению в ИБЭ резервных источников и практически в настоящее время имеется лишь один источник - аккумуляторная батарея, который в полной мере отвечает требованиям ИБЭ.

Различают пять базовых технологий и соотвественно реализующих их типов устройств, обеспечивающих защиту питания. Самыми простыми являются устройства для подавления пиковых выбросов и сетевые фильтры.

Первые обычно реализуют схемой, содержащей металл-оксидные варисторы, конденсаторы и индуктивности, в то время как вторые строятся на базе

трансформатора, который сглаживает флуктационные входные напряжения и обеспечивает сунусоидальную форму выходного напряжения. Остальные три технологии базируются на устройствах, которые называются источниками бесперебойного электропитания (ИБЭ).

ИБЭ имеет более тридцатилетнию историю своего существования. До сравнительно недавнего времени основными областями их применения были непрерывные процессы и системы управления в промышленности, в навигации, в охранных,в военных, а также медицинских областях. И только в последние 10…15 лет ИБЭ нашли широкое применение в вычислительной технике. Сейчас каждое рабочее место оснащенно компьютором.

Традиционно ИБЭ могут выполнять следующие функции:

- поглащать относительно небольшие повышения напряжения;

- сглаживать шумы источника;

- не прерывать питания оборудования во время снижения напряжения;

- обеспечивать в течение некоторого времени подачу питания в случае полного отключения напряжения;

Кроме этого, некоторые ИБЭ, как правило, в сочетании с соотвествующим программным обеспечением позволяют:

- автоматически отключать оборудование при длительном отсуствии

напряжения;

- осуществлять мониторинг и регистрировать состяние ИБЭ;

- выводить на дисплей диаграммы напряжение/ток;

- выводить на дисплей текущее значение напряжения;

- выполнять повторный запуск оборудования после его отключения;

- выдавать звуковой сигнал тревого при значительных отключениях параметров сети от номинальных.

В зависимости от реализуемой технологии, которая определяет состав и топологию соединения основных компонентов, можно выделить три категории, или три типа ИБЭ:

- резервные (автономные);

- интерактивные;

- линейно-интерактивный (ИБЭ непрерывного действия) –компенсационный;

Следует отметить, что конструкции первых ИБЭ соответствовали технологии, именуемой непрерывного действия. Они непрерывно генерировали ток и гарантировали, что питание нагрузки не прекратится. Это были, в основном, мощные и весьма дорогие устройства. Однако на заре компьютерной эры, когда компьютеры стоили дорого, использование подобных ИБЭ было вполне экономически оправдано. Совсем иная ситуация сложилась, когда возникла необходимость защищать такой массовый продукт, которым является персональный компьютер (ПК). Соотношение стоимости защиты и защищаемого оборудования требовало пересмотра масштаба цен, а это было возможно только за счёт изменения технологии. И возможность эта появилась в 1985 г., когда были разработанные импульсные блоки питания и компьютер стал потреблять не непрерывный

ток, а в форме импульсов, генерирующихся каждые 8,3 мс. В перерывах питание осуществлялось за счёт ёмкостей внутренних конденсаторов, которые были способны обеспечить подпитку в течение нескольких десятков микросекунд. Это позволило создать устройства. которые не генерируют ток постоянно, а переключают нагрузку на резервные аккумуляторы только при прекращении основного питания. Так появились резервные ИБЭ, а затем и более совершенная их модификация – интерактивные ИБЭ.

Основные технические характеристики ИБЭ следующие:

- выходная или полная мощность. Этот параметр указывается обычно в вольт-амперах (В А). Следует обратить внимание на то, что в качестве множителей при его вычислении берутся максимальные за период колебаний

(амплитудные) значения тока и напряжения, в то время как потребляемая нагрузкой мощность (активная мощность) указывается, как правило, в ваттах (Вт). Эти величины совпадают, если нагрузка носит чисто активный характер. При наличии реактивной составляющей (ёмкости, индуктивности) часть мощности расходуется на неё. Типичное значение отношения активной мощности к полной (Вт/В А) – коэффициент мощности / нелинейности для компьютеров составляет 0,7. Поэтому для выбора ИБЭ необходимой мощности в В.А нужно мощность нагрузки в Вт разделить на коэффициент мощности;

- время автономной работы. Это время, называемое также резервным, нелинейно зависит от величины нагрузки. Для типичных ИБЭ небольшой мощности (до 5 кВ А) при номинальной нагрузке оно составляет примерно 5…10 минут. При снижении мощности нагрузки вдвое резервное время примерно в 2,5 раза;

- время переключения режимов. Оно составляет примерно 2…4 мс, тогда как современные компьютеры способны выдерживать отсутствие напряжения на входе в течение значительно большого отрезка времени;

- диапазон входных напряжений. Этот параметр играет весьма важную роль в условиях длительного отклонения величины входного напряжения от номинального значения. Он определяется минимальным и максимальным допустимым значением напряжения в сети, при которых ИБЭ ещё способен поддерживать номинальное значение напряжения на выходе, не переходя на питание от резервного источника. Чем шире этот диапазон, тем дольше прослужит аккумулятор. Современные ИБЭ способны обеспечить номинальное значение напряжения на выходе при колебаниях его на входе в пределах 20…30%.;

- пик-фактор. Определяется отношением максимального тока, потребляемого нагрузкой, к действующему значению. Для интерактивных топологий - 6: 1, для импульсных блоков питания компьютеров этот коэффициент может достигать больших значений (10..15 и выше);

- диапазон входной частоты. Как правило, отклонение частоты тока от номинального значения 50 Гц в электросети не превышает 1 Гц., поэтому

данный параметр важен для систем, базирующих на автономных генераторах, в которых частота не так стабильна;

- коэффициент нелинейных искажений. Он характеризует отклонение формы выходного сигнала от синусоидальной. Ряд чувствительных к этому фактору приборов начинает давать сбои при искажении, превышающем 5%;

- срок службы аккумуляторов. Этот параметр существенно зависит от условий эксплуатации: частоты переключения в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды. Типичный срок службы аккумуляторов составляет 4..5 лет

Дата добавления: 2014-01-04