Лекция 3 - Конспекты (1095370), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Без таких УБЭ была бы не возможна работа телефонных60Электропитание РЭАГлава 3станций, систем сигнализации на железной дороге, современных производств снепрерывнымтехнологическимпроцессом,системкосмической,радиорелейной, дальней связи и многих других.Качественный скачок в индустрии УБЭ напрямую связан с областьюинформационных технологий. Широкое распространение компьютерных сетейкардинально увеличило возможности обработки и использования информации.Дляреализацииэтихвозможностейсетеваяинфраструктурадолжнафункционировать надёжно, и одну из основных ролей в этом играетбесперебойное электропитание.Согласно результатам исследований, проведённых в США фирмами "ВellLabs" и "IВМ", в течение месяца в электросети фиксируется около 120нештатных ситуаций.
Наиболее часто встречающиеся сбои электропитания –это провалы напряжения (85% случаев); возможны также высоковольтныеимпульсы (7,4%), полное отключение напряжения (4,7%) и слишком большоенапряжение (0,7%).В России ситуация выглядит не лучшим образом. К "стандартному"набору добавились аномалии другого рода, специфичные для отечественныхсетей электроснабжения и редкие для стран Запада. Например, нестабильностьчастоты, искажения синусоидальной формы напряжения вследствие перегрузоки повышенное напряжение.По мере развития рынка информационной техники экспоненциальновозросли ценность и объём создаваемых, передаваемых и хранимых данных;следовательно, требуется не только обеспечить сохранность оборудования ипредотвратить его выход из строя, но и принять меры, позволяющие избежатьпотери жизненно важных для бизнеса компании данных и, как следствие,финансовых убытков. По данным "Information Week", в финансовой отраслиодин час простоя может обойтись компании в 8,4 млн.
долл.Среди основных последствий некачественного электропитания сетевогооборудования можно выделить следующие: временные перебои в работе сети (а61Электропитание РЭАГлава 3следовательно, недоступность сетевых ресурсов), потеря данных, хранящихся воперативной памяти сетевых устройств, и выход оборудования или отдельныхего узлов из строя.Таким образом, УБЭ (в зарубежной терминологии UPS – UninterruptablePower Supply) – значительный шаг к повышению независимости выходныхнапряжений ИЭП от состояния сети электроснабжения. С этой целью в УБЭвстраивается аккумуляторная батарея (АБ), электрическая ёмкость которой принеобходимости может быть увеличена конструктивно рядом размещённойдополнительной АБ.При уменьшении сетевого напряжения ниже допустимого значения илиполном его пропадании подключается АБ на время от 5 до 30 минут и более.
Вэтом режиме от АБ работает преобразователь напряжения (инвертор). Вобычном режиме АБ подзаряжается от зарядного устройства, которое такжевходит в состав УБЭ.ДонедавнеговремениУБЭстроилисьнаосновегромоздкихвыпрямителей с большими потерями и АБ открытого типа, требующихвентиляции и больших эксплуатационных расходов. Например, на телефонныхстанциях УБЭ размещались в выпрямительных и аккумуляторных залах смощной вентиляцией тепла и вредных выбросов.В настоящее время малогабаритные УБЭ на основе импульсных ИЭП игерметизированных АБ устанавливают в аппаратных залах, где они занимаютнезначительную часть от общей площади.
Зарубежной и отечественнойпромышленностями выпускается унифицированный ряд УБЭ как переменного,так и постоянного тока в широком диапазоне мощностей, выходныхнапряжений и времени работы от АБ.В зависимости от состава УБЭ и схемы соединения его составных частейимеют место различные структуры УБЭ. Использование той или инойструктуры определяется исходя из требований надёжности, стоимости и другихтехнико-экономических показателей.62Электропитание РЭАГлава 3УБЭ могут работать в режиме "оффлайн" (off-line) – когда инверторподключается к АБ только в том случае, если сеть электроснабженияпропадает, либо в режиме "онлайн" (on-line), когда инвертор постояннопитается от АБ в буферном режиме, в то время как АБ непрерывноподзаряжается от сети.На заре появления УБЭ, при отсутствии мощных высоковольтныхполупроводниковых приборов, УБЭ разрабатывались и производились по схеме"off-line" (другое название – "standby"). Структурная схема "off-line" УБЭпоказана на рисунке 3.34.Рисунок 3.34 – Структурная схема "off-line" УБЭАБ – аккумуляторная батарея; ЗУ – зарядное устройство; И – инвертор; К – ключ;Ф – фильтр; Uвх и Uвых – напряжения на входе и выходе УБЭПри наличии входного напряжения Uвх сети ключ К находится вположении 1 – и входное напряжение транслируется на выход.
При этом навходе и выходе могут быть установлены различного рода фильтры Ф.Одновременно с помощью зарядного устройства ЗУ производится зарядаккумуляторной батареи АБ. Инвертор И выключен или работает на холостомходу.При пропадании или существенном понижении входного напряжения Uвхсети ключ К автоматически переводится положение 2 – и на выход поступаетнапряжение от инвертора И, который потребляет электроэнергию, запасённуюв аккумуляторной батарее АБ.63Электропитание РЭАГлава 3Одним из основных качественных недостатков, не говоря об отсутствиистабилизации при работе от входного напряжения, является наличие перерываподачи напряжения на нагрузку от 2-3 мс до 5-7 мс при переходе наэлектропитание от АБ и обратно. Это явление часто вызывает сбои и помехи вработе чувствительной РЭА и крайне нежелательно для потребителя.
Крометого, при частых перебоях в сети электроснабжения АБ достаточно быстроpазpяжается, не успевая восстановить заряд за время ждущего режима, врезультате чего УБЭ теряет способность обеспечить аварийное электропитаниенагрузки в течение требуемого времени. Также частое повторение цикловpазpяд/заpяд сокращает срок службы АБ.Постепенно на смену "off-line" УБЭ пришли различные модификации,однако на основе той же структурной схемы ("standby-ferro", "standby on-line","line-interactive" и т.
д.).Наиболее интересной и современной сегодня является модификация,получившая название "line-interactive".Пример функционирования устройства аналогичен ранее рассмотренномуУБЭ типа "off-line". Однако при работе от входной сети 220 В 50Гц иколебаниях напряжения происходит автоматическое переключение отводовтрансформаторабустера(автоматическогоступенчатогорегуляторанапряжения) и на выходе УБЭ поддерживается напряжение с точностью ±10%.Однако наличие контактных переключателей и низковольтного инверторане позволило УБЭ классов "off-line" и "line-interactive" в массовом порядкеперейти рубежи мощностей 3-6 кВт.С появлением соответствующей полупроводниковой элементной базыпоявилась новая структура УБЭ, которая получила название "on-line". В такихУБЭ вся электроэнергия, необходимая для нагрузки, дважды преобразуется напути следования от входа к выходу. Первое – преобразование из переменноговходного в постоянное напряжение заряда АБ и электропитания инвертора.Второе – постоянное напряжение электропитания инвертора преобразуется в64Электропитание РЭАГлава 3синусоидальное стабилизированное выходное напряжение УБЭ.
Структурнаясхема УБЭ, построенного по этому принципу, приведена на рисунке 3.35.В штатном режиме работы преобразователь напряжения ПН типа AC-DCобеспечивает поддержание на батарее АБ напряжения, необходимого дляподдержания её в заряженном состоянии. На входе инвертора И – постоянноенапряжение, равное напряжению на батарее АБ.
Инвертор И, как ужеговорилось, формирует на выходе синусоидальное стабильное напряжение.Рисунок 3.35 – Структурная схема "on-line" УБЭАБ – аккумуляторная батарея; ПН – преобразователь напряжения (AC-DC); И – инвертор;К – обходной переключатель; Ф – фильтр; Uвх и Uвых – напряжения на входе и выходе УБЭВ случае пропадания входного напряжения Uвх переменного токаинвертор И продолжает питаться от батареи АБ и в его работе никакихизменений, как и в выходном напряжении УБЭ Uвых, не происходит.Таким образом, практически любые аварийные ситуации или возмущенияво входных сетях переменного тока никак не сказываются на выходномнапряжении УБЭ класса "on-line", а значит, и подключенной к нему нагрузке.Дополнительным звеном УБЭ является обходной переключатель K(bypass).
Его замыкание приводит к непосредственной передаче на выходвходногоотфильтрованногосетевогонапряжения.Этонеобходимовнескольких случаях.Во-первых, при наличии двух входных сетей и подключения входапреобразователя ПН к первой, а обходного переключателя K – ко второй. Привыходе из строя первой сети и разряде батареи АБ обходной переключатель K65Электропитание РЭАГлава 3устанавливается в положение 2 – и подаёт на нагрузку напряжение от второйсети.Во-вторых, при аварии преобразовательной части УБЭ нагрузкапродолжаетполучатьэлектропитаниечереззамкнутыйобходнойпереключатель K.В настоящее время по мере развития полупроводниковых технологий,особенно в части мощных высокочастотных приборов, появляются новые,чрезвычайно интересные схемотехнические и идеологические решения.Засчётвысокочастотногопреобразованиянапряжения,быстродействующих полупроводниковых обходных ключей и развитогомикропроцессорного управления резко сокращены габариты УБЭ, но самоеглавное, реализована возможность программного включения/выключенияпринципиально нового экономичного режима работы.Суть его в том, что при удовлетворительных параметрах входногосетевого напряжения электропитание нагрузки осуществляется через обходнойключ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
