Источник бесперебойного питания с двойным преобразованием
Содержание
Введение
1. Классификация ИБП
2. ИБП с двойным преобразованием энергии: схемотехника и технические характеристики
2.1 Назначение и описание узлов силовой цепи ИБП
2.2 Системные показатели ИБП
3. Примеры современных ИБП
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Почти каждый, кто использует в своей работе компьютеры, сталкивался с потерей информации в результате отключения электропитания. Uninterruptable Power Source (в русскоязычной литературе – ИБП, Источник Бесперебойного Питания) – это устройство, включаемое между источником питания (розеткой электросети) и потребителем (компьютер, мини–АТС и т.п.), которое обеспечивает питание потребителя в случае пропадания напряжения основного источника, используя для этого энергию своих аккумуляторных батарей. В наиболее широком обобщении к источникам бесперебойного питания можно отнести все, начиная от батарейки, питающей чип CMOS в вашем компьютере, до дизель – генератора мощностью в несколько сотен киловатт.
Общий алгоритм функционирования ИБП следующий – при пропадании напряжения сети ИБП автоматически переключается на питание от аккумулятора, при восстановлении напряжения сети автоматически переходит в режим заряда аккумулятора.
Подход к источнику бесперебойного питания, как к "черному ящику", обладающему набором известных полезных (или не полезных) свойств, позволяет, не углубляясь в его электронную начинку, осмысленно использовать его положительные стороны для защиты компьютеров или другого оборудования от сбоев электрической сети. Для борьбы со сбоями электрической сети и создании систем бесперебойного питания кроме ИБП используются и другие устройства: стабилизаторы напряжения, фильтры, дизельные генераторы.
1. Классификация ИБП
Первое и самое главное назначение источника бесперебойного питания – обеспечить электропитание компьютерной системы или другого оборудования в то время, когда электрическая сеть по каким–то причинам не может это делать. Во время такого сбоя электрической сети ИБП питается сам и питает нагрузку за счет энергии, накопленной его аккумуляторной батареей. Каждый человек, сталкивающийся с компьютерами, рано или поздно узнает о великолепной идее бесперебойного питания компьютеров.
Несмотря на изобилие различных схемных решений, в индустрии UPS сложились некоторые типовые схемы построения (топологии) источников бесперебойного питания. Рассмотрим их более подробно.
"Разделять" ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на
· Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА – включая и on–line);
· Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА);
· Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА);
· Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА).
Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on–line и off–line, которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно–интерактивные.
Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off–line или standby), линейно–интерактивные (line–interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on–line).
Мы будем пользоваться вторым типом классификации.
Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном – переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком – ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).
Рис.1 Схема источника резервного типа
Линейно–интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств – защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.
Схема линейно – интерактивного ИБП
ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем – с помощью инвертора – снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.
Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом – снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.
ИБП с двойным преобразованием
2. ИБП с двойным преобразованием энергии: схемотехника и технические характеристики
Источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены для защиты электрооборудования пользователя от любых неполадок в сети, включая искажение или пропадание напряжения сети, а также подавления высоковольтных импульсов и высокочастотных помех, поступающих из сети.
ИБП с двойным преобразованием энергии обладает наиболее совершенной технологией по обеспечению качественной электроэнергией без перерывов в питании нагрузки при переходе с сетевого режима (питание нагрузки энергией сети) на автономный режим (питание нагрузки энергией аккумуляторной батареи), и наоборот. Обеспечивая синусоидальную форму выходного напряжения, такие ИБП используются для ответственных потребителей электроэнергии, предъявляющих повышенные требования к качеству электропитания (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, оборудование вычислительных и телекоммуникационных залов, системы управления технологическим процессом и т.д.). Современные ИБП малой и средней мощности, в отличие от классической схемы "выпрямитель – инвертор", содержат в своей структуре корректор коэффициента мощности, обеспечивающий входной коэффициент мощности, близкий к единице, и практически синусоидальную форму тока, потребляемого из сети.
Встречающийся в последнее время термин "ИБП с тройным преобразованием" может ввести в заблуждение читателя о якобы новой топологии ИБП. На самом деле, речь идет о дополнительном преобразовании нестабильного напряжения постоянного тока в стабильное повышенное напряжение постоянного тока для питания инвертора, присутствующем в структурах ИБП с корректором коэффициента мощности. В соответствии с международным стандартом, такие структуры также относятся к ИБП с двойным преобразованием энергии (Double–Conversion UPS).
В зависимости от состояния сети и величины нагрузки, ИБП c двойным преобразованием может работать в различных режимах: сетевом, автономном, Байпас и других.
Сетевой режим – режим питания нагрузки энергией сети. При наличии сетевого напряжения в пределах допустимого отклонения, и нагрузки, не превышающей максимально допустимую, ИБП работает в сетевом режиме. При этом режиме осуществляется:
· фильтрация импульсных и высокочастотных сетевых помех;
· преобразование энергии переменного тока сети в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя и схемы коррекции коэффициента мощности;
· преобразование с помощью инвертора энергии постоянного тока в энергию переменного тока со стабильными параметрами;
· подзаряд АБ с помощью зарядного устройства.
Автономный режим – режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи. При отклонении параметров сетевого напряжения за допустимые пределы или при полном пропадании сети ИБП мгновенно переходит на автономный режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи (АБ) через повышающий преобразователь DC/DC и инвертор. При восстановлении напряжения сети ИБП автоматически перейдет в сетевой режим.
Режим Байпас – питание нагрузки напрямую от сети. Если в сетевом режиме происходит перегрузка или перегрев ИБП, а также, если один из узлов ИБП выходит из строя, то нагрузка автоматически переключается с выхода инвертора напрямую к сети. При снятии причин перехода в Байпас (перегрузки или перегрева) ИБП автоматически возвращается в нормальный сетевой режим с двойным преобразованием энергии.
Отметим, что в режиме Байпас нагрузка не защищена от некачественного напряжения сети.
Режим заряда батареи возникает при наличие сетевого напряжения. Зарядное устройство обеспечивает заряд аккумуляторной батареи, независимо от того, включен ли инвертор или присутствует режим Байпас.
Режим автоматического перезапуска ИБП возникает при восстановлении сетевого напряжения, если до того ИБП работал в автономном режиме и был автоматически отключен внутренним сигналом во избежание недопустимого разряда батареи. После появления входного напряжения ИБП автоматически включится и перейдет на сетевой режим.
Режим холодного старта обеспечивает включение ИБП для работы в автономном режиме при отсутствие сетевого напряжения путем нажатия на кнопку ВКЛ инвертора.
Среди производителей ИБП с двойным преобразованием энергии получил распространение следующий ряд номинальных мощностей:
