Источники ИБП. 1.Источники ИБП (1) (1). Источник бесперебойного питания (ибп,)

Название	Источник бесперебойного питания (ибп,)
Анкор	Источники ИБП
Дата	11.05.2022
Размер	1.88 Mb.
Формат файла
Имя файла	1.Источники ИБП (1) (1).pptx
Тип	Документы #522106

Исто́чник бесперебо́йного пита́ния (ИБП,) Uninterruptible Power Supply (UPS)) —обеспечивает переход питания нагрузки с одного источника на другой, для непрерывного питания потребителей в случае отключения или ухудшения качества электрической энергии на входе от первичного источника.

Характеристики ИБП

выходная мощность;
выходное напряжение;
время переключения (переход ИБП на питание от аккумуляторов );
время автономной работы ( определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования,(от 4—15 мин. до 45мин.);
ширина диапазона входного (сетевого) напряжения,(при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание, без перехода на аккумуляторные батареи);
срок службы аккумуляторных батарей .

Резервная схема

Резервная схема (англ. Off-Line, Standby) — в нормальном режиме питание подключенной нагрузки осуществляется напрямую от электрической сети, которая через пассивные фильтры сглаживает высоковольтные импульсы и электромагнитные помехи.
При выходе электропитания за нормированные значения напряжения (или его пропадании) нагрузка автоматически переподключается к питанию, от схемы, получающей электрическую энергию от внутренних или внешних аккумуляторов с помощью инвертора. При появлении напряжения в пределах нормы снова переключает нагрузку на питание от первичной сети.

Резервная схема

Достоинства:
КПД около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны , имеют минимальное тепловыделение;
невысокая стоимость ИБП в целом
Недостатки:
относительно долгое время переключения (порядка 3..10 мс) на питание от батарей;
невозможность корректировать напряжение, частоту;

Линейно-интерактивный ИБП

Интерактивная схема ( Line-Interactive) — в устройстве дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяя получить регулируемое выходное напряжение.
В нормальном режиме такие ИБП не корректируют частоту, пассивные фильтры сглаживают входящее переменное напряжение. При пропадании напряжения ИБП переходит на питание от инвертора.

Линейно-интерактивный ИБП

Достоинства:
КПД около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны , имеют минимальное тепловыделение;
невысокая стоимость ИБП в целом.
Недостатки: в режиме «от сети» не выполняет функцию фильтрации пиков;
обеспечивает небольшую стабилизацию напряжения (обычно 2—3 ступени автотрансформатора, переключаемые релейно, функция называется «AVR»)

ИБП с двойным преобразованием тока ( online, double-conversion)

Режим двойного преобразования- используется для питания серверов , высокопроизводительных рабочих станций локальных сетей, а также оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания.
Принцип работы состоит в двойном преобразовании тока. Входной переменный ток преобразуется в постоянный, затем в переменный ток с помощью инвертора. При пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно .

ИБП с двойным преобразованием тока

Достоинства:

Достоинства:
отсутствие времени переключения на питание от батарей;
синусоидальная форма выходного напряжения, то есть возможность питать любую нагрузку;
возможность корректировать и напряжение, и частоту;
Недостатки:
Низкий КПД (80—94 %), повышенный шум и тепловыделение. Прибор содержит вентилятор компьютерного типа, потому повышенный шум (в отличие от line-interactive ИБП).
Высокая стоимость. Примерно вдвое-втрое выше, чем line-interactive.

Байпас

Байпас составляющая ИБП. Режим байпас (англ. Bypass, «обход») — питание нагрузки сглаженным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим «Bypass» выполняется автоматически или вручную (ручное включение предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки).
Применяется в online-схемах, более того, выключенный кнопкой OFF online UPS остаётся в режиме «Bypass» ,то же самое происходит при разрушении силовых компонентов схемы, определённом управляющими цепями, а также при аварийном отключении схемы по перегрузке выхода. В line-interactive UPS режим работы «от сети» и есть байпас.

Конструкция

В источниках бесперебойного электропитания могут быть использованы химические источники тока;
Аварийная батарея АБ;
Буферная батарея АБ;
Электрический конденсатор;

Основные блоки ИБП

Стабилизатор переменного напряжения.
Используется в ИБП, работают по интерактивной схеме.
ИБП оснащается только повышающим «бустером» (англ. booster), который имеет всего лишь одну или несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения.
Инве́ртор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения.
Трансформатор -осуществляет гальваническую развязку между входом и выходом.
Интерфейс- необходим для расширенного мониторинга состояния самого ИБП.

ИБП автоматическое устройство, обеспечивающее нормальное питание нагрузки при полном обесточивании внешней электросети в результате аварии или недопустимо высоком отклонении параметров сетевого напряжения от номинальных значений . Различают три основных типа СБП:
ИБП резервного типа (Off-Line или standby)
Линейно-интерактивный (Line-Interactive) ИБП (UPS)
ИБП (UPS) с двойным преобразованием энергии (On-Line)

ИБП выполнен по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.

ИБП типа Off-Line (нормальный и аварийный режим работы)

Нормальный режим работы ИБП (UPS)Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.

Аварийный (автономный) режим работы ИБП (UPS).Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.

Достоинство ИБП резервного типа ( Off-Line) - простота , невысокая стоимость.
Недостаток - ненулевое время переключения (4 мс) на питание от батарей и более интенсивная их эксплуатация, так как источник переводится в аварийный режим при любых неполадках в электросети.
ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электрической сети.

ИБП типа линейно-интерактивный (Line-Interactive)

ИБП (источник бесперебойного питания), выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line), дополненной стабилизатором входного напряжения (бустером) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками.

Что такое

Автоматический регулятор напряжения, построенный на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками . Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (пониженное входное напряжение) или понижения (повышенное входное напряжение).

Бустер (booster)

Line-Interactive (Нормальный и аварийный режим работы)

Нормальный режим работы ИБП. Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.

Аварийный (автономный) режим работы ИБП .Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.

Line-Interactive (достоинства и недостатки)

Преимущество Line-Interactive ИБП по сравнению с источником резервного типа в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей.
Недостатком Line-Interactive ИБП является ненулевое время переключения (4 мс) нагрузки на питание от батарей.

Line-Interactive (эффективность)

По эффективности Line-Interactive ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Line-Interactive ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования.

ИБП, в котором поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.

Достоинство ИБП этого типа обеспечение идеального питания нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства.
К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение общего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразовании напряжения.
ИБП типа On-Line применяют в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, это могут быть узлы локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.

Bypass ("обход")

Режим питания нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, поддерживается внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, имеющий соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления при перегрузке выходных цепей или при обнаружении неисправности в жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП.

Виртуальная батарея

Конденсатор большой емкости, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее ИБП и выполняющий ее функции при непродолжительных (длительностью не более 1 ... 2 с) неполадках в электросети.

Виртуальная батарея

Технические характеристики ИБП

Р- полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.). Единица измерения: Вт (ватт).
S- полная мощность суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической. Единица измерения: ВА (вольт х ампер).
К- коэффициент мощности (Power Factor) комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП). Типичные значения коэффициента мощности: 1 - идеальное значение; 0.95 - хороший показатель; 0.9 - удовлетворительный показатель; 0.8 - плохой показатель; 0.7 - влияние компьютерной нагрузки; 0.65 - влияние двухполупериодного выпрямителя.
Критичная нагрузка ,нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети.
Температурная компенсация зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз. Батарей.

Технические характнристики ИБП

Последовательное резервирование .Техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП
Параллельное резервирование, наращивание мощности системы .Техническое решение, направленное либо на повышение надежности (аппаратное резервирование), либо на увеличение общей выходной мощности системы (масштабирование).

Источник бесперебойного питания

Структурная схема

Неполадками в питающей сети считаются:

авария сетевого напряжения (напряжение в питающей сети полностью пропало);
высоковольтные импульсные помехи (резкое увеличение напряжения до 6 кВ продолжительностью от 10 до 100 мс);
долговременные и кратковременные подсадки и всплески напряжения;
высокочастотный шум (высокочастотные помехи, передаваемые по электросети);
побег частоты (отклонение частоты более чем на 3 Гц).

Кроме компьютеров, ИБП обеспечивают питанием и другую электрическую нагрузку, критичную к наличию питания с нормальными параметрами электропитающей сети, например схемы управления отопительными котлами. ИБП способен корректировать параметры (напряжение, частоту) выходной сети. Крайне редкие экземпляры могут совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии (например, дизель - генератором).

Ноутбукам и прочим устройствам, имеющим встроенную аккумуляторную батарею, ИБП не нужен — аккумулятор со встроенными схемами переключения сам является таковым.

Существует три схемы построения ИБП

Резервная

За счёт КПД около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение;
невысокая стоимость ИБП в целом.

Недостатки:

относительно долгое время (порядка 4..12 мс) переключения на питание от батарей;
невозможность корректировать ни напряжение, ни частоту (VFD по классификации МЭК).
несинусоидальная форма выходного напряжения при работе от батареи (аппроксимированная синусоида, квази-синусоида).

Итог:

Интерактивная схема (Line-Interactiv)

Интерактивная схема (Line-Interactive) — устройство аналогично предыдущей схеме; дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. (VI по классификации МЭК). При работе в нормальном режиме такие ИБП не корректируют частоту, пассивные фильтры фильтруют входящее переменное напряжение. При пропадании напряжения ИБП переходит на питание от инвертора, аналогично предыдущему.

Достоинства:

отсутствие времени переключения на питание от батарей;
синусоидальная форма выходного напряжения;
возможность корректировать и напряжение, и частоту.

Недостатки:

низкий КПД (80—94 %), повышенная шумность и тепловыделение.
высокая стоимость.

Составные части ИБП

Реализация основной функции достигается работой устройства от аккумуляторов, установленных в корпусе ИБП, под управлением электрической схемы, поэтому в состав любого ИБП, кроме схемы управления, входит зарядное устройство, которое обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей при наличии напряжения в сети, обеспечивая тем самым постоянную готовность к работе ИБП в автономном режиме. Для увеличения автономного режима работы, можно оснастить ИБП дополнительной (внешней) батареей.
Режим байпас (Bypass, «обход») — питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass выполняется автоматически или вручную (ручное включения предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки). Байпасом называется один из составляющих ИБП блоков.

«Бустер» (booster) — ступенчатый автоматический регулятор напряжения (Automatic Voltage Regulation, AVR), имеющий автотрансформатор в своей основе. Используется в ИБП, которые работают по интерактивной схеме. Часто ИБП оснащается только повышающим «бустером», который имеет всего лишь одну либо несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения. Использование бустеров позволяет создать схему ИБП, способную выдержать долгие глубокие «подсадки» и «проседания» входного сетевого напряжения (одной из наиболее распространенных проблем отечественных электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи, что позволяет значительно увеличить срок «жизни» аккумуляторной батареи.

«Бустер» (booster) — ступенчатый автоматический регулятор напряжения (Automatic Voltage Regulation, AVR), имеющий автотрансформатор в своей основе. Используется в ИБП, которые работают по интерактивной схеме. Часто ИБП оснащается только повышающим «бустером», который имеет всего лишь одну либо несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения. Использование бустеров позволяет создать схему ИБП, способную выдержать долгие глубокие «подсадки» и «проседания» входного сетевого напряжения (одной из наиболее распространенных проблем отечественных электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи, что позволяет значительно увеличить срок «жизни» аккумуляторной батареи.

Инвертор — устройство, которое преобразует род напряжения из постоянного в переменное (аналогично переменное в постоянное).

Основные типы инверторов:

инверторы, которые генерируют напряжение прямоугольной формы;
инверторы с пошаговой аппроксимацией;
инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
преобразователь с импульсно-плотностной модуляцией (ИПМ, Pulse-density modulation)

Показатель, который характеризует степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоидальной формы — коэффициент нелинейных искажений (Total Harmonic Distortion, THD).

Типовые значения:

0 % — форма сигнала полностью соответствует синусоиде;
порядка 3 % — форма близкая к синусоидальной;
порядка 5 % — форма сигнала приближенная к синусоидальной;
до 21 % — сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму (модифицированный синус или меандр);
43 % и свыше — сигнал явно выраженной прямоугольной формы (меандр).

является тиристорный выпрямитель

THD-фильтр

Total Harmonic Distortion, THD