<<
>>

6.3. ИБП взаимодействующий с сетью (line-interactiveUPS)

На рисунке 6.9 представлена схема ИБП, взаимодействующего с сетью. И опять, как и для ИБП с переключением, по сравнению с упрощенной схемой у нас появились фильтры шумов и импульсов и блок анализа сети и управления.

Рис. 6.9. Блок-схема ИБП, взаимодействующего с сетью.

Как видно, эта схема очень похожа на схему ИБП с переключением. Основные отличия: трансформатор постоянно подключен к нагрузке (и постоянно работает), и по другому расположен переключатель. ИБП, взаимодействующий с сетью имеет два основных режима работы: работа от сети и работа от батареи...

Работа от сети и переключение

На режиме работы от электрической сети напряжение фильтруется от шумов и импульсов и поступает к нагрузке. Часть мощности расходуется на зарядку батареи ИБП или поддержание ее в заряженном состоянии. Блок анализа напряжения контролирует форму и амплитуду напряжения сети. В случае, если напряжение сети становится слишком низким (например ниже 195 В) или (для некоторых моделей) слишком высоким, блок анализа сети пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора. Напряжение на выходе ИБП повышается или понижается, приближаясь к номинальному значению. Если напряжение становится настолько низким, что переключение отводов уже плохо помогает, то ИБП переключается на работу от батареи.

Если на вход ИБП поступает напряжение искаженной формы, блок анализа сети также переключает ИБП на режим работы от батареи. Процесс переключения с режима работа от сети на режим работы от батареи (и обратно) для ИБП с синусоидальным выходным напряжением представлен на рисунке 6.10.

Рис. 6.10. Осциллограммы переключения "сеть-батарея" (а, б, в) и батарея-сеть" (г) для ИБП, взаимодействующего с сетью.

Переключение "сеть-батарея" (см. рис. 6.10 а, б и в) происходит значительно более гладко, чем у ИБП с переключением прежде всего потому, что совпадают формы кривой напряжения на обоих режимах работы. Сам процесс переклюяения (вместе с временем обнаружения сбоя) занимает менее четверти периода синусоиды ( примерно 3-4 мс). В зависимости от фазы напряжения в момент сбоя сети, сопутствующие переключению переходные процессы могут продолжаться до 20 мс, т.е. на протяжении периода синусоиды.

Для взаимодействующих с сетью ИБП, имеющих выходное напряжение в виде прямоугольников с паузами (или, как стыдливо их называют производители – со ступенчатым приближением к синусоиде) процесс перехода от одного режима к другому ничем не отличается от работы ИБП с переключением (см. рис. 6.7).

Режим работы от батарей

При переключении на режим работы от батареи, инвертор ИБП, постоянно подключенный к нагрузке, немедленно начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но остается под контролем блока анализа сети.

Инвертор поддерживает напряжение на нагрузке в течение некоторого времени, зависящего от заряда батареи. Если сетевое напряжение заэто время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП отключает нагрузку.

Если во время работы от батареи, сетевое напряжение становится нормальным, ИБП готовится к переключению на батарею: начинает синхронизацию переменного напряжения инвертора с сетевой синусоидой. Частота напряжения на выходе инвертора и частота сети не совпадают совершенно точно. Поэтому разность фаз между напряжением сети и напряжением инвертора плавно меняется. Нагрузка в это время продолжает питаться от инвертора (питаемого в свою очередь батареей). И только в момент, когда фаза напряжения инвертора с заданной точностью (не хуже 2-5 градусов) совпадет с фазой сетевого напряжения, происходит переключение ИБП на работу от сети. Переключение (от момента восстановления напряжения в сети) может занять несколько секунд. Такая сложная процедура переключения хотя и затягивает само переключение, но для ИБП с синусоидальным выходным напряжением позволяет производить его очень мягко (см. рис. 6.10 г). В момент переключения не возникает никаких фазовых или амплитудных скачков. Компьютер во время переключения работает нормально, блок питания на испытывает импульсных нагрузок.

Предыдущий параграф относится к взаимодействующим с сетью ИБП, с синусоидальным выходным напряжением. Момент переключения для ИБП с выходным напряжением в виде прямоугольников с паузами ничем не отличается от работы ИБП с переключением.

Теперь рассмотрим чуть подробнее работу отдельных элементов ИБП.

Выпрямитель. Выпрямитель ИБП с регулированием напряжения выполняет функцию автоматического зарядного устройства. Он заряжает батарею, если она разряжена, и поддерживает на ней напряжение плавающего заряда, если ее заряд близок к максимальному. В целом характеристики и функции выпрямителей большинства этих ИБП такие же, как у выпрямителей ИБП с переключением.

Наиболее распространен режим заряда батареи, при котором сначала батарея заряжается постоянным по величине (стабилизированным) током, а затем, при достижении некоторого заданного напряжения, стабилизированным напряжением. После того, как батарея будет заряжена, она поддерживается под постоянным напряжением (т.н. плавающим потенциалом или напряжением плавающего заряда – т.е. напряжением, при котором ток через батарею равен нулю). Зарядные устройства некоторых ИБП реализуют несколько более сложный алгоритм заряда батареи – импульсный. При импульсном режиме заряда зарядное устройство отключается после достижения полного заряда батареи и включается вновь только после того, как батарея разрядится (напряжение на ней упадет). Производители таких ИБП уверяют, что импульсный алгоритм заряда позволяет несколько продлить жизнь батарее. Производители батарей эту точку зрения обычно не поддерживают, заявляя, что их отличные аккумуляторы можно заряжать самыми простыми методами.

Выпрямители ИБП, специально предназначенных для длительной работы, отличаются большим зарядным током. Это позволяет им даже в случае подключения к ИБП дополнительной батареи большой емкости зарядить батарею за приемлемое время.

Некоторые производители ИБП, взаимодействующих с сетью, для получения маркетинговых преимуществ заявляют об очень малом времени подзаряда аккумуляторов (например, 5-6 часов). Максимальный зарядный ток, а иногда и максимальное напряжение на батарее таких ИБП действительно превышают максимальные значения, установленные производителем аккумуляторов. Это нельзя признать преимуществом, поскольку более быстрый заряд может происходить за счет уменьшения ресурса батареи.

Батарея.Используются свинцовые кислотные герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи. Напряжение батареи от 6 до 48 В, емкость от 4 ампер-часов. Максимальная емкость батареи для обычных ИБП, с регулированием напряжения, (с временем работы от батареи при максимальной мощности 5-15 минут) может достигать примерно 20 ампер-часов.

Существуют модульные ИБП, специально предназначенные для длительной работы от батареи ( в течение многих часов или даже нескольких суток). Они состоят из базового электронного блока, к которому может подключаться один блок батареи или несколько таких блоков. Суммарная емкость батареи, состоящей из нескольких модулей, может достигать сотен ампер-часов. Соответственно и длительность работы ИБП от батареи может достигать нескольких суток.

Инвертор.Инверторы взаимодействующих с сетью ИБП могут иметь синусоидальное выходное напряжение или выходное напряжение в виде меандра с паузой (как у ИБП с переключением).

Полный коэффициент гармонических искажений большинством производителей не указывается. Тем не менее в случае синусоидального выхода, при не предельных параметрах, искажения синусоиды вполне приемлемы (т.е. не превышают 5%).

Блок управления ИБП и анализа сети.Этот блок является главным элементом ИБП с регулированием напряжения, отличающим его от ИБП с переключением. Для управления взаимодействующих с сетью ИБП обычно используются недорогие микропроцессоры, применение которых позволяет возложить на ИБП массу новых, дополнительных функций. Прежде всего, блок анализа может не просто измерять действующее значение напряжения сети (как делает управляющая схема ИБП с переключением), но постоянно следить за формой синусоиды. Для этого в состав блока анализа сети включают специальный элемент – аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Несколько раз за полупериод АЦП производит измерение мгновенного значения напряжения сети (см. рис. 6.11).

Рис. 6.11. ИБП, взаимодействующий с сетью, измеряет напряжение сети.

АЦП преобразует результат измерения в цифровую форму и передает его для анализа микропроцессору ИБП. В памяти микропроцессора хранится образ идеальной синусоиды. Микропроцессор непрерывно сравнивает его с результатом измерения мгновенного значения напряжения. Для управления ИБП (а именно для выбора момента переключения с режима работы от сети на режим работы от батареи и обратно) используются довольно сложные критерии качества сети.

Для ИБП с переключением единственным критерием, отличающим "хорошую" сеть от "плохой" было действующее значение напряжения. Взаимодействующий с сетью ИБП тоже принимает во внимание действующее значение напряжения сети, рассчитанное микропроцессором ИБП на основании результатов измерения мгновенных значений напряжения. Но хороший ИБП, взаимодействующий с сетью, может следить не только за величиной действующего значения напряжения сети, и еще за несколькими параметрами синусоиды. Например, он может переключиться на работу от батареи, если:

- частота сети находится вне диапазона допустимых значений; отклонение мгновенного значения входного напряжения от идеальной синусоиды, имеющей номинальное напряжение, превышает 80 В;

- фазовый сдвиг между синусоидами (идеальной и реальной) превышает 2.5 градуса;

- имеется комбинация отклонения мгновенного значения напряжения и фазового сдвига, если значение выражения {(0.4 х фазовый сдвиг в градусах) + (0.025 х отклонение напряжения в процентах от номинала)} превышает единицу;

- действующее значение напряжения сети вышло за пределы программно установленного диапазона входных;

- мгновенное значение напряжения отклонилось от мгновенного напряжения идеальной синусоиды, хранящейся в памяти ИБП, на величину больше допустимой;

- действующее значение напряжения стало меньше или больше допустимого;

- в сети появился импульс, не погашенный до конца фильтром импульсов.

Перечень условий переключения на работу от батареи для одного из самых распространенных в России ИБП, взаимодействующих с сетью. ИБП переключается на работу от батареи, если:

- отклонение мгновенного значения входного напряжения от идеальной синусоиды, имеющей номинальное напряжение, превышает 80 В;

- фазовый сдвиг между синусоидами (идеальной и реальной) превышает 2.5 градуса;

- имеется комбинация отклонения мгновенного значения напряжения и фазового сдвига, если значение выражения {(0.4 х фазовый сдвиг в градусах) + (0.025 х отклонение напряжения в процентах от номинала)} превышает единицу;

- действующее значение напряжения сети вышло за пределы программно установленного диапазона входных напряжений.

Сравнительные характеристикиBack-UPS и Smart-UPS

Свойство Back-UPS Smart-UPS
Форма выходного

напряжения

Напряжение в виде прямоугольников с паузами Синусоидальное напряжение (для моделей мощностью 700 ВА и более)
Реакция на уменьшение напряжения Не реагирует При увеличении напряжения выше 257 вольт ИБП понижает напряжение на 12%, переключаясь на другой отвод автотрансформатора. При дальнейшем увеличении напряжения выше 280 вольт ИБП переключается на работу от батареи
Переключение на работу от батареи и обратно Несмотря на хорошую синхронизацию инвертора с сетью, при переключении возникает ступенчатое изменение напряжения, которое не всегда может быть полностью погашено блоком питания компьютера или другого, подключенного к ИБП устройства Переключение сеть-батарея происходит более гладко. Возникающий провал напряжения как правило гасится блоком питания компьютера, и на материнскую плату подается постоянное напряжение без импульсов. Переключение батарея-сеть происходит практически незаметно
Возможности программной настройки Отсуствуют Настраиваются пределы переключения, задержки включения и выключения и т.д.
Автоматическое тестирование Отсуствует При каждом включении или каждые 7 (или 14) суток при непрерывной работе
Надежность ИБП Высокая Надежен, чувствителен (иногда излишне) к фазовым и частотным искажениям напряжения
Надежность компьютерной системы, подключенной к ИБП При использовании ИБП повышается за счет возможности работы во время отключений напряжения Позволяет создать более надежную компьютерную систему за счет принудительного тестирования ИБП, чувствительности ИБП к малейшим искажениям напряжения. В плохих электрических сетях часто переходит на работу от батареи (защищая при этом оборудование) и разряжает ее
Взаимодествие с компьютером Базовые функции – подает сигналы о переключении на работу от батареи, разряде батареи, принимает сигнал на отключение ИБП. Регистрирует основные события в электрической сети на диске компьютера Кроме базовых функций, имеет массу дополнительных: включение и выключение по расписанию, регистрация напряжения в электрической сети и т.д.
Защита оборудования Защищает оборудование от потери данных при отключении или значительном кратковременном уменьшении напряжения Кроме функций Back-UPS защищает компьютер от выхода из строя при значительном повышении напряжения. Блок питания компьютера защищается от перегрузки при низких напряжениях и от части импульсных нагрузок
Назначение Для защиты отдельных недорогих компьютеров, потеря данных или выход из строя которых не приводят к критическим для пользователя последствиям Для защиты более дорогих (примерно до 5000 долларов) работающих отдельно компьютеров или недорогих файловых серверов, работающих в условиях хорошей электрической сети
Применение в очень плохих электрических сетях Не рекомендуется Не рекомендуется

<< | >>
Источник: Левашов Ю.А., Белоус И.А.. ЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Левашов, И.А. Белоус. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2016. - 205 с.. 2016
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме 6.3. ИБП взаимодействующий с сетью (line-interactiveUPS):

  1. Феррорезонансный ИБП (Ferroresonant UPS)
  2. 6.2. ИБП резервного типа
  3. ВАША ЛИЧНАЯ СВЯЗЬ С КОСМИЧЕСКОЙ СЕТЬЮ
  4. 6.4. ИБП с двойным преобразованием энергии (Double Conversion UPS)
  5. Тема 6. Социальные взаимодействия
  6. Социальные взаимодействия
  7. Взаимодействие
  8. Любая коммуникация является взаимодействием.
  9. 2.1 Взаимодействие человека и организации
  10. 19. Взаимодействие права и экономики