Источники бесперебойного питания Исто чник бесперебо йного пита ния, (ИБП) (англ. Uninterruptible Power Supply, UPS) — источник вторичного электропитания, автоматическое устройство, назначение которого обеспечить подключенное к нему электрооборудование бесперебойным снабжением электрической энергией в пределах нормы.
ГОСТ 13109 87 определяет следующие нормы в электропитающей сети: напряжение 220 В + 10 %; частота 50 Гц + 1 Гц; коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8 % (длительно) и менее 12 % (кратковременно). Неполадками в питающей сети считаются: авария сетевого напряжения (напряжение в питающей сети полностью пропало); высоковольтные импульсные помехи (резкое увеличение напряжения до 6 к. В продолжительностью от 10 до 100 мс); долговременные и кратковременные подсадки и всплески напряжения; высокочастотный шум (высокочастотные помехи, передаваемые по электросети); побег частоты (отклонение частоты более чем на 3 Гц).
Массовое использование ИБП связано с обеспечением бесперебойной работы телекоммуникационных систем, компьютеров, позволяющее подключенному к ИБП оборудованию при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы продолжить работу. . ИБП способен корректировать параметры (напряжение, частоту) выходной сети. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии (например, дизель генератором). Важными показателями, обуславливающими выбор схемы построения ИБП являются время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей и время работы от аккумуляторной батареи.
A small free standing UPS. The unit in the photo has IEC connector inputs and outputs A large datacenter scale UPS being installed by electricians
Составные части ИБП Реализация основной функции достигается работой устройства от аккумуляторов, установленных в корпусе ИБП, под управлением электрической схемы, поэтому в состав любого ИБП, кроме схемы управления, входит зарядное устройство, которое обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей при наличии напряжения в сети, обеспечивая тем самым постоянную готовность к работе ИБП в автономном режиме. Для увеличения автономного режима работы, можно оснастить ИБП дополнительной (внешней) батареей. Режим байпас (англ. Bypass, „обход“) — питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass выполняется автоматически или вручную (ручное включения предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки). Байпасом называется один из составляющих ИБП блоков.
«Бустер» (англ. booster) — ступенчатый автоматический регулятор напряжения (англ. Automatic Voltage Regulation, AVR), имеющий автотрансформатор в своей основе. Используется в ИБП, которые работают по интерактивной схеме. Часто ИБП оснащается только повышающим „бустером“, который имеет всего лишь одну либо несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения. Использование бустеров позволяет создать схему ИБП, способную выдержать долгие глубокие „подсадки“ и „проседания“ входного сетевого напряжения (одной из наиболее распространенных проблем отечественных электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи, что позволяет значительно увеличить срок „жизни“ аккумуляторной батареи. Инвертор — устройство, которое преобразует род напряжения из постоянного в переменное (аналогично переменное в постоянное). Гальваническую развязку между входом и выходом, осуществляет установленный во входной цепи ИБП (между электросетью и выпрямителем) входной изолирующий трансформатор. Соответственно, в выходной цепи ИБП между преобразователем и нагрузкой размещён выходной изолирующий трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку между входом со схемы ИБП и выходом на подключенную нагрузку. Для того, чтобы повысить надежность всей системы в целом, применяется резервирование — схема, которая состоит из двух или более ИБП.
Схемы построения ИБП Существует три схемы построения ИБП: 1) резервный (англ. Off Line, Standby) — питание подключенной нагрузки осуществляется из первичной электрической сети, ИБП обеспечивает минимальные изменения — производится фильтрация высоковольтных импульсов и электромагнитных помех. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения (или его полном отсутствии), автоматически переподключает нагрузку к питанию от схемы, получающей электрическую энергию от собственных аккумуляторов с помощью простого инвертора. При появлении напряжения в пределах нормы, снова переключает нагрузку на питание от первичной сети.
„Резервная“ схема построения ИБП
Недостатки несинусоидальная форма выходного напряжения (аппроксимированная синусоида, квази синусоида); относительно долгое время (свыше 4. . 5 мс) переключения на питание от батарей; невозможность корректировать ни напряжение, ни частоту. Достоинства КПД около 99 %, практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение; невысокая стоимость ИБП в целом. Итог Чаще всего ИБП, построенные по такой схеме, используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных вычислительных сетей начального уровня, для которых не критично своевременное отключения в случае неполадки в сети. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по данной схеме.
Схемы построения ИБП 2) интерактивный (англ. Line Interactive) — устройство аналогично предыдущей схеме; дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. Инверторы некоторых моделей линейно интерактивных ИБП выдают напряжение прямоугольной или трапецеидальной формы, как у предыдущего варианта, так и синусоидальной формы. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД ниже, чем у резервных.
„Интерактивная“ схема построения ИБП
Схемы построения ИБП 3) неавтономный режим (англ. online, он лайн) — используется для питания нагруженных серверов (например, файловых), высокопроизводительных рабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании (double conversion) рода тока. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем обратно в переменное напряжение с помощью обратного преобразователя (инвертора). Время переключения тождественно равно нулю. ИБП двойного преобразования имеют невысокий КПД (от 80 % до 94 %), из за чего отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. В отличие от двух предыдущих схем, способны корректировать не только напряжение, но и частоту.
Схема построения ИБП с двойным преобразованием
Характеристики ИБП выходная мощность, измеряемая в вольт амперах (VA) или ваттах (W); выходное напряжение, (измеряется в вольтах, V); время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms); время автономной работы, определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования (измеряется в минутах, мин. ), у большинства офисных ИБП оно равняется 4 15 минутам; ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V); срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи значительно теряют свою ёмкость уже через 3 года).
Специфика телекоммуникационного оборудова ния требует особого подхода к выбору ИБП. Во первых, время автономной работы от батарей должно быть достаточно большим. Конкретная величина зависит от назначений телекоммуникационного комплекса и реальных местных условий по обеспечению электропитанием. Например, при наличии независимых подключений к нескольким энергетическим фидерам, ИБП должны обес печиватьполную работоспособность, пока производится переключение с одного ввода на другой. Если в состав системы энергоснабжения входит дизель генератор, то времени работы батарей должно хватить на его запуск и выход на рабочий режим. В большинстве современных дизель генераторов предусматривается автоматический запуск, что позволяет сократить этот период до нескольких десятков секунд. При проектировании любой телекоммуникационной системы определяется время восстановления работоспособности при выходе ее из строя. Для этого рассчитываются не только необходимый запас деталей, но и продолжительность работы от источников резервного электропитания при отказе основного. Очень часто в технических заданиях на телекоммуникационную систему для восстановления отводится не более 30 60 мин, а период работы от аккумуляторных батарей составляет свыше 3 ч.
Во вторых, в работе ИБП, используемых совместно с телекоммуникационными системами, напряжение не должно пропадать при переключении с основного питания на резервное. Это требование вызвано тем, что большая часть оборудования весьма критично реагирует даже на мгновенное отключение электропитания. И наконец, последнее — конструктивное исполнение источников бесперебойного пита ния, применяемых в телекоммуникационных комплексах, должно быть рассчитано для установки в стандартные аппаратные шкафы. Однако это требование выполнимо лишь в случае устройств невысокой мощности и при малом времени работы в автономном режиме. Наиболее подходят для телекоммуникационных комплексов источники бесперебойного питания с поддержкой двойного преобразования. В англоязычной литературе подобный тип ИБП называется On Line.
Входное переменное напряжение с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, величина которого гораздо ниже 220 В, что необходимо для зарядки аккумуляторных батарей. Постоянное напряжение подается на инвертор, тот преобразует его в переменное напряжение и вновь доводит до 220 В. Благодаря посто янному подключению батарей к входу инвертора при исчезновении входного напряжения провалов на выходе не будет.
Данная схема построения ИБП позволяет компенсировать все основные сбои в системах электропитания посредством формирования местного эталонного напряжения. Часто в схеме двойного преобразования предусматривается путь обхода для питания нагрузки при выходе из строя ИБП или в период профилактических работ. К сожалению, указанные ИБП отличаются невысоким КПД за счет повышенных энергозатрат и немалой ценой. Однако существуют модели, в которых КПД удает ся существенно повысить с помощью специальных решений.
Скачать презентацию Источники бесперебойного питания Исто чник бесперебо йного пита
9 Источники бесперебойного питания.ppt