инвертор

Александр Александрович Лопухин - Источникибесперебойного питания без секретов. Глава 6А.А.ЛопухинИсточники бесперебойного питания безсекретовГлава 6ИБП с двойным преобразованием энергии(Double Conversion UPS)На рисунке 17представлена блок-схема ИБП с двойнымпреобразованием энергии.Рис.17. ИБП с двойным преобразованием энергииНа входе ИБП с двойнымпреобразованием энергии находится выпрямитель.В отличие от выпрямителей рассмотренных намиранее типов ИБП - это мощное устройство. Ведьвыпрямитель должен не только подзаряжатьбатарею ИБП, но, прежде всего, снабжать инверторИБП постоянным напряжением.Инвертор преобразует весь потокмощности из напряжения постоянного тока внапряжение переменного тока.Байпас - это специальная линия, котораяпозволяет в случае необходимости питатьнагрузку напрямую от электрической сети. Дляпереключения на работу через байпас служитстатический (т.е. не имеющий движущихсяэлементов) переключатель. Поэтому этот байпасчасто называют статическим байпасом.ИБП с двойным преобразованием энергииможет работать в трех режимах.Работа от сетиЕсли в сети есть"нормальное" напряжение, то вся мощность,потребляемая нагрузкой, проходит черезвыпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразуетнапряжение электрической сети встабилизированное напряжение постоянного тока.Оно используется для заряда батареи инвертор дляпитания инвертора.Инвертор преобразует напряжениепостоянного тока в напряжение переменного тока,которым инвертор питается нагрузка.Работа от батареиВыпрямитель ИБП сдвойным преобразованием выдаетстабилизированное напряжение постоянного тока.Т.е. независимо от величины напряженияпеременного тока на входе выпрямителянапряжение постоянного тока на его выходесохраняется постоянным. Естественно, напряжениеостается стабильным только если входноенапряжение не выходит из некоторого диапазонадопустимых напряжений. Этот диапазон называетсядиапазоном входных напряжений ИБП. Диапазон входных напряжений ИБП сдвойным преобразованием не остается постоянным.Его величина (или вернее его нижняя граница)зависит не только от конкретной модели ИБП, но иего нагрузки.Если напряжение сети становитсяменьше нижней границы диапазона входныхнапряжений (т.е. выпрямитель уже не можетстабилизировать напряжение), напряжениепостоянного тока на выходе выпрямителяуменьшается инвертор становится ниже напряжениязаряженной батареи ИБП. Никакого переключения непроисходит. Просто инвертор начинает частичнопитаться от батареи, инвертор батарея начинаетразряжаться. При дальнейшем уменьшениинапряжения или если напряжение пропадает совсем,инвертор начинает полностью питаться от батареи.Говорят, что ИБП перешел на режим работы отбатареи.Работа ИБП от батареи продолжаетсянекоторое время, определяемое зарядом батареи инагрузкой. После того, как батарея разрядится донапряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБПбудет отключен автоматикой, защищающей батареюот необратимого переразряда.Если напряжение на входе ИБП сноваподнимется до нормального, выпрямитель опятьначнет заряжать батарею инвертор питать инвертор.Режим работы черезстатический байпасОсновные элементы ИБП сдвойным преобразованием при работе от сетипостоянно находятся под нагрузкой. Если бы ИБП сдвойным преобразованием был построен по схеме,придуманной нами во второй главе, то он имел бынизкую надежность. Ведь при выходе из строяинвертора, подача напряжения к нагрузкепрервалась бы инвертор ИБП не только не выполнил бысвоего предназначения, но даже сам из-за своейполомки мог бы стать причиной потери данных вподключенных к нему компьютерах или отключениякаких-либо подключенных к нему важныхустровйств.Для того, чтобы этого не происходило, вИБП введена еще одна линия электроснабжениянагрузки - статический байпас.При выходе из строя инвертора или егоперегрузке, срабатывает переключатель(размыкается линия "инвертор-нагрузка" изамыкается линия "байпас-нагрузка") инагрузка продолжает питаться от сети.К сожалению не все ИБП с переключениемимеют статический байпас. На мой взгляд такие ИБПвообще не следует использовать, поскольку они ненадежны.Рассмотрим теперь работу отдельныхэлементов ИБП.ВыпрямительВыпрямитель ИБП сдвойным преобразованием должен иметь мощность,достаточную для двух его основных функций. Егомаксимальный выходной ток должен быть не меньшесуммы максимального входного тока инвертора имаксимального зарядного тока батареи.Для правильного заряда батареивыпрямитель должен очень точно (с точностью нехуже 1 %) поддерживать напряжение плавающегозаряда на батарее.Иногда в ИБП с двойным преобразованиемэнергии применяют регулируемые тиристорныевыпрямители.В некоторых случаях в ИБП устанволеныпассивные (диодные) выпрямители, инвертор для точногорегулирования напряжения на аккумуляторнойбатарее используется преобразовательнапряжения постоянного тока. Иногда ИБП,построенные по такой схеме их производителиназывают ИБП с тройным преобразованием.Инвертор,синхронизация с сетью инвертор переключение настатический байпасИнвертор ИБП с двойнымпреобразованием энергии имеет возможностьизменения выходной частоты инвертора длясинхронизации выходного напряжения инвертора ссетью. Эта функция используется в ИБП сдвойным преобразованием постоянно инвертор простонеобходима для переключения ИБП на статическийбайпас. Рассмотрим это переключение несколькоподробнее.Для того, чтобы ИБП с двойнымпреобразованием имел непрерывное выходноенапряжение без скачков инвертор разрывов на всехрежимах работы, нужно обеспечить гладкоепереключение на статический байпас при выходе изстроя инвертора или его перегрузке.Для этого необходимо, чтобы фаза ичастота сетевого напряжения (т.е. напряжения вцепи байпаса) в момент переключения были такимиже, как фаза инвертор частота выходного напряженияинвертора. Но мы не можем управлять фазой ичастотой сети, следовательно мы должны добитьсяжелаемой цели за счет настройки инвертора. Мы неможем, как в ИБП, взаимодействующим с сетью,подстроить фазу инвертор частоту инвертора перед самымпереключением. Ведь мы, к сожалению, не знаем, вкакой момент инвертор выйдет из строя илииспытает перегрузку.Поэтому инвертор ИБП с двойнымпреобразованием должен всегда бытьсинхронизован с сетью. Точнее говоря, должна бытьдостигнута синхронизации инвертора с линиейстатического байпаса, которая в общем случаеможет быть подключена к другой линииэлектроснабжения, чем вход выпрямителя ИБП.Посмотрим теперь, что произойдет с ИБПс двойным преобразованием энергии, если частотасети вдруг начнет отличаться от стандартной (50Гц). ИБП с двойным преобразованием имеетнекоторые пределы допустимых изменений частотысети (эта характеристика указана в паспорте илиописании). Скажем минимальная допустимая частотаравна 49 Гц, инвертор максимальная допустимая частота - 51Гц (т.е. пределы допустимых изменений частотыравны ± 2%)Если частота в линии байпаса находитсяв пределах допустимого, то частота инверторааккуратно следует за ней. Частота инвертор фазаинвертора равны частоте инвертор фазе в линии байпаса.Следовательно ИБП в любой момент (при выходе изстроя инвертора или его перегрузке) можетпереключиться на статический байпас, неиспытывая импульсных нагрузок.Если же частота в линии байпаса станетравной 48 Гц, то частота инвертора не можетследовать за ней, чтобы не питать нагрузкунапряжением с частотой, сильно отличающейся отноминальной.Как мы уже знаем, ИБП,взаимодействующие с сетью, в этом случаепереходят на режим работы от батареи, инвертор послеисчерпания заряда батареи отключаются.ИБП с двойным преобразованием энергииотрабатывают эту ситуацию гораздо лучше. Блокуправления просто разрешает инвертору ИБПпрекратить синхронизацию с линией байпаса иперейти на режим независимой работы. Частотаинвертора становится равной ровно 50 Гц иостается такой до тех пор, пока частота линиибайпаса не вернется в пределы допустимого.Во время независимой работы инвертора,переключение ИБП на статический байпасблокируется, поскольку при таком переключениивозможны сильные фазовые инвертор амплитудныеискажения, которые могут нанести ущербчувствительной нагрузке. Более того,переключение в отсутствие синхронизации опаснодля самого ИБП.Некоторые ИБП имеют возможностьнастройки пределов допустимых измененийчастоты. Например они могут быть настроены надопустимые колебания частоты 0.5, 1 или 2 Герца вкаждую сторону.Казалось бы, чем уже диапазондопустимых колебаний частоты, тем лучше длячувствительной нагрузки. На самом деле улучшениекачества стабилизации частоты происходит засчет общей надежности системы. Ведь еслидиапазон допустимых изменений частотыустановлен меньше реального диапазона изменениячастоты сети в месте установки ИБП, то ИБПбольшую часть времени работает безсинхронизации инвертора с линией байпаса. Этоснижает общую надежность системы, защищаемой спомощью ИБП, поскольку во время независимойработы инвертора невозможно переключение настатический байпас.В случае если ИБП имеет возможностьнастройки диапазона допустимых измененийчастоты, пользователь имеет возможностьвыбирать выгодный для себя компромисс. Он можетустановить очень узкий диапазон частот длячувствительной нагрузки, сознательно пойдя нанекоторое снижение надежности системы, илирасширить этот диапазон для получениямаксимальной надежности, если нагрузка неслишком чувствительна к изменениям частоты.Как мы выяснили, основное назначениестатического байпаса - это увеличение надежностиИБП инвертор компьютерной системы в целом за счеторганизации резервного источникаэлектроснабжения, который вступает в действиепри выходе из строя инвертора. В рассмотренномпростейшем случае таким источником является таже электрическая сеть, которая питаетвыпрямитель ИБП. (Заметим в скобках, что это неединственный возможный источник).Выход из строя какой-либо из систем ИБПвещь, в общем-то, довольно маловероятная. ХорошиеИБП с двойным преобразованием имеют среднеевремя наработки на отказ до 10 лет. Но статическийбайпас имеет еще одну функцию, котораяиспользуется буквально при каждом включениисильно нагруженного ИБП. Инвертор естественно имеетограничение по допустимой нагрузке. Припостоянной нагрузке этой границей являетсяноминальная мощность ИБП. Кратковременноинвертор способен выдерживать большие токи.Обычно допускается перегрузка около 50-150 % нанесколько миллисекунд инвертор около 10-50 % на несколькосекунд или десятков секунд. Практически любому потребителюэлектроэнергии известно такое явление, какстартовый ток. Под этим понимается ток,возникающий при включении потребителяэлектроэнергии в отличие от тока наустановившемся режиме работы. Для компьютеров инвертор других частопитаемых от ИБП устройств характерен довольнобольшой стартовый ток. При каждом включениикомпьютер потребляет в несколько раз большийток, чем после запуска (как мы увидим далее,стартовый ток легко может превысить номинальныйток в 10 раз).Таким образом при запускепотребителей, мощность которых составляет хотябы 10 % номинальной мощности ИБП, возможнаперегрузка инвертора. Если перегрузка возникла,ИБП для предохранения своего инвертора отперегрузки переключается на работу через байпас.Через несколько секунд ИБП снова переключаетсяна работу от инвертора. Этот режим работыпредохраняет инвертор от выхода из строя иувеличивает общую надежность компьютернойсистемы, защищенной с помощью ИБП с двойнымпреобразованием энергии.Другие элементы ИБП сдвойным преобразованиемСравним еще раз схемыИБП с двойным преобразованием ивзаимодействующего с сетью. У ИБП с двойнымпреобразованием отсуствуют (хотя инвертор не у всехмоделей) некоторые элементы: фильтры шумов иимпульсов. В ИБП этого типа импульсы инвертор шумыфильтруются в результате выпрямления напряженияпеременного тока: на выходе выпрямителя имеютсясхемы подавления пульсаций напряжения,выполняющие роль фильтров. В процессе второго преобразованияэнергии шумы инвертор импульсы еще раз уменьшаются инагрузка питается чистым синусоидальнымнапряжением. Поэтому отсутствие в схеме фильтровможно считать своего рода фокусом: внутри ИБПесть элементы, выполняющие эти функции, ноназывающиеся по другому. Кроме того, в некоторыхИБП с двойным преобразованием энергииустановлены варисторные шунты.Блок управления ИБП с двойнымпреобразованием энергии не анализируетсостояния электрической сети (вы видите, что наблок-схеме нет соответствующей стрелки). В этомнет необходимости, ведь нам не нужно управлятьпереключением (или, вернее, переходом) ИБП сдвойным преобразованием на работу от батареи -этот переход производится или, вернее,происходит, без участия управляющей электроники.Нет необходимости инвертор производитьанализ формы напряжения переменного тока навходе ИБП: выпрямитель ИБП с двойнымпреобразованием энергии может питатьсянапряжением переменного тока практически любойформы - все равно на выходе выпрямителя будетстабилизированное напряжение постоянного тока,а на выходе инвертора - чистая синусоида.Задача блока управления - регулироватьнапряжение на выходе выпрямителя, напряжение навыходе инвертора (как инвертор у других, рассмотренныхранее ИБП) инвертор не пропустить момент, когдапонадобится произвести переключение на работучерез статический байпас.БатареяБатарея ИБП с двойнымпреобразованием не имеет никаких отличий отбатарей ИБП других типов. Все силовые элементы ИБП с двойнымпреобразованием энергии работают под нагрузкойвсе время, пока ИБП включен (в отличие, например,от инвертора инвертор выпрямителя ИБП с переключением,которые простаивают, пока ИБП работает от сети).Поэтому все полупроводники инвертор другие силовыеэлементы ИБП с двойным преобразованиемрассчитаны на длительную работу по полнойнагрузкой. Это позволяет, не внося значительныхизменений в ИБП, подключать к немудополнительные аккумуляторы для увеличениядлительности работы от батареи.Большинство ИБП с двойнымпреобразованием имеют такую возможность.Индикация иуправлениеОрганы индикациии управления ИБП с двойным преобразованием неимеют принципиальных отличий от панелейуправления других ИБП.Стандартный набор включает клавишивключения инвертор выключения прибора, индикаторы сети,заряда батарей инвертор нагрузки (для некоторыхмоделей).ХарактеристикиИБП с двойным преобразованием энергииМощностьИБП с двойнымпреобразованием имеют наиболее широкий диапазонмощностей по сравнению с другими ИБП. Минимальная мощность - 500-700 ВА дляразных серий небольших ИБП.Схема ИБП с двойным преобразованиемпозволяет создавать устройства очень большоймощности. Обычно максимальная мощностьединичного ИБП ограничивается величиной около300-500 кВА. Но возможно наращивание мощности ИБП засчет параллельной работы нескольких модулей наодну нагрузку. Начиная с мощности около 10 кВА ИБПобычно предназначены для работы с трехфазнымвходным напряжением. Потому все, что связано сИБП средней инвертор большой мощности, рассматриваетсяв главе "Трехфазные ИБП".Коэффициентполезного действияИБП с двойнымпреобразованием энергии имеют не слишкомвысокий КПД, по сравнению с ИБП других типов. Темне менее, их КПД довольно велик. Он составляетпримерно 90% при полной или близкой к полноймощности. При уменьшении мощности КПДуменьшается.На примерно 50 % мощности КПД можетсоставлять около 70 %.Исходя из КПД, можно оценитьмаксимальное тепловыделение ИБП. Оно примерноравно 10 % от номинальной мощности ИБП.Тепловыделение ИБП должно учитываться прирасчете теплового режима помещения, гдеустановлены ИБП. Подробнее это рассмотрено вглаве "Трехфазные ИБП", поскольку тепловойрежим критичен именно для больших ИБП.Приведенная выше величина КПД неучитывает использования части входной мощностидля заряда батареи. Потому для того, чтобы дажепримерно определить максимальный входной токИБП, величины КПД не достаточно. Нужно смотретьболее подробные технические характеристики ИБП,а для точного расчета максимального входноготока, нужно рассчитывать эту величину, исходя ихемкости батареи, установленной в ИБП.Время работы отбатареиИБП небольшоймощности (до 1 кВА) имеют время работы от батареипри полной нагрузке примерно 5-15 минут. Но почтидля всех ИБП большей мощности фирмапроизводитель обычно предусматриваетвозможность наращивания емкости батареи посравнению со стандартной. ИБП средней инвертор большой мощности (более10-30 кВА) часто не имеют "стандартной"батареи. Батарея для них подбирается, исходя изтребований заказчика. Наиболеераспространенными вариантами являются батареина 3-5 минут автономной работы - для сопряжения ИБПс дизельным генератором инвертор батарея на 10-30 минут -для автономной работы ИБП.Преимущества ИБП сдвойным преобразованиемК положительным свойствам ИБП с двойным преобразованием следуетотнести следующие.Хорошая защита от шумов инвертор наносекундныхимпульсов.Очень хорошая защита от искажений формы кривойнапряжения инвертор микросекундных импульсов.Возможность работы в сетях с нестабильнойчастотой.Самая лучшая плавная стабилизация напряжения свысокой точностью.Возможность наращиваниябатареи практически для всех моделей ИБП.Недостатки ИБП сдвойным преобразованиемКак инвертор для другихИБП, недостатки ИБП с двойным преобразованиемвытекают из особенностей силовой схемы ИБП (и, ксожалению, вряд ли могут быть отделены отпреимуществ).Более высокая цена, по сравнению сдругими типами ИБП (кроме феррорезонансного).Повышенное тепловыделение, посравнению с другими типами ИБП (кромеферрорезонансного)..Оглавление На главнуюстраницуразделы меховой холодильник кулер регулируемый скачать длинный нард радиодоступ витрина мороженый срезанный цвет kiev apartaments service datamax мистер бин datamax кислородный концентратор вентеляционная решетка кофе колониальный товар плазменный панель настенный юр.адрес крутой xxx видео инвертор