Как я делал линейно-интерактивный ИБП. Часть 3 / Хабр
В третьей части нашего цикла рассмотрим работу инвертора ИБП с модифицированным синусом. Всех заинтересованных прошу под кат.Часть 1
Часть 2
Часть 3
Силовая часть инвертора
Построена по мостовой схеме на четырёх MOSFET IRF3808, которые управляются классическими драйверами IR2110. Работы с этими драйверами очень хорошо описана в этой статье.
Для организации токовой защиты силовых транзисторов используются недорогие и крайне удобные усилители IR25750L. Они позволяют проводить измерение тока без использования дополнительных датчиков. Микросхема измеряет падение напряжения на сопротивлении открытого канала MOSFET транзистора. Стандартная схема включения показана ниже:
Выходы усилителей (CS) заведены на компаратор, а выход компаратора поступает на RS-триггер, который в свою очередь выключает драйверы силовых транзисторов.
Таким образом реализуется триггерная защита. Она полностью аппаратная, что повышает общую надёжность всего устройства.
Очень хорошо об организации аппаратной защиты описано вот в этой статье.
Самое интересное кроется в деталях управлении силовыми ключами. В большинстве источников описывается метод поочерёдного открытия пар транзисторов в диагоналях моста. В нашем случае — VT1, VT4 и VT2, VT3. Паузами между ними мы регулируем выходное напряжение.
Только вот при выключении ключей (то есть во время паузы) происходит некоторый колебательный процесс (по всей видимости за счёт обратной ЭДС), из-за которого выходное напряжение тоже портит форму:
Вроде мелочь, но это легко устранить. Для этого в паузах следует выключать верхние ключи (VT1, VT2) и при этом включать нижние (VT3, VT4), которые как раз и будут обратную ЭДС гасить.
Указание на эту особенность я лично нашёл только в книге Е.А. Москатова «Силовая электроника. Теория и конструирование», 2013 г. Там, кстати, много интересных схем рассмотрено. Рекомендую всем почитать.
Управление силовыми ключами осуществляется в прерывании по таймеру.
Каких-либо особенностей тут нет. Регулирование выходного напряжения осуществляется скважностью управляющих импульсов.
А вот дальше пошли уже очень важные нюансы. Практика показала, что для нормальной работы инвертора в течение 5-7 минут (максимальное время работы ИБП при номинальной нагрузке) достаточно мощности трансформатора, равной 1/3 номинальной мощности ИБП. То есть для ИБП мощностью в 1000 ВА (600 Вт) достаточно мощности трансформатора в 200 Вт. При этом максимальный нагрев обмоток будет составлять около 100 C, нагрев сердечника — около 60C.
Чтобы управлять трансформатором в таком форсированном режиме требуется вкачивать большой ток, в связи с чем низковольтная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на напряжение ниже напряжения аккумулятора. Для вышеприведённого примера ИБП мощностью 600 Вт требуется аккумулятор на 24 В и трансформатор с низковольтной обмоткой на 12 В:
В реальных испытаниях при работе инвертора на номинальной нагрузке ток потребления от аккумулятора составил порядка 30-35 А.
И здесь возникает интересный момент. При питании от сети трансформатор ИБП работает как бы наоборот — в «понижающем режиме». В результате на его вторичной обмотке будет напряжение 12 В, явно недостаточное для зарядки аккумулятора. Для решения этой «проблемы» нам необходимо напряжение поднять. А как это можно сделать? Ответ: при помощи Step-up преобразователя. Но не вводить же нам лишние электронные компоненты и, тем более, моточные изделия типа дросселей! Правильно! Это всё не требуется, ведь у нас уже есть дроссель в виде всё того же трансформатора ИБП.
Посмотрим вот на эту схему:
DR — это низковольтная обмотка трансформатора. На ней имеется напряжение 12В, которое формируется за счёт трансформации входного сетевого напряжения.
VT2 — верхний ключ. От него используем только паразитный диод.
Если на VT4 подать ШИМ, то на что это будет похоже? Правильно — на классический Step-up.
Управляя скважностью сигналов, подаваемых на затвор транзистора, можно управлять величиной зарядного напряжения.
В реальной схеме ШИМ подаётся на оба нижних транзистора одновременно. Из-за того, что на обмотке DR напряжение переменное, работает та или иная пара «транзистор-диод»: VT4, VT2 или VT3, VT1.
Вот таким незамысловатым образом мы оставили в сехем всего одно моточное изделие — силовой трансформатор. О его расчёте и конструкции мы поговорим в следующей статье нашего цикла.
Радиосхемы. — Самодельный бесперебойник
Самодельные источники питания
материалы в категории
Вся радиоэлектронная техника требует электропитания, и чаще всего мы используем сеть промышленного тока 220V, 50 Гц.
Но иногда могут возникнуть «форс-мажорные» ситуации когда электричество вдруг внезапно «вырубили». Если внезапное отключение электроэнергии для бытовой аппаратуры не сильно страшно, то для, к примеру, компьютеров это может привести к необратимым последствиям: недоустановленные программы, потеря информации и так далее.
Если в крупных городах с электропитанием все более-менее стабильно, но вот в сельской местности это довольно частое явление.
Чтобы избежать досадных недоразумений связанных с внезапным отключением электроэнергии многие производители рекомендуют пользоваться источниками бесперебойного питания (или как их просто называют бесперебойники). Они, конечно-же выпускаются промышленностью, но такой источник можно собрать самостоятельно.
Кроме обеспечения защиты в случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания может пригодится и в «полевых» условиях, когда возникнет необходимость получить 220 Вольт от аккумулятора 12 Вольт.
У нас на сайте уже была рассмотрена подобная схема, позволяющая получить 220 Вольт из 12-ти, вот она, здесь-же представлена очередная схема, взятая из журнала Радиолюбитель, №2, 1999 год.
Самодельный источник бесперебойного питания схема
Источник бесперебойного питания обеспечивает:
— в прямом режиме преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В/50 Гц при максимальном потребляемом токе не более 6 А.
Выходная мощность -до 220 Вт (1 А):
— обратный режим (режим заряда аккумулятора). При этом ток заряда — до 6 А; .
— быстрое переключение из прямого в обратный режим.
Схема ИБП приведена на рисунке. На элементах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 выполнен тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой около 50 Гц. Он, в свою очередь, управляет работой транзисторов VT1, VT6, в коллекторные цепи которых включены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1. Диоды VD2, VD3 — элементы защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме и выпрямители в обратном режиме. Элементы С1, С2, L1 образуют сетевой фильтр, VD1, СЗ, С4 — фильтр тактового генератора. Рассмотрим, как работает схема в обоих режимах.
Прямой режим (=12 В / -220 В). Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.
Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А (220 Вт).
Обратный режим (-220 В / =12 В). Для работы в обратном режиме необходимо сетевой шкур подключить к разъему ХР1 и подать на него -220 В. После этого переключается тумблер SB1. При этом сетевое напряжение попадает на первичную обмотку трансформатора Т1, а тактовый генератор отключается. Благодаря этому на вторичных обмотках Т1 получаются два переменных напряжения 10В, которые выпрямляются диодами VD2, VD3. Индикатором нормальной работы в обратном режиме является свечение светодиода VD5. Кипение в банках аккумулятора GB1 свидетельствует о процессе его зарядки.
Детали и конструкция, Т1 — любой трансформатор, обеспечивающий два напряжения 10В при Токе до 10 А. Лучше всего использовать сердечники типа ШЛ и ПЛ, которые легче разбираются. Катушка L1 выполнена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ и содержит две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,5.
..0,71 мм.
Автор: А.ЧАСТОВ, рыбхоз «Полесье,»Брестской обл.
Обсудить на форуме
РЕМОНТ БЕСПЕРЕБОЙНИКА
Источник бесперебойного питания довольно сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь 12В в сетевое 220В, и зарядное устройство выполняющее обратную функцию: 220В на 12В для подзарядки аккумулятора. В большинстве случаев ремонт бесперебойника очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — конечно всегда есть шанс на халяву в виде сгоревшего предохранителя:)
Прежде всего меряем напряжение на аккумуляторной гелевой батарее. Для функционирования бесперебойника но должно быть в пределах 10-14В. Вольтаж в норме, так что проблема с аккумулятором отпадает. Бесперебойник начал трещать и жужжать, но на выходе 220В по прежнему не наблюдается.
Продолжаем внимательный осмотр печатной платы.
Форум по ремонту бесперебойников
| Программное обеспечение ViewPower Management | |||||||
ViewPowerHTML 1.04-20271 — это расширенное программное обеспечение для управления ИБП. | |||||||
| Обзор функций: • Позволяет контролировать и контролировать несколько ИБП через LAN и ИНТЕРНЕТ • Поддерживает автоматическое и ручное онлайн-обновление • Удобный график анализа мощности: статистика событий, экспорт диаграммы данных истории • В реальном времени динамические графики данных ИБП (напряжение, частота, уровень нагрузки, уровень заряда батареи) • Безопасное отключение ОС и защита от потери данных при сбое питания • Предупреждающие уведомления посредством звукового сигнала, широковещательной рассылки, мобильного мессенджера и электронной почты • ИБП по расписанию включение / выключение, проверка батареи, программируемое управление розетками и управление звуковой сигнализацией • Защита паролем и управление удаленным доступом • Поддержка нескольких языков: английский, китайский, французский, немецкий, испанский, русский, португальский, украинский, итальянский, польский, Чешская, Турецкая | |||||||
Загрузите программное обеспечение в соответствии с вашей запрошенной операционной системой в вашей компьютерной системе. Поддерживаемые версии браузеров включают браузер IE (не поддерживает версии старше IE10), Google, Chrome, Firefox ,. Все браузеры должны поддерживать html5. | |||||||
| |||||||
Почему он пищит и что делает?
Если ваш настольный компьютер подключен к неоправданно тяжелой коробке на полу вместо устройства защиты от перенапряжения (также известного как источник бесперебойного питания или ИБП), вот вам хорошие новости: когда в ближайшем будущем отключится электричество, вы защищен от часов разочарования.Если это окно вдруг начало пищать, и вам интересно, почему, значит, вы попали в нужное место — см.
Раздел «Почему он пищит» ниже, чтобы узнать, почему это происходит и что с этим делать.
Что такое ИБП и для чего он нужен?
Источник бесперебойного питания, обеспечивает питание вашего компьютера на короткое время, если он по какой-либо причине пропадает. Для ноутбуков это менее важно, поскольку у них есть собственный внутренний аккумулятор. Но для настольных компьютеров это разница между потерей изменений каждого несохраненного файла, который вы открываете при сбое питания, и наличием нескольких драгоценных минут для сохранения всей этой работы и правильного выключения компьютера. Убедитесь, что ваш компьютер подключен к розетке с батарейным питанием — на многих ИБП есть розетки, которые не питаются от батареи!
A UPS также защищает вас от повреждения компьютера. Все вилки ИБП работают как сетевые фильтры, предотвращая внезапные скачки напряжения, которые могут привести к повреждению или разрушению оборудования вашего компьютера. Кроме того, он защищает от отключений питания или коротких «всплесков».
Сбои в работе не наносят компьютерам огромного ущерба, который они когда-то наносили — компьютерное оборудование и блоки питания созданы более устойчивыми, чем они были раньше.Однако в некоторых случаях отключения могут вызывать повреждение оборудования, включая потерю данных на жестких дисках.
Хотя ваш ИБП — отличный инструмент, он не может творить чудеса! Он может поддерживать работу вашего компьютера во время отключения электроэнергии, но не может предоставить вашему компьютеру доступ в Интернет, если все маршрутизаторы и серверы между вами и Интернетом также не получают питание. Большинство ИБП предназначены для обеспечения работы компьютеров только в течение короткого периода времени, а не для длительного использования.
Почему пищит блок источника бесперебойного питания?
Если вы потеряли питание, он издает звуковой сигнал, сообщая, что батарея разряжена, и вам следует сохранить свою работу и выключить компьютер. Постоянный звуковой сигнал (каждую секунду или две и никогда не прекращающийся) обычно означает, что у ИБП очень низкий заряд батареи, и вам следует немедленно выключить его.
Если потери питания не было, но он все еще периодически издает звуковой сигнал, ваш ИБП сообщает, что самопроверка не прошла.Если вы недавно подключили к нему энергоемкие устройства, сначала отключите их и посмотрите, прекратится ли звуковой сигнал. В противном случае аккумулятор может нуждаться в замене — ИБП сообщает вам, что в случае сбоя питания устройству не хватит мощности для поддержания работоспособности вашего компьютера.
Если вы хотите сохранить свои данные в безопасности в случае отключения электроэнергии, не игнорируйте их и не отключайте от сети! Позвоните своим ИТ-специалистам или отправьте им электронное письмо и сообщите, что им нужно приехать и взглянуть на ваш ИБП.Как и все, что связано с аккумулятором, они периодически нуждаются в замене.
Чтобы узнать больше о том, как WingSwept может помочь вашему бизнесу защитить свои данные и повысить окупаемость инвестиций в технологии, позвоните нам по телефону 919.779.0954 или напишите нам по адресу Team_WingSwept@WingSwept.
com .
Источник бесперебойного питания ▷ Traduction En Français
D’alimentation sans coupure
Настольные компьютеры, 50 мониторов, 13 ноутбуков, 25 сетевых принтеров, 5 серверов, 10 цифровых отправителей, 100 источников бесперебойного питания систем.
Ordinateurs de bureau, 50 écrans, 13 ordinateurs portables, 25 imprimantes réseau, 5 serveurs, 10 émetteurs numériques, 100 systèmes d’alimentation sans coupure .Стандарты сертификации IEEE 587-1980 / ansi c62.41 стандарт 1980 по устойчивости к скачкам напряжения Правила и нормы FCC
части 15, подраздел b, класс A UL, внесенный в список 1778, стандарты для источников бесперебойного питания Оборудование IEC 61000-4-2 (ESD) :. Normes decertification Normes de résistance aux surtensions IEEE 587-1980 / ansi c62.
41 Правила и правила 1980 года Федеральной комиссии по связи США
Système d’alimentation sans coupure
Это делается так быстро, что работа компьютеров и других электронных устройств не нарушается (источник бесперебойного питания или функция ИБП ).
Этот перевод является быстрым, чтобы обеспечить функционирование электронных устройств и других электронных устройств без пертурбации ( системы обслуживания без купюр или функции ИБП).Батареи источников бесперебойного питания
Источник бесперебойного питания (ИБП) является важным средством защиты в медицинских или любых других условиях, где потеря питания может стать критической проблемой. ИБП обеспечивает аварийное питание при отказе основного источника питания.
Важное различие между ИБП и вспомогательной или аварийной системой питания (например, резервным генератором) заключается в том, что она обеспечивает практически мгновенную защиту от прерывания входного питания.Это достигается за счет подачи энергии, хранящейся в батареях или маховике.
Типичные приложения ИБП предназначены для защиты медицинских устройств, компьютеров, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования или другого электрического оборудования, где неожиданное отключение питания может привести к травмам, смертельному исходу, серьезному нарушению работы или потере данных. Фэрбенкс, Аляска, обеспечивает питание всего города и близлежащих сельских населенных пунктов во время отключений.
Предоставляя продукцию высокого качества, Unipower может предложить лучшую гарантию в бизнесе.Мы гарантируем, что все изготовленное оборудование не будет иметь дефектов материалов и изготовления в течение периода до шестнадцати месяцев с даты продажи. Перейдите на нашу страницу гарантии, чтобы увидеть все подробности.
Типы систем бесперебойного питания (ИБП)
Чтобы снизить риск искажения электропитания, систему ИБП часто включают в электрические сети (ИБП означает «источник бесперебойного питания»).
Помехи в электроснабжении могут проявляться в различных формах, таких как провалы и скачки напряжения, гармоники или скачки напряжения. Эти сбои могут нанести серьезный вред чувствительному электрическому оборудованию, особенно на критических этапах обработки или производства операции. Производители электронных источников питания обеспечивают надежный высококачественный поток энергии для чувствительного оборудования с электрическими нагрузками и обычно используются в промышленных приложениях, медицинских учреждениях, аварийном оборудовании, телекоммуникациях и компьютеризированных системах обработки данных.Система ИБП может быть полезным инструментом для обеспечения надлежащей работы источника питания.
Различные типы ИБП
Ниже приведен краткий обзор различных типов доступных ИБП.
Для использования в промышленных / производственных ситуациях, например, на заводах и фабриках.
Используемые в больницах и медицинских центрах, медицинские системы ИБП невероятно важны, поскольку они поддерживают системы жизнеобеспечения и другое критически важное оборудование.
Находящиеся на серверных фермах и сайтах веб-хостинга, а также в телефонных компаниях, компьютерные / коммуникационные ИБП, вероятно, наиболее известны среднему человеку, но они варьируются от тех, которые созданы для домашнего офиса, до тех, которые
Системы ИБПмилиарного класса сертифицированы по качеству в соответствии с сертификатом MIL-SPEC.Они используются в боевых действиях по всему миру.
Как следует из названия, эти системы особенно подходят для работы в условиях высоких температур.
Рабочие характеристики ИБП — Характеристики источника питания
Системы ИБП могут быть необходимы в ситуациях, когда часто происходят колебания или перебои в подаче электроэнергии, поскольку они могут обеспечивать резервную схему питания, которая поддерживает работу жизненно важных систем в случае отключения питания. В условиях, связанных с кратковременными колебаниями или сбоями напряжения, ИБП может поддерживать постоянную мощность, чтобы поддерживать работу нагрузки, а в случае сбоя в электросети он активирует резервное питание для поддержания работы систем до тех пор, пока они не будут безопасно отключены.
Кроме того, эти системы ИБП часто также могут снизить риск, связанный с гармоническими сбоями и переходными процессами в линии. Эффективный ИБП обычно включает в себя несколько из следующих функций:
- Регулируемое выходное напряжение с низким уровнем гармонических искажений, на которое не влияет входное напряжение или изменения нагрузки
- Входной ток с уменьшенным гармоническим искажением
- Низкая степень электромагнитных помех и акустических шумов
- Минимальное время перехода между обычными операциями и операциями резервного копирования
- Высокий уровень надежности и эффективности
- Относительно низкая стоимость, вес и требования к размеру
Хотя большинство отдельных систем электропитания не могут обеспечить все эти функции одновременно, обычно можно найти ИБП с характеристиками, подходящими для нужд приложения.Отдел научной и технической информации Министерства энергетики предоставляет более подробную информацию об измерениях гармоник.
Резервный ИБП
Резервный ИБП, также известный как автономный или сетевой ИБП, обычно состоит из инвертора переменного / постоянного и постоянного / переменного тока, батареи, статического переключателя, фильтра нижних частот для уменьшения частоты коммутации от выходного напряжения и ограничитель перенапряжения. Резервная система работает с переключателем, устанавливающим вход переменного тока в качестве основного источника питания, и чередуя аккумулятор и инвертор в качестве резервных источников в случае сбоя основного питания.Инвертор обычно остается в режиме ожидания, активируясь только при пропадании питания, а безобрывный переключатель автоматически переключает электрическую нагрузку на резервные блоки. Этот тип системы ИБП обеспечивает высокую эффективность, небольшой размер и относительно низкую стоимость, что делает его распространенным вариантом для персональных компьютеров.
Резервный ИБП Ferro
ИБП резервного питания Ferro использует специальный насыщающий трансформатор с несколькими силовыми подключениями.
Первичная мощность течет от входа переменного тока, проходит через трансформатор к выходу.В случае сбоя питания передаточный переключатель активирует инвертор, чтобы подобрать выходную нагрузку. Как и в обычных резервных системах ИБП, инвертор остается в режиме ожидания, но специализированный ферро-трансформатор может обеспечивать некоторую степень регулирования напряжения и контроля формы выходного сигнала. Резервные ферро-системы полезны благодаря своей надежности и характеристикам фильтрации линии, однако их эффективность снижается при подключении к определенным типам генераторов или компьютеров, а сам ферро-трансформатор несет в себе риск искажения напряжения и перегрева.
Линейно-интерактивный ИБП
В линейно-интерактивном дизайне аккумулятор и инвертор переменного тока постоянно подключены к выходу ИБП, а аккумулятор можно заряжать, вращая инвертор в обратном направлении, когда мощность переменного тока установлена на нормальном уровне. В случае сбоя питания безобрывный переключатель может переключить электрический поток от батареи на выход системы.
Поскольку инвертор постоянно подключен к выходу, ИБП обеспечивает дополнительную фильтрацию и снижает риск переходных процессов переключения.Трансформатор с переключением ответвлений иногда включается в линейный интерактивный ИБП, и это позволяет ему обеспечивать регулирование напряжения, предотвращающее преждевременное переключение ИБП на питание от батареи. Высокий уровень эффективности и надежности линейно-интерактивного дизайна, а также его относительно небольшой размер и низкая стоимость делают его хорошо подходящим для ряда приложений бесперебойного питания.
Двойное преобразование
Системы ИБП с двойным преобразованием обычно используются для приложений с более высоким напряжением, и они имеют конфигурацию, аналогичную конфигурациям резервных блоков, но с основным трактом питания, ориентированным на инвертор, а не на сеть переменного тока.Этот тип системы ИБП практически не требует времени для переключения между режимами, поскольку сбой входного переменного тока не приводит к срабатыванию переключателя.
Вместо этого входной переменный ток заряжает резервную батарею, которая, в свою очередь, питает выходной инвертор. Такая конфигурация обеспечивает высокоэффективную электрическую мощность, но может вызывать длительный износ компонентов и иногда мешать силовой проводке или резервным генераторам.
ИБП с дельта-преобразованием
Дельта-преобразование — относительно недавнее дополнение к индустрии источников бесперебойного питания, которое было введено для устранения некоторых недостатков, присущих системам двойного преобразования.Как и конструкция с двойным преобразованием, ИБП с дельта-преобразованием имеет инвертор, непрерывно подающий напряжение нагрузки, однако он также подает питание на выход инвертора. В случае сбоя питания или электрических искажений этот ИБП действует аналогично блоку двойного преобразования, но обеспечивает более эффективную энергоэффективность за счет преобразования мощности от входа к выходу, а не переключения между источником питания и батареями.
Он более совместим с системами генератора и вызывает меньший нагрев и износ компонентов.
Прочие электрические изделия
Прочие «виды» статей
Больше от компании Electric & Power Generation
определение uninterruptible_power_supply и синонимы слова uninterruptible_power_supply (английский)
| Небольшой отдельно стоящий ИБП. Устройство на фото имеет вход IEC 60320 C14 и три выхода C13. | ||
Электрики устанавливают ИБП в масштабе центра обработки данных
Источник бесперебойного питания , также источник бесперебойного питания , ИБП или резервный аккумулятор / маховик , представляет собой электрическое устройство, которое обеспечивает аварийное питание нагрузки при выходе из строя входного источника питания, обычно от сети.ИБП отличается от вспомогательной или аварийной системы питания или резервного генератора тем, что он обеспечивает почти мгновенную защиту от перебоев в подаче питания за счет подачи энергии, накопленной в батареях или маховике.
Время работы от аккумулятора большинства источников бесперебойного питания относительно невелико (всего несколько минут), но его достаточно для запуска резервного источника питания или надлежащего отключения защищаемого оборудования.
ИБП обычно используется для защиты компьютеров, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования или другого электрического оборудования, где неожиданное отключение питания может привести к травмам, смертельному исходу, серьезному нарушению работы или потере данных.Блоки ИБП различаются по размеру от блоков, предназначенных для защиты одного компьютера без видеомонитора (около 200 ВА), до больших блоков, питающих целые центры обработки данных или здания.
Общие проблемы с питанием
Основная роль любого ИБП — обеспечивать кратковременное питание при выходе из строя входного источника питания. Тем не менее, большинство ИБП также способны в той или иной степени исправлять общие проблемы с электроснабжением:
- Скачок или длительное перенапряжение
- кратковременное или продолжительное снижение входного напряжения.
- Шум, определяемый как высокочастотный переходный процесс или колебание, обычно вводимый в линию ближайшим оборудованием.
- Нестабильность частоты сети.
- Гармоническое искажение: определяется как отклонение от идеальной синусоидальной формы волны, ожидаемой на линии.
делятся на категории в зависимости от того, какие из вышеперечисленных проблем они решают. [ сомнительно — обсудить ] , и некоторые производители классифицируют свои продукты в соответствии с количеством решаемых ими проблем, связанных с питанием. [1]
Технологии
Общие категории современных систем ИБП: on-line , line-interactive или standby . [2] Сетевой ИБП использует метод «двойного преобразования»: принимает входной переменный ток, выпрямляется в постоянный ток для прохождения через аккумулятор (или комплекты батарей), а затем обратно в 120/230 В переменного тока для питания защищенное оборудование.
Линейно-интерактивный ИБП поддерживает инвертор в рабочем состоянии и перенаправляет путь постоянного тока батареи из нормального режима зарядки к подаче тока при потере питания.В резервной («автономной») системе нагрузка питается напрямую от входной мощности, а схема резервного питания активируется только при отключении сетевого питания. Большинство ИБП ниже 1 кВА относятся к линейно-интерактивным или резервным, которые обычно дешевле.
Для больших блоков питания иногда используются динамические источники бесперебойного питания. Синхронный двигатель / генератор переменного тока подключается к сети через дроссель. Энергия хранится в маховике. При пропадании сетевого питания вихретоковый регулятор поддерживает мощность нагрузки до тех пор, пока не исчерпывается энергия маховика.DUPS иногда комбинируются или объединяются с дизельным генератором, который включается после короткой задержки, образуя дизельный роторный источник бесперебойного питания (DRUPS).
ИБП на топливных элементах был разработан в последние годы с использованием водорода и топливных элементов в качестве источника энергии, что потенциально обеспечивает длительное время работы в небольшом пространстве.
Автономный / резервный
Автономный / резервный ИБП. Типичное время защиты: 0–20 минут. Расширение емкости: Обычно не доступно
Автономный / резервный ИБП (SPS) предлагает только самые основные функции, обеспечивая защиту от перенапряжения и резервное питание от батареи.Защищаемое оборудование обычно подключается непосредственно к входящей электросети. Когда входящее напряжение падает ниже заданного уровня, SPS включает свою внутреннюю схему инвертора постоянного и переменного тока, которая питается от внутренней аккумуляторной батареи. Затем SPS механически включает подключенное оборудование на свой инвертор постоянного и переменного тока. Время переключения может достигать 25 миллисекунд, в зависимости от количества времени, которое требуется резервному ИБП для обнаружения потери напряжения в электросети. ИБП предназначен для питания определенного оборудования, такого как персональный компьютер, без каких-либо нежелательных провалов или сбоев в работе этого устройства.
Линейно-интерактивный
Линейно-интерактивный ИБП. Типичное время защиты: 5–30 минут. Расширение производственных мощностей: несколько часов
Линейно-интерактивный ИБП по принципу действия аналогичен резервному ИБП, но с добавлением многоотводного автотрансформатора переменного напряжения. Это особый тип трансформатора, который может добавлять или убирать катушки с проводом, тем самым увеличивая или уменьшая магнитное поле и выходное напряжение трансформатора.
Этот тип ИБП может выдерживать постоянные отключения из-за пониженного напряжения и скачки перенапряжения без потребления ограниченной мощности резервной батареи.Вместо этого он компенсирует это путем автоматического выбора различных ответвлений мощности на автотрансформаторе. В зависимости от конструкции, изменение ответвления автотрансформатора может вызвать очень кратковременное отключение выходной мощности, [3] , что может вызвать кратковременное «щебетание» ИБП, оборудованных сигнализацией потери мощности.
Это стало популярным даже в самых дешевых ИБП, поскольку в нем используются уже включенные компоненты. Основной трансформатор 50/60 Гц, используемый для преобразования между линейным напряжением и напряжением батареи, должен обеспечивать два немного разных отношения витка: один для преобразования выходного напряжения батареи (обычно кратного 12 В) в линейное напряжение, а второй — для преобразования линейное напряжение к немного более высокому напряжению зарядки аккумулятора (например, кратному 14 В) [требуется уточнение ] .Кроме того, легче выполнить переключение на стороне сетевого напряжения трансформатора из-за более низких токов на этой стороне.
Чтобы получить функцию понижающего / повышающего напряжения , все, что требуется, — это два отдельных переключателя, так что вход переменного тока может быть подключен к одному из двух отводов первичной обмотки, а нагрузка подключена к другому, таким образом, используя первичную обмотку главного трансформатора.
обмотки в качестве автотрансформатора. Аккумулятор все еще может заряжаться при «понижении» повышенного напряжения, но при «повышении» пониженного напряжения выход трансформатора слишком низкий для зарядки аккумуляторов.
могут быть спроектированы так, чтобы покрывать широкий диапазон изменяющихся входных напряжений, но это требует большего количества ответвлений и увеличивает сложность и стоимость ИБП. Обычно автотрансформатор покрывает диапазон только от 90 В до 140 В для мощности 120 В, а затем переключается на аккумулятор, если напряжение становится намного выше или ниже этого диапазона.
В условиях низкого напряжения ИБП будет потреблять больше тока, чем обычно, поэтому ему может потребоваться более сильная токовая цепь, чем обычное устройство.Например, для питания устройства мощностью 1000 Вт при напряжении 120 вольт ИБП потребляет 8,33 ампера. Если произойдет отключение питания и напряжение упадет до 100 вольт, ИБП потребляет 10 ампер для компенсации.
Это также работает в обратном порядке, так что в условиях перенапряжения ИБП будет потреблять меньший ток.
Онлайн / Двойное преобразование
Онлайн-ИБП идеально подходит для сред, где необходима электрическая изоляция, или для оборудования, которое очень чувствительно к колебаниям напряжения. Хотя раньше он использовался только для очень больших установок мощностью 10 кВт и более, достижения в области технологий позволили ему стать обычным потребительским устройством мощностью 500 Вт или менее.Первоначальная стоимость онлайн-ИБП может быть немного выше, но общая стоимость владения, как правило, ниже из-за более длительного срока службы батареи. Интерактивный ИБП может потребоваться в случае «шумной» энергосистемы, частых провалов в электроснабжении, перебоев в электроснабжении и других аномалий, когда требуется защита чувствительных нагрузок ИТ-оборудования или когда необходима работа от резервного генератора длительного режима.
Базовая технология онлайн-ИБП такая же, как у резервного или линейно-интерактивного ИБП.
Однако, как правило, он стоит намного дороже из-за того, что он имеет гораздо больший ток зарядного устройства / выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный, а выпрямитель и инвертор предназначены для непрерывной работы с улучшенными системами охлаждения. Он называется ИБП с двойным преобразованием из-за того, что выпрямитель напрямую управляет инвертором, даже при питании от нормального переменного тока.
В онлайн-ИБП батареи всегда подключены к инвертору, поэтому переключатели мощности не требуются. Когда происходит потеря мощности, выпрямитель просто выпадает из цепи, и батареи поддерживают стабильную и неизменную мощность.Когда питание восстанавливается, выпрямитель возобновляет работу с большей частью нагрузки и начинает заряжать батареи, хотя зарядный ток может быть ограничен, чтобы предотвратить перегрев аккумуляторов мощным выпрямителем и выкипание электролита.
Основным преимуществом ИБП, подключенного к сети, является его способность обеспечивать электрический брандмауэр между входящей сетью питания и чувствительным электронным оборудованием.
Гибридная топология / двойное преобразование по запросу
Эти гибридные конструкции не имеют официального обозначения, хотя одно название, используемое HP и Eaton, является двойным преобразованием по запросу. [4] Этот тип ИБП предназначен для приложений с высоким КПД, сохраняя при этом функции и уровень защиты, обеспечиваемые двойным преобразованием.
Гибридный ИБП (двойное преобразование по требованию) работает как автономный / резервный ИБП, когда условия питания находятся в пределах определенного предустановленного диапазона. Это позволяет ИБП достигать очень высоких показателей эффективности. Когда условия электропитания выходят за пределы предопределенных окон, ИБП переключается в режим онлайн / двойное преобразование. [4] В режиме двойного преобразования ИБП может регулировать колебания напряжения без использования энергии батареи, может фильтровать линейный шум и регулировать частоту. Примерами такой конструкции ИБП с гибридным / двойным преобразованием по требованию являются HP R8000, HP R12000, HP RP12000 / 3 и Eaton BladeUPS.
Феррорезонанс
| Типичное время защиты: |
| 5–15 минут |
| Расширение емкости: |
| Несколько часов |
Феррорезонансные блоки работают так же, как резервные ИБП; однако они подключены к сети, за исключением того, что для фильтрации выхода используется феррорезонансный трансформатор.Этот трансформатор предназначен для удержания энергии достаточно долго, чтобы покрыть время между переключением с сети на питание от батареи, и эффективно исключает время переключения. Многие феррорезонансные ИБП имеют КПД 82–88% (AC / DC-AC) и обеспечивают отличную изоляцию.
Трансформатор имеет три обмотки: одна для питания от обычной сети, вторая для питания от выпрямленной батареи и третья для выходной мощности переменного тока на нагрузке.
Когда-то этот тип ИБП был преобладающим и его мощность ограничивалась диапазоном около 150 кВА.Эти блоки до сих пор в основном используются в некоторых промышленных условиях (нефтегазовая, нефтехимическая, химическая, коммунальная и тяжелая промышленность) из-за прочной природы ИБП.
Многие феррорезонансные ИБП, использующие технологию управляемого ферро, могут не взаимодействовать с оборудованием коррекции коэффициента мощности. [ требуется дальнейшее объяснение ]
Питание постоянного тока
| Типичное время защиты: |
| Несколько часов |
| Расширение емкости: |
| да |
ИБП, предназначенный для питания оборудования постоянного тока, очень похож на онлайн-ИБП, за исключением того, что ему не нужен выходной инвертор, и часто для устройства с питанием не требуется источник питания.Вместо того, чтобы преобразовывать переменный ток в постоянный для зарядки аккумуляторов, затем из постоянного в переменный для питания внешнего устройства, а затем обратно в постоянный ток внутри питаемого устройства, некоторое оборудование принимает постоянный ток напрямую и позволяет исключить один или несколько шагов преобразования. Это оборудование более известно как выпрямитель.
Многие системы, используемые в телекоммуникациях, используют питание 48 В постоянного тока, поскольку они имеют менее строгие правила безопасности, такие как установка в кабелепроводе и распределительных коробках. Постоянный ток обычно был доминирующим источником питания для телекоммуникаций, а переменный ток обычно был основным источником энергии для компьютеров и серверов.
Было много экспериментов с питанием 48 В постоянного тока для компьютерных серверов в надежде снизить вероятность сбоя и стоимость оборудования. Однако для обеспечения того же количества мощности ток должен быть больше, чем эквивалентная цепь 120 В или 230 В; больший ток требует больших проводников или больше энергии теряется в виде тепла.
Высоковольтный постоянный ток (380 В) находит применение в некоторых приложениях центров обработки данных и позволяет использовать малые силовые проводники, но на него распространяются более сложные правила электрических норм для безопасного удержания высокого напряжения. [5]
Большинство импульсных источников питания (SMPS) для ПК могут работать напрямую с напряжением 325 В постоянного тока (сетевое напряжение 230 В × √2), потому что первое, что они делают со входом переменного тока, — это его исправление. Это действительно вызывает несбалансированный нагрев во входном каскаде выпрямителя, поскольку полная нагрузка проходит только через половину, но в целом это не является серьезной проблемой. (Источники питания с переключателем 115/230 В работают как удвоитель напряжения, когда в положении 115 В [ необходима ссылка ] , для которого требуется питание переменного тока, но конфигурация удвоителя напряжения также использует только половину выпрямителя, поэтому он наверняка сможет справиться с дисбалансом при работе от постоянного тока в положении 230 В.)
Rotary DRUPS (дизельный роторный UPS)
| Типичное время защиты: |
| 20–60 секунд |
| Расширение емкости: |
| Несколько секунд |
Роторный ИБП использует инерцию вращающегося маховика большой массы (накопитель энергии маховика) для обеспечения кратковременного включения в случае потери мощности. Маховик также действует как буфер против скачков и провалов мощности, поскольку такие кратковременные события мощности не могут заметно повлиять на скорость вращения маховика большой массы.Это также одна из старейших разработок, предшествовавших электронным лампам и интегральным схемам.
Можно считать, что это номер в строке , так как при нормальных условиях он вращается непрерывно. Однако, в отличие от ИБП на аккумуляторных батареях, системы ИБП с маховиком обычно обеспечивают защиту от 10 до 20 секунд до того, как маховик замедлится и выходная мощность прекратится. Он традиционно используется в сочетании с резервными дизельными генераторами, обеспечивая резервное питание только в течение короткого периода времени, необходимого двигателю для запуска и стабилизации его мощности.
Роторный ИБП обычно предназначен для приложений, требующих защиты более 10 000 Вт, чтобы оправдать затраты и получить выгоду от преимуществ роторных ИБП. Более крупный маховик или несколько маховиков, работающих параллельно, увеличивают резервное время работы или мощность.
Поскольку маховики являются механическим источником энергии, нет необходимости использовать электродвигатель или генератор в качестве промежуточного звена между ним и дизельным двигателем, предназначенным для обеспечения аварийного питания.При использовании коробки передач инерция вращения маховика может использоваться для непосредственного запуска дизельного двигателя, а после запуска дизельный двигатель может использоваться для непосредственного вращения маховика. Аналогичным образом несколько маховиков могут быть соединены параллельно через механические промежуточные валы без необходимости использования отдельных двигателей и генераторов для каждого маховика.
Обычно они предназначены для обеспечения очень высокого выходного тока по сравнению с чисто электронными ИБП и могут лучше обеспечивать пусковой ток для индуктивных нагрузок, таких как запуск двигателя или нагрузки компрессора, а также для медицинского оборудования МРТ и катетеризационной лаборатории.Он также способен выдерживать условия короткого замыкания, которые в 17 раз превышают токи электронного ИБП, что позволяет одному устройству перегореть предохранитель и выйти из строя, в то время как другие устройства по-прежнему будут получать питание от роторного ИБП.
Его жизненный цикл обычно намного больше, чем у чисто электронного ИБП, до 30 лет и более. Но они действительно требуют периодического простоя для механического обслуживания, такого как замена шариковых подшипников. В более крупных системах резервирование системы обеспечивает доступность процессов во время этого обслуживания.Конструкции на основе батарей не требуют простоя, если батареи можно заменять в горячем режиме, что обычно имеет место для более крупных устройств. В более новых роторных агрегатах используются такие технологии, как магнитные подшипники и корпуса с воздушным вакуумированием, чтобы повысить эффективность работы в режиме ожидания и сократить объем технического обслуживания до очень низких уровней.
Обычно маховик большой массы используется в сочетании с системой двигатель-генератор. Эти блоки могут быть сконфигурированы как: [6]
- Двигатель, приводящий в действие генератор с механическим соединением,
- Комбинированный синхронный двигатель и генератор с чередующимися пазами одного ротора и статора,
- Гибридный роторный ИБП, разработанный аналогично сетевому ИБП, за исключением того, что в нем вместо батарей используется маховик.Выпрямитель приводит в движение двигатель, вращающий маховик, а генератор использует маховик для питания инвертора.
В корпусе № 3 двигатель-генератор может быть синхронным / синхронным или индукционным / синхронным. Сторона двигателя блока в корпусах №№ 2 и 3 может приводиться в действие напрямую от источника питания переменного тока (обычно при байпасе инвертора), 6-ступенчатого привода двигателя с двойным преобразованием или 6-пульсного инвертора. В случае № 1 в качестве источника кратковременной энергии вместо батарей используется встроенный маховик, чтобы дать время внешним генераторам с электрической связью для запуска и перевода в оперативный режим.В случаях № 2 и 3 в качестве кратковременного источника энергии можно использовать батареи или отдельно стоящий маховик с электрической связью.
Приложения
N + 1
В крупных бизнес-средах, где надежность имеет большое значение, один огромный ИБП также может стать единственной точкой отказа, которая может нарушить работу многих других систем. Для обеспечения большей надежности несколько меньших модулей ИБП и батарей можно объединить вместе, чтобы обеспечить защиту с резервированием по питанию, эквивалентную одному очень большому ИБП.«N + 1» означает, что если нагрузку могут обеспечить N модулей, установка будет содержать N + 1 модуль. Таким образом, отказ одного модуля не повлияет на работу системы. [7]
Множественное резервирование
Многие компьютерные серверы предлагают возможность резервирования источников питания, так что в случае выхода из строя одного источника питания, один или несколько других источников питания могут питать нагрузку. Это критический момент — каждый блок питания должен самостоятельно обеспечивать питание всего сервера.
Избыточность дополнительно увеличивается за счет подключения каждого источника питания к другой цепи (то есть к другому автоматическому выключателю).
Резервную защиту можно еще больше расширить, подключив каждый блок питания к собственному ИБП. Это обеспечивает двойную защиту как от сбоя источника питания, так и от сбоя ИБП, что гарантирует непрерывную работу. Эта конфигурация также называется резервированием 1 + 1 или 2N. Если бюджет не позволяет установить два идентичных блока ИБП, то обычно подключают один блок питания к сети, а другой — к ИБП. [8]
Для использования вне помещений
Когда система ИБП размещается на открытом воздухе, она должна обладать некоторыми особенностями, которые гарантируют, что она может выдерживать погодные условия, не влияя на производительность. Производитель должен учитывать такие факторы, как температура, влажность, дождь и снег, а также другие факторы при проектировании системы ИБП для установки вне помещений. Диапазон рабочих температур для наружных систем ИБП может составлять от -40 ° C до +55 ° C.
Системы ИБПдля установки вне помещений могут быть установлены на столб, заземление (пьедестал) или хост.Наружная среда может означать очень холодный, и в этом случае наружная система ИБП должна включать нагревательный коврик для батареи, или сильную жару, и в этом случае наружная система ИБП должна включать в себя систему вентилятора или систему кондиционирования воздуха.
Внутренние системы
Системы ИБПмогут быть спроектированы для размещения внутри корпуса компьютера. Есть два типа внутренних ИБП. Первый тип — это миниатюрный обычный ИБП, который достаточно мал, чтобы поместиться в отсек для 5,25-дюймового слота CD-ROM в корпусе обычного компьютера.Другой тип — это модернизированные импульсные блоки питания, в которых в качестве входов используются двойные источники питания переменного или постоянного тока, а также встроенные блоки управления переключением.
Стандарты машин
Эффективность измерения
Способы измерения КПД на рынке ИБП сильно различаются, и этому есть ряд причин. Многие производители ИБП заявляют о высочайшем уровне эффективности, часто используя разные наборы критериев для достижения этих показателей. Можно утверждать, что промышленная норма составляет от 93% до 96%, когда ИБП находится в полном рабочем режиме, и для достижения этих цифр компании часто используют идеальный сценарий для своих ИБП.Показатели КПД на месте часто намного ближе к отметке 90% из-за различных условий питания. В реальности идеального сценария никогда не будет из-за продолжающихся просадок напряжения в сети и снижения эффективности батарей ИБП.
Гарантия
Гарантия на источники бесперебойного питания за последние пару лет изменилась, часто в зависимости от того, является ли машина однофазной или трехфазной. Немногие компании конкурируют по гарантии, уделяя основное внимание контрактам на эффективность и техническое обслуживание.Стандартная гарантия производителя составляет от 1 до 2 лет и может быть ограничена определенными аспектами машины, часто исключая более дорогие элементы, такие как замена батареи. Сосредоточившись на одном рынке, компании, поставляющие трехфазные, однако, теперь предлагают более длительные гарантии с нормой ближе к 2 годам, чем к одному году.
Трудности при использовании генератора
Колебания частоты
Напряжение и частота мощности, вырабатываемой генератором, зависят от частоты вращения двигателя.Скорость контролируется системой, называемой губернатором. Некоторые регуляторы механические, а некоторые электронные. Задача регулятора — поддерживать постоянное напряжение и частоту при изменении нагрузки на генератор. Это может создать проблему, когда, например, пусковой выброс лифта может вызвать короткие «скачки» частоты генератора или выходного напряжения, тем самым влияя на все другие устройства, питаемые от генератора. Многие станции радиопередачи будут иметь резервные дизель-генераторы — в случае радиопередатчиков с амплитудной модуляцией (AM) нагрузка передатчиков изменяется в соответствии с уровнем сигнала.Это приводит к сценарию, когда генератор постоянно пытается скорректировать выходное напряжение и частоту при изменении нагрузки.
ИБП может быть несовместим с генератором или иметь плохое электроснабжение; в случае, если его разработчики написали код микропроцессора, требующий для работы точно частоты питания 50,0 Гц (или 60,0 Гц); при невыполнении этого условия ИБП может продолжать работать от батареи, будучи не в состоянии восстановить неподходящее напряжение питания.
Эта проблема требований к входной частоте не должна быть проблемой при использовании ИБП с двойным преобразованием / онлайн. ИБП этой топологии должен быть способен адаптироваться к любой входной частоте, используя свой собственный внутренний источник синхронизации для генерации необходимой частоты питания 50 или 60 Гц.
Коэффициент мощности
Основная статья: коэффициент мощностиПроблемой в комбинации ИБП с двойным преобразованием и генератора является искажение напряжения, создаваемое ИБП. Вход ИБП с двойным преобразованием — это, по сути, большой выпрямитель.Ток, потребляемый ИБП, не является синусоидальным. Это приводит к тому, что напряжение от генератора также становится несинусоидальным. Таким образом, искажение напряжения может вызвать проблемы во всем электрическом оборудовании, подключенном к генератору, включая сам ИБП. Этот уровень «шума» измеряется как процент от «общего гармонического искажения тока» (THD (i)). Классические выпрямители ИБП имеют уровень THD (i) около 25–30%. Для предотвращения искажений напряжения необходимы генераторы более чем в два раза больше, чем ИБП.
Существует несколько решений для снижения THD (i) в ИБП с двойным преобразованием:
Пассивная коррекция коэффициента мощности : (пассивная коррекция коэффициента мощности)
РешенияClassic, такие как пассивные фильтры, снижают THD (i) до 5–10% при полной нагрузке. Они надежны, но большие, работают только при полной нагрузке и создают свои проблемы при использовании в тандеме с генераторами.
Активная коррекция коэффициента мощности :
Основная статья: Активная коррекция коэффициента мощностиАльтернативное решение — активный фильтр.Благодаря использованию такого устройства THD (i) может упасть до 5% во всем диапазоне мощностей. Новейшая технология в ИБП с двойным преобразованием — выпрямитель, в котором используются не классические выпрямительные компоненты (тиристоры и диоды), а высокочастотные компоненты (IGBT). ИБП с двойным преобразованием и выпрямителем IGBT может иметь THD (i) всего 2%. Это полностью исключает необходимость увеличения размера генератора (и трансформаторов) без дополнительных фильтров, инвестиционных затрат, потерь или места.
Связь
Управление питанием (PM) требует
- ИБП для сообщения о своем состоянии компьютеру, к которому он подключен, через канал связи, такой как последовательный порт, Ethernet или USB
- Подсистема в ОС, которая обрабатывает отчеты и генерирует уведомления, генерирует события PM или приказывает завершить работу. [9] Некоторые производители ИБП публикуют свои протоколы связи, но другие производители (например, APC) используют проприетарные протоколы.
Основные методы управления «компьютер-ИБП» предназначены для передачи сигналов «один-к-одному» от одного источника к одной цели. Например, один ИБП может подключаться к одному компьютеру для предоставления информации о состоянии ИБП и позволять компьютеру управлять ИБП. Точно так же протокол универсальной последовательной шины также предназначен для подключения одного компьютера к нескольким периферийным устройствам.
В некоторых ситуациях для одного большого ИБП полезно иметь возможность связываться с несколькими защищенными устройствами. Для традиционного последовательного или USB-управления может использоваться устройство репликации сигнала , которое, например, позволяет одному ИБП подключаться к пяти компьютерам с использованием последовательного или USB-соединения. [10] Однако разделение обычно выполняется только в одном направлении от ИБП к устройствам для предоставления информации о состоянии. Возврат управляющих сигналов может быть разрешен только от одной из защищенных систем к ИБП. [11]
По мере того, как с 1990-х годов широко используется Ethernet, управляющие сигналы теперь обычно передаются между одним ИБП и несколькими компьютерами с использованием стандартных методов передачи данных Ethernet, например TCP / IP. [12] Информация о состоянии и управлении обычно зашифрована, так что, например, посторонний хакер не может получить контроль над ИБП и дать ему команду на выключение. [13]
Распределение данных о состоянии и управлении ИБП требует, чтобы все промежуточные устройства, такие как коммутаторы Ethernet или последовательные мультиплексоры, были запитаны от одной или нескольких систем ИБП, чтобы предупреждения ИБП достигли целевых систем во время отключения электроэнергии.
Аккумуляторы
Время работы ИБП с батарейным питанием зависит от типа и размера батарей, скорости разряда, а также эффективности инвертора. Общая емкость свинцово-кислотной батареи зависит от скорости ее разряда, что описывается законом Пейкерта.
Производители указывают время автономной работы в минутах для комплектных систем ИБП. Для более крупных систем (например, для центров обработки данных) требуется подробный расчет нагрузки, эффективности инвертора и характеристик батареи для обеспечения требуемого срока службы. [14]
Общие характеристики батареи и нагрузочное тестирование
Когда свинцово-кислотный аккумулятор заряжается или разряжается, это сначала влияет только на реагирующие химические вещества, которые находятся на границе раздела между электродами и электролитом. Со временем заряд, накопленный в химических веществах на границе раздела, часто называемый «зарядом на границе раздела», распространяется путем диффузии этих химических веществ по всему объему активного материала.
Если аккумулятор полностью разряжен (например,грамм. автомобильные фары были оставлены включенными на ночь), а затем дается быстрая зарядка всего на несколько минут, затем в течение короткого времени зарядки он развивает только заряд возле интерфейса. Напряжение аккумулятора может возрасти и приблизиться к напряжению зарядного устройства, так что зарядный ток значительно снизится. Через несколько часов этот интерфейсный заряд распространится на объем электрода и электролита, что приведет к тому, что интерфейсный заряд станет настолько низким, что его может быть недостаточно для запуска автомобиля. [15]
Из-за заряда интерфейса краткое самотестирование ИБП , длящееся всего несколько секунд, может неточно отражать истинную продолжительность работы ИБП, и вместо этого расширенный тест с перекалибровкой или кратковременным , который глубоко разряжает аккумулятор, необходимо. [16]
Тест на глубокий разряд сам по себе повреждает батареи из-за того, что химические вещества в разряженном аккумуляторе начинают кристаллизоваться в высокостабильные молекулярные формы, которые не будут повторно растворяться при перезарядке аккумулятора, постоянно снижая емкость заряда. В свинцово-кислотных батареях это называется сульфатированием, но также влияет на другие типы, такие как никель-кадмиевые батареи и литиевые батареи. [17] Поэтому обычно рекомендуется проводить кратковременные тесты нечасто, например, каждые шесть месяцев или год. [18] [19]
Испытание комплектов батарей / элементов
Коммерческие системы ИБПмощностью несколько киловатт с большими и легкодоступными аккумуляторными батареями способны изолировать и тестировать отдельные элементы в группе аккумуляторов , которая состоит из комбинированных аккумуляторных блоков (например, свинцово-кислотных аккумуляторов на 12 В) или отдельных химические элементы, соединенные последовательно. Изоляция отдельной ячейки и установка перемычки вместо нее позволяет испытать разряд одной батареи, в то время как остальная часть комплекта батарей остается заряженной и доступной для обеспечения защиты. [20]
Также возможно измерять электрические характеристики отдельных ячеек в цепочке батарей, используя промежуточные сенсорные провода, которые устанавливаются на каждом переходе между ячейками и контролируются как индивидуально, так и коллективно. Группы батарей также могут быть соединены последовательно-параллельно, например, два набора по 20 ячеек. В такой ситуации также необходимо контролировать ток между параллельными цепочками, так как ток может циркулировать между цепочками, чтобы уравновесить влияние слабых ячеек, мертвых ячеек с высоким сопротивлением или закороченных ячеек.Например, более сильные струны могут разряжаться через более слабые струны до тех пор, пока дисбалансы напряжений не будут уравновешены, и это должно быть учтено при индивидуальных измерениях между ячейками в каждой струне. [21]
Последовательно-параллельное взаимодействие батарей
Батареи, соединенные последовательно-параллельно, могут вызывать необычные режимы отказа из-за взаимодействий между несколькими параллельными цепочками. Неисправные батареи в одной цепочке могут отрицательно повлиять на работу и срок службы исправных / новых батарей в других цепях.Эти проблемы также применимы к другим ситуациям, когда используются последовательно-параллельные цепочки, не только в системах ИБП, но и в приложениях электромобилей. [22]
Рассмотрим последовательно-параллельную схему батарей со всеми исправными элементами, и одна из них закорочена или разрядилась:
- Вышедший из строя элемент снизит максимальное развиваемое напряжение для всей последовательной цепочки, в которой он находится.
- Другие последовательные цепочки, подключенные параллельно разрушенной цепочке, теперь будут разряжаться через разрушенную цепочку до тех пор, пока их напряжение не будет соответствовать напряжению разрушенной цепочки, потенциально перезарядившись и приводя к кипению электролита и выделению газа из оставшихся исправных ячеек в разрушенной цепочке.Эти параллельные цепочки теперь невозможно полностью зарядить, так как повышенное напряжение будет уходить через цепочку, содержащую вышедшую из строя батарею.
- Зарядные системы могут пытаться измерить емкость аккумуляторной батареи путем измерения общего напряжения. Из-за общего истощения напряжения в цепочке из-за мертвых ячеек система зарядки может определить это как состояние разряда и будет постоянно пытаться заряжать последовательно-параллельные цепочки, что приводит к непрерывной перезарядке и повреждению всех элементов в деградированная серия, содержащая поврежденный аккумулятор.
- Если используются свинцово-кислотные батареи, все элементы в ранее исправных параллельных цепях начнут сульфатироваться из-за невозможности их полной перезарядки, что приведет к необратимому повреждению накопительной емкости этих элементов, даже если поврежденный элемент в одна поврежденная строка в конечном итоге обнаруживается и заменяется новой.
Единственный способ предотвратить эти тонкие последовательно-параллельные взаимодействия струн — это вообще не использовать параллельные струны и использовать отдельные контроллеры заряда и инверторы для отдельных последовательных струн.
Взаимодействие новой / старой батареи серииДаже всего одна цепочка последовательно соединенных батарей может иметь неблагоприятные последствия, если новые батареи смешивать со старыми. Старые батареи, как правило, имеют меньшую емкость, поэтому они будут разряжаться быстрее, чем новые батареи, а также заряжаться до максимальной емкости быстрее, чем новые батареи.
По мере того, как разряжается смешанная цепочка из новых и старых батарей, напряжение в цепочке падает, и когда старые батареи разряжены, новые батареи все еще имеют доступный заряд.Новые элементы могут продолжать разряжаться через остальную часть колонны, но из-за низкого напряжения этот поток энергии может оказаться бесполезным и может быть потрачен впустую в старых элементах в качестве резистивного нагрева.
Для элементов, которые должны работать в определенном окне разряда, новые элементы с большей емкостью могут привести к тому, что старые элементы в последовательной цепочке будут продолжать разряжаться за пределами безопасного нижнего предела разрядного окна, повреждая старые элементы.
При перезарядке старые элементы перезаряжаются быстрее, что приводит к быстрому повышению напряжения почти до полностью заряженного состояния, но до того, как новые элементы с большей емкостью полностью перезарядятся.Контроллер заряда обнаруживает высокое напряжение почти полностью заряженной струны и снижает ток. Новые элементы с большей емкостью теперь заряжаются очень медленно, настолько медленно, что химические вещества могут начать кристаллизоваться до достижения полностью заряженного состояния, уменьшая емкость нового элемента в течение нескольких циклов заряда / разряда, пока их емкость не будет более близка к старым элементам в последовательной цепочке. .
По этим причинам некоторые промышленные системы управления ИБП рекомендуют периодическую замену целых батарейных массивов, потенциально использующих сотни дорогих батарей, из-за этих разрушительных взаимодействий между новыми батареями и старыми батареями внутри и между последовательными и параллельными цепочками. APC AP9207 Share-UPS, Руководство пользователя, стр. 6–7, порт 1 называется расширенным портом, потому что он обеспечивает интеллектуальную сигнализацию, которая предоставляет расширенные возможности, доступные серверу, на котором установлено программное обеспечение PowerChute plus. Расширенный порт обеспечивает полный доступ к порту компьютерного интерфейса ИБП. Порты 2–8 на задней панели Share-UPS называются базовыми портами, поскольку они обеспечивают простую сигнализацию ИБП о состояниях работы от батареи и разряда батареи в ИБП. http: // www. Battery Asset Management: характеристики старения VRLA, Барт Коттон, основатель и генеральный директор, Data Power Monitoring Corporation, Batteries International , январь 2005 г. https://datapowermonitoring.com/pdfs/battery_asset_mgmt.pdf
Список литературы
- ИБП первой линии — Завод Инжиниринг, февраль 2007 г.
- EN 62040-1-1: 2006 Системы бесперебойного питания (ИБП) — Часть 1-1: Общие требования и требования безопасности для ИБП, используемых в зонах доступа оператора
- EN 62040-1-2: 2003 Системы бесперебойного питания (ИБП) — Часть 1-2: Общие требования и требования безопасности для ИБП, используемых в местах с ограниченным доступом
- EN 62040-2: 2006 Источники бесперебойного питания (ИБП) — Часть 2: Требования к электромагнитной совместимости (ЭМС)
- EN 62040-3: 2001 Системы бесперебойного питания (ИБП) — Часть 3: Метод определения рабочих характеристик и требования к испытаниям
Внешние ссылки
- Все, что вы когда-либо хотели знать об ИБП — Eaton Corporation, 2012
- Коттули, Кэрол (2011), Сравнение статических и поворотных ИБП , Schneider Electric, Белая книга 92 вер.
