В Лаврус - Источники энергии Страница 15

наличие в зданиях мощного индустриального оборудования;

расположение оборудования в сельских районах удаленных от местных подстанций;

расположение оборудования в зоне с повышенной грозовой активностью.

Наиболее простым средством защиты электроприборов потребителя является комбинированное устройство, содержащее фильтр и устройство защиты от перенапряжения в сети. Следует отметить, что фильтр -- устройство симметричное, он подавляет помехи поступающие как из сети, так и от потребителя. Фильтр предназначен для подавления бросков напряжения ограниченной мощности и шумов общего вида.

Степень защиты нагрузки определяется временем срабатывания, диапазоном подавляемых частот, степенью подавления и максимальной энергией подавляемого выброса.

Стабилизаторы напряжения выдерживают в задаваемых пределах только амплитудные значения напряжения. Их следует использовать в тех случаях, когда применение источников бесперебойного питания экономически нецелесообразно. Стабилизатор увеличивает срок службы Ваших приборов и делает их более экономичными.

Название инверторов определяется их функциональным назначением -- способностью преобразовывать постоянный ток в переменный. Их используют как мобильные источники сетевого напряжения в автономных условиях, а в стационарных -- в качестве узлов резервных источников электропитания.

Логическим дополнением электрических сетей являются системы бесперебойного электропитания. Они содержат: фильтры, стабилизаторы, инверторы, аккумуляторные батареи, устройства коммутации и пр.

Устройство, называемое источником бесперебойного электропитания (UPS -- Uninterruptible Power Systems (Supplies)) может обеспечивать электроэнергией целое здание или домашний компьютер. Поэтому их разделяют на источники малой (до единиц киловатт), средней (от единиц до десятков киловатт) и большой мощности (до нескольких мегаватт).

ИБП подключается к сети переменного тока обычного качества и выполняет две функции:

улучшения качества электрического питания;

резервного источника питания.

Больше всего мифов о наилучших принципах работы ИБП распространено продавцами и дистрибьютерами. Нормативные документы, в частности, европейские стандарты EN50091-1 и EN50091-2 не дают определений принципов работы ИБП. Нормируются основные параметры, при соблюдении которых прибор будет соответствовать выбранному стандарту.

Следовательно, определение и классификация принципов работы ИБП предложенная фирмой-изготовителем или дистрибьютером вряд ли может служить критерием выбора того или иного устройства.

Все выпускаемые в мире ИБП по архитектуре построения можно разделить на два класса:

Off-Line (Standby) -- резервные источники;

On-Line (Double conversion) -- источники с двойным преобразованием.

3.1.1. РЕЗЕРВНЫЕ ИБП (OFF-LINE)

Принцип построения резервных Off-Line систем основан на том, что нагрузка изначально подключена к сети (рис. p016). В случае отключения или отклонения параметров сетевого напряжения от заданных, нагрузка переключается и запитывается от инвертора использующего энергию аккумуляторных батарей. Время старта инвертора и переключения нагрузки обычно не превышает 4-х миллисекунд.

Самый большой недостаток Off-Line источников -непосредственное подключение нагрузки к сети. При этом помехи беспрепятственно попадают в нагрузку. Мощность таких источников находиться в пределах от 250 до 2000 BA.

Резервные источники Off-Line получили широкое распространение на нашем рынке благодаря низкой стоимости, простоте эксплуатации, наличию удобного и несложного программного интерфейса и маркетинговой политике известной APC (American Power Conversion).

Интерактивные источники (Line-Interactive)

Разновидностью Off-Line ИБП являются так называемые интерактивные источники бесперебойного питания. Они получили широкое распространение. Отличительными признаками этих моделей (рис. p017) являются:

фильтры;

стабилизатор напряжения;

входной переключатель;

автотрансформатор.

В них усовершенствован инвертор и более развит процессор управления. Инвертор вместо ступенчатого формирует напряжение синусоидальной формы. Наиболее совершенные модели позволяют корректировать амплитуду и форму выходного напряжения.

Дополнительно может устанавливаться разделительный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку нагрузки от сети. Функция переключения обмоток автотрансформатора позволила расширить диапазон входного напряжения ИБП до 165...275 В (функция переключения -- повышение пониженного напряжения (+40В) и понижение повышенного (-40В) переключением обмоток автотрансформатора).

Интерактивные источники могут иметь два режима -стандартный (Off-Line) и режим переключения. В них может применяться реверсивный инвертор (рис. p018), работающий в "горячем" резерве, т.е. работающий в нормальном режиме на заряд батарей, а в аварийном -- на разряд.

Все эти нововведения увеличивают стоимость ИБП, но суть его остается та же -- в нормальном режиме ваша нагрузка подключена к сети.

Обобщенные характеристики Off-Line и Line-Interactive источников представлены в табл. t004. В заключение отметим достоинства и недостатки Off-Line источников.

Достоинства:

простота исполнения;

малый вес и габариты;

низкая стоимость;

низкие эксплуатационные расходы;

высокий КПД.

Недостатки:

инвертор не рассчитан на длительную работу;

псевдосинусоидальный выход (кроме Line-Interactive);

фиксированное, малое "окно" по входному напряжению;

неустойчивая работа в нестабильных сетях;

как правило, отсутствие возможности существенно увеличить время автономной работы за счет дополнительных батарей;

отсутствие возможности улучшения параметров входного напряжения (кроме Line-Interactive);

не работают в условиях ухода частоты сетевого напряжения и от дизель-генератора;

не рассчитаны на работу с большими мощностями;

отличное от нуля время переключения на батареи в случае аварии сети;

слабые возможности по управлению мощностью и нагрузкой.

При выборе ИБП отличительным признаком Off-Line режима является равенство допусков на входную и выходную частоты питающего напряжения. Если допуск по частоте на входе ИБП такой же, как и на выходе -- нагрузка подключена непосредственно к сети.

3.1.2. ИБП С ДВОЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (ON-LINE)

On-Line системы -- это системы генерирующие собственное, стабильное по амплитуде и частоте, синусоидальное напряжение. Они работают по принципу двойного преобразования напряжения: переменное -- постоянное -- переменное (рис. p019).

Входное напряжение от сети переменного тока подается на выпрямитель, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока. Это напряжение питает инвертор, а часть энергии используется для заряда батарей. Постоянно работающий инвертор генерирует стабильное напряжение, параметры которого никак не связаны с параметрами входного.

ИБП архитектуры On-Line позволяет:

исключить амплитудные и частотные искажения;

работать в слабых и нестабильных сетях;

эффективно подавлять импульсные помехи.

При пропадании входного напряжения происходит переход на питание инвертора от батарей с нулевым временем переключения без скачка амплитуды и фазы выходного напряжения. Таким образом, On-Line ИБП представляет собой станцию эталонного синусоидального напряжения.

Выходная форма напряжения формируется самим источником и никоим образом не связана с формой напряжения в сети общего назначения. Благодаря минимум двойному преобразованию обеспечивается высокая изоляция выходного напряжения от влияния внешней сети и наоборот, что существенно для защиты информации от несанкционированного доступа со стороны сети общего назначения.

Наиболее совершенные On-Line ИБП выполняют до четырех преобразований:

переменное сетевое напряжение -- в постоянное;

постоянное -- в постоянное напряжение промежуточной шины;

напряжения батарей в напряжение промежуточной шины;

напряжения промежуточной шины -- в выходное переменное напряжение.

ИБП такого типа снабжены входными и выходными фильтрами, разделительными трансформаторами. Они допускают широкий диапазон изменения входного напряжения без отбора мощности батарей. Более того, снижением мощности нагрузки можно понизить минимальный уровень напряжения перехода на питание от батарей (до 120 В), что существенно для успешной работы в сети с хронически пониженным напряжением.

Современные On-Line системы способны работать в качестве преобразователей частоты для питания оборудования не соответствующего отечественным стандартам, например, 60 Гц.

Для нормирования степени защиты электронных устройств разработаны тесты, которые моделируют сетевые процессы и позволяют измерить степень защиты нагрузки. Тестирование может осуществляться по спецификации Института Инженеров-электриков IEEE-587. Каждой категории защиты соответствуют определенные условия теста (см. табл. t003).