Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей источников бесперебойного питания Курсовая работа. Введение. Актуальность поставленной задачи
 Скачать 424 Kb.
|
 Введение. Актуальность поставленной задачи. В настоящее время наблюдается увеличение потребности в высокоскоростных центрах обработки данных, системах телекоммуникационной связи в реальном масштабе времени и применении систем с непрерывным автоматическим технологическим процессом. Рост потребности в таком оборудовании вместе с обеспечением большим количеством разнообразных возможностей выдвигает повышенные требования к источникам электропитания. Невзирая на то, что при генерации электроэнергии, напряжение имеет отличные характеристики, в тот момент, когда электропитание достигает потребителя, его качество далекое от идеального. Большинство типов помех недопустимое, например, значительные провалы напряжения и колебания частоты, что может привести к непоправимым потерям, вызванным повреждением оборудования. Обычно же финансовые последствия этого могут быть существенными, влияя не только на текущую работу, но, что является серьезнее, и на развитие предприятия, которое понесло убытки. За прошедшие более чем 100 лет от момента появления первого электронного устройства (радио А.С. Попова) до наших дней изменилось несколько поколений электронных устройств, которые имеют принципиальные отличия по функциональным возможностям, типу применяемой элементной базы, конструктивно-техническому решению и т.д. Это равной мерой относится к радиоэлектронной аппаратуре бытового назначения, так и системам управления сложными техническими объектами, такими как воздушные лайнеры, космические аппараты и др. Однако каждый вид электронных средств, будь это компьютер, схема управления работой системы жизнеобеспечения, проигрыватель компакт дисков или радиолокационная станция, все они имеют устройство, которое обеспечивает электропитанием все узлы и элементы (электронных ламп, транзисторов, микросхем), устройств, которые входят в ту или другую систему. Следовательно, наличие источника питания в любом устройстве вещь вполне очевидная и требования к нему достаточно большие, ведь от его качественной работы зависит работа устройства в целом. Особенное внимание, при разработке источников питания, стали уделять при построении сложных цифровых устройств (персональный компьютер или любая другая микропроцессорная техники), где возникла потребность обеспечения этих устройств непрерывным и самое главное - качественным питанием. При создании электронного устройства отдельного класса и назначения (электронно-вычислительные машины, медицинская и бытовая электронная техника, средства автоматизации) источник обеспечения гарантированного питания может быть подобран из тех, которые выпускаются серийно. В некоторых странах существуют фирмы, которые специализируются на промышленном выпуске источников бесперебойного питания, и потребитель имеет возможность выбрать тот, который ему больше всего подходит. Однако, когда по эксплуатационным, конструкторским или другим характеристикам источника бесперебойного питания, которые выпускаются серийно, не удовлетворяют потребностям потребителя, необходимо разработать новый, с учетом всех правил, специфических для этого вида. Целью данной курсовой работы является: закрепить полученные теоретические знания по техническому обслуживанию, поиску и устранению неисправностей источников бесперебойного питания. Задачи курсовой работы являются: рассмотреть основные технические характеристики источников бесперебойного питания; охарактеризовать разновидности ИБП, привести их классификацию и устройство; изучить способы поиска и методы устранения неисправностей ИПБ. 1.Основные понятия и определения темы. Техническое обслуживание - комплекс технических и организационных мероприятий, осуществляемых в процессе эксплуатации технических объектов с целью обеспечения требуемой эффективности выполнения ими заданных функций. Способы планирования мер по техническому обслуживанию классифицируются следующим образом: по событию — например, устранение поломки оборудования, используется если себестоимость ремонта относительно низкая, а брак продукции, который получается в результате поломки оборудования, невысок и не повлияет на выполнение обязательств перед заказчиками; регламентное обслуживание — для оборудования, с предусмотренными режимами и регламентами обслуживания, изначально предполагающего регулярное применение соответствующих мер по поддержанию работоспособности, такой вид обслуживания дает самый высокий процент готовности оборудования, но он и самый дорогой, поскольку реальное состояние оборудования может и не требовать ремонта; по состоянию — экспертным путем или с помощью измерителей, установленных на оборудовании, проводится оценка состояния оборудования, и на основании этой оценки делается прогноз, когда это оборудование надо выводить в ремонт. Плюсы этого вида обслуживания — его себестоимость меньше, а готовность оборудования к выполнению производственных программ достаточно высока. Источник бесперебойного питания - это устройство, включаемое между источником питания (розеткой электросети) и потребителем (компьютер, мини-АТС и т.п.), которое обеспечивает питание потребителя в случае пропадания напряжения основного источника, используя для этого энергию своих аккумуляторных батарей. В большинстве своем они могут работать с нагрузкой от двухсот ватт до нескольких киловатт. 2.Виды и типы устройств. 2.1.Классификация ИБП. Источники бесперебойного питания, согласно действующим стандартам, классифицируют по принципу действия на три основных типа: Off-Line/Stand-By/back-up UPS; On-Line; Line-Interactive; Первый тип - это источники бесперебойного питания с режимом работы offline (off-line - дословно «вне линии»). Принцип работы этого типа ИБП заключается в питании нагрузки от питающей сети и быстром переключении на внутреннюю резервную схему при отключении питания или отклонении напряжения за допустимый диапазон. Время переключения обычно составляет величину порядка 4... 12 мс, что вполне достаточно для большинства электроприемников с импульсными блоками питания. Источник бесперебойного питания состоит из двух параллельных ветвей: • фильтр-нагрузка; • выпрямитель-батарея-инвертор-нагрузка. При нормальных характеристиках сети, напряжение в нагрузку поступает через фильтр, фильтрующий всевозможные помехи. Это, обычно, фильтр-ограничитель (surge suppressor), хотя может быть и фильтр-стабилизатор (line conditioner) либо их сочетание, а также статический переключатель. Одновременно через выпрямитель подзаряжаются и аккумуляторы аккумуляторной батареи. При пропадании, завышении либо понижении входного напряжения, питание нагрузки электронным переключателем переключается на батарейное через инвертор (инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное). Переключатель обеспечивает время переключения от 2 до 15 мс. Отметим, что пропадание электроэнергии в ходе этого времени не оказывает сколь-нибудь заметного влияния на компьютерные системы, которые спокойно переносят отключение питания на 10-20мс. Учитывая, что почти у всей современной аппаратуры блоки питания импульсные, переключение совершается незаметно для пользователя. Источники бесперебойного питания такого типа могут поддержать работу персонального компьютера в ходе 5-10 мин.  Рис.2.1. Схем источника бесперебойного питания Off-Line типа. Основные недостатки ИБП Off-Line Главными недостатками ИБП off-line считают: • плохая работа источников питания этого типа в сетях с низким качеством электрической сети: плохая защита от провалов напряжения (sags), превышений допустимого значения напряжения, изменений частоты и формы входного напряжения; • невозможность своевременного восстановления емкости аккумуляторов при частых переключениях на батарейное питание; • несинусоидальное выходное напряжение при питании от аккумуляторной батареи. Итак, основное рекомендуемое использование источников бесперебойного питания off-line типа - устройство защиты нагрузки с импульсным блоком питания с редкими отклонениями в питающей сети. Второй тип - технология On-Line позволяет реализовать самый надежный тип источника бесперебойного питания. С выпрямителя (см.рис. 2.2) напряжение сети поступает на преобразователь постоянного напряжения высокого уровня в низкое ПН1, а далее - на преобразователь постоянного напряжения в переменное выходное напряжение (ПН2). Преобразователь ПН2 - инвертор, питание на который поступает как от аккумуляторов, так и от сети через выпрямитель-преобразователь напряжения ПН1, подключенных параллельно: • при нормальном входном переменном напряжении инвертор ПН2 питается от выпрямителя; • при отклонениях в питающей электросети от нормы, входное напряжение для ПН2 снимается с аккумуляторной батареи.  Рис.2.2. Схем источника бесперебойного питания On-Line типа В большинстве систем источников бесперебойного питания мощностью до 5 кВА вместо непрерывно подключенного аккумулятора, подключен резервный преобразователь постоянного тока (DC-DC converter), включающийся при сбоях сети и дублирующий шину постоянного тока от низковольтного аккумулятора. Даже в случаи незначительных отклонениях параметров входного напряжения от нормы On-Line устройства обеспечивают на выходе номинальное напряжение в области ±1-3%. Присутствие обходной цепи (bypass) позволяет подключать нагрузку прямо к силовой сети. Качество питания и надежность поставки электроэнергии, предоставляемое устройствами с архитектурой такого типа, существенно выше, чем у предыдущих. Недостатки источников бесперебойного питания On-line типа: невысокий, по сравнению с ранее рассмотренными типами, КПД (85-90%) из-за двойного преобразования (по отношению к Standby и Line-Interactive) и высокая цена. Однако, уровень защиты нагрузки и стабильность выходных параметров ИБП - разумный компромисс между безопасностью, КПД и ценой устройства. Потери в ИБП мощностью в 4000ВА не превышают 380Вт и могут быть несоизмеримыми с той задачей, которую решает подобный источник питания. Третий тип - в источниках бесперебойного питания линейно-интерактивного типа (Line-Interactive, иногда Ferroresonant) сочетаются преимущества типа On-line с надежностью и эффективностью резервных (standby). В источниках бесперебойного питания этого типа в отличие от технологии Off-line в прямую цепь включен ступенчатый автоматический регулятор напряжения (booster), построенный на основе автотрансформатора (трансформатор с переключающимися обмотками). В некоторых моделях применяется сетевой стабилизатор напряжения. Инвертор связан с нагрузкой. При работе он питает нагрузку параллельно стабилизированному (conditioned) переменному напряжению сети. Нагрузка подключается полностью лишь в том случае, когда входное напряжение электросети пропадает.  Рис.2.3 Схем источника бесперебойного питания Line-Interactive типа. Из-за такого взаимодействия ("interaction") со входным сетевым напряжением данная архитектура и получила свое название. В определенном диапазоне изменения сетевого напряжения, выходное напряжение поддерживается в заданных границах за счет переключения обмоток трансформатора либо стабилизатором. Инвертор как правило работает при низком напряжении, регулирует выходное напряжение и подзарядку аккумуляторов до тех пор, пока не потребуется его включение для полного питания нагрузки при перебоях в электросети. Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания нашли наиболее широкое применение в системах защиты компьютерных сетей. Трансформатор, сделанный по специальной так называемой ferro-технологии, сглаживает скачки напряжения, при этом источник бесперебойного питания реже переключается на работу от аккумуляторной батареи, и следовательно повышается срок службы батареи. Обычно, эти источники бесперебойного питания оборудованы совершенными фильтрами, обеспечивающими защиту от помех различного происхождения. Типовое время переключения в режим питания от аккумуляторов или обратно составляет 2 мс. Конструктивно трансформатор на имеет несколько дополнительных отводов во вторичной обмотке (это может быть автотрансформатор с единственной обмоткой), переключением отводов трансформатора при изменениях входного напряжения управляет контроллер (микропроцессор), поддерживая напряжение на выходе в требуемом диапазоне. Итак, Line-Interactive источник бесперебойного питания работает по принципу управляемого ЛАТРа и действительно реже переключается на батарейное питание при скачках входного напряжения. В этой схеме зарядное устройство конструктивно совмещено с преобразователем. Одним из преимуществ ИБП такого типа является широкий диапазон допустимых входных напряжений. В некоторых линейно-интерактивных моделях есть шунтовая цепь между входом первичной электросети и нагрузкой, такие ИБП называются шунтовыми линейно-интерактивными ИБП (UPS-LIB, Reversible + Bypass). В шунтовом режиме питаемая нагрузка не защищается. При работе с источниками на основе ferro-технологий нужно иметь в виду: • высокое выходное сопротивление источников может угрожать безопасной работе приборов, препятствуя срабатыванию сетевых предохранителей; • возможна нестабильная работа (паразитные колебания) при использовании источников для питания приборов с корректорами коэффициента мощности. Другой классификацией источника бесперебойного питания (ИПБ) является классификация по мощности. Она носит отчасти условный характер и связана с исполнением (конструкцией) ИБП. К маломощным ИБП принято относить устройства, предназначенные для не посредственного подключения к защищаемому оборудованию и питающиеся от электрической сети через штепсельные розетки. Можно встретить даже название «розеточные ИБП». Данные устройства изготавливаются в настольном, реже - напольном исполнении, а также в исполнении, предназначенном для установки в стойку (rack-mount, RM). Как правило, эти устройства выпускаются в диапазоне мощностей от 250 до 3000 ВА. К ИБП средней мощности относятся устройства, питающие защищаемое оборудование от встроенного блока розеток либо подключаемые к групповой розеточной сети, выделенной для питания защищаемых электроприемников. К питающей сети эти ИБП подключаются кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат. Данные устройства изготавливаются в исполнении, пригодном для размещения как в специально приспособленных электромашинных помещениях, так и в технологических помещениях инфокоммуникационного оборудования, допускающих постоянное присутствие персонала. Как правило, эти устройства выпускаются в напольном исполнении или в исполнении RM. Типичный диапазон мощностей таких ИБП от 3 до 30 кВА. К ИБП большой мощности принято относить устройства, подключаемые к питающей сети кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат и питающие защищаемое оборудование через выделенную групповую розеточную сеть. Данные ИБП имеют напольное исполнение для размещения в специально приспособленных электромашинных помещениях. Типичный диапазон мощностей таких ИБП охватывает значения от 10 до нескольких сотен кВА (известны модели мощностью до 800 кВА). Параллельные системы ИБП и энергетические массивы могут иметь мощности до нескольких тысяч кВА, но это уже характеристики системы, а не единичного ИБП или силового модуля энергетического массива. 2.1 Новые модификации источников бесперебойного питания.Первая модификация (by-pass) как и на рисунке 2.2 представляет собой дополнительный канал передачи электроэнергии в нагрузку, его наличие позволяет обеспечить высокую надежность устройства. Переключение в режим On-line производится автоматически при отклонении параметров выходной сети от нормы либо же в аварийных условиях работы. Таким образом, этот режим способствует увеличению надежности устройства. Вторая модификация (triple-conversion) содержит корректор коэффициента мощности. В третьей модификации (ferrups) применен феррорезонансный трансформатор, обеспечивающий высокие показатели надежности и широкий диапазон входных напряжений. Новые подходы в построении источников бесперебойного питания основываются на использовании систем с резервируемым питанием, которые обладают более высокой надежностью выходной сети, так что неисправность одного из элементов не ведет к выходу из строя всей системы. Обычно, это модульные системы, сконструированные или по принципу повышения мощности нагрузки, или для повышения надежности системы, или используя оба принципа совместно. Простейшая система имеет в структуре источника бесперебойного питания вспомогательный модуль, "изолированный в горячем дежурном режиме". Имеется несколько вариантов технических решений таких бесперебойников. Первый вариант заключается в применении автоматического переключателя (рисунок 2.4). Входы одного либо более источников питания подключены к единой сети, а с нагрузкой соединяются через автоматический переключатель. Информация о состоянии работы установок, управляющие команды поступают по каналу связи объединяющему ИБП.  Рис.2.4. Параллельная схема с использованием автоматического переключателя Второй вариант содержит "распределитель нагрузки" (рисунок 2.5), равномерно распределяющий нагрузку между отдельными источниками системы.  Рис.2.5. Параллельная схема с использованием автоматического переключателя Третий вариант осуществления параллельной структуры (рисунок 2.6) использует принцип двухуровневой системы. В этом способе один из модулей "ведущий" управляет распределением нагрузки между другими "ведомыми" модулями.  Рис.2.6. Параллельная схема на основе двухуровневой системы Master-Slave Четвертый вариант, с резервируемой параллельной архитектурой, выглядит наиболее перспективным. В такой схеме (рисунок 2.7) резервируются не только модули, но и связи между ними, причем при необходимости любой модуль может выполнять функции ведущего. Лишь для такой схемы характерно наращивание мощности, отсутствие шунтовых цепей, при этом гарантируется непрерывная защита нагрузки при помощи ИБП.  Рис.2.7. Схема резервируемой параллельной системы 3. Описание основных составляющих и конструкции устройства. 3.1.Аккумуляторы ИБП.Источником, энергия которого используется для питания нагрузки в критических режимах работы, служит аккумуляторная батарея. В источниках бесперебойного питания мощностью до 20 кВт как правило применяются герметичные свинцово-кальциевые аккумуляторы с электролитом суспензионного типа. В аккумуляторах такого типа электролит обездвижен, либо силикагелем либо скекловолокном, что делает их непротекаемыми. Это свойство электролита позволяет эксплуатировать аккумуляторы в любом положении, кроме того, они не нуждается в периодическом пополнении электролита и другом обслуживании. Электроды произведены из свинцово-кальциевого сплава, обеспечивающего продолжительный срок службы и широкую область применения аккумуляторов, рабочий диапазон температур составляет от минус 20 до плюс 50°С (для некоторых типов аккумуляторов). Аккумуляторы не страдают так называемым "эффектом памяти", могут длительно храниться в заряженном состоянии (до года), при этом ток саморазрядки незначителен. Конструкция аккумуляторов традиционна - ударопрочный пластмассовый корпус поделен на секции - "банки". Наборы катодных и анодных пластин разделены прокладками - сепараторами из стекловолокна. Активная часть электролита - серная кислота. Крышка герметично соединена с корпусом, без возможности разобрать аккумулятор. В верхней части крышки размещены клапаны (по одному на каждую секцию), обеспечивающие выпуск газа в случае его избыточного образования в ходе работы, и пластинчатые выводы. Клапаны закрыты дополнительной съемной крышкой. Продолжительность эксплуатации аккумуляторов составляет приблизительно 5 лет. При ежедневном использовании источника бесперебойного питания, собственные возможности заряда гарантируют эксплуатацию в ходе этого срока. При продолжительном неиспользовании аккумуляторы подвергаются саморазряду. Для аккумуляторов YUASA скорость саморазряда составляет приблизительно 3% в месяц при температуре окружающей среды около 20°С. Если в ходе длительного интервала времени аккумуляторы не заряжаются, то на отрицательных пластинах аккумулятора формируются сульфаты свинца. Это явление известно как "сульфатация". Сульфат свинца действует как изолятор, препятствуя приему заряда аккумулятором. Чем глубже произошла сулъфатация пластины, тем меньший заряд может принять аккумулятор. Чтобы исключить необратимые последствия при хранении, надо заряд проводить через срок, соответствующий условиям температуры окружающей среды. С целью обеспечения оптимального срока использования, длительно хранящиеся аккумуляторы, должны периодически подзаряжаться. Зарядка аккумуляторов является главной составляющей ее обслуживания. Срок использования аккумуляторов зависит от эффективности выбранного способа заряда. Имеются следующие способы заряда: - зарядка при постоянном напряжении; - зарядка при постоянной силе тока; - двухступенчатая зарядка при постоянном напряжении. Предпочтительным способом является зарядка при постоянном напряжении. В этом случае аккумуляторная батарея подключается к источнику энергии, зарядное напряжение которого поддерживается постоянным в ходе всего процесса заряда. В ходе заряда сила тока понижается и становится значительно меньше, чем при заряде способом постоянного тока, и в конце заряда опускается почти до нуля. При этом батарею заряжают до 90-95% ее номинальной емкости. 3.2. Устройство и принцип работы источника бесперебойного питания. 3.2.1. ЖК-дисплей. Небольшой экран на панели управления обеспечивает визуальное отображение информации о текущем состоянии устройства. Здесь отображаются данные о мощности подключенного оборудования, уровня заряда батареи, времени автономной работы и характеристики электросети (частота и напряжение). Данных сведений вполне достаточно, для уверенности в корректной работе ИБП. Если же происходит отказ какого либо блока (например, аккумулятора), замыкание или неисправность другого типа, информация об этом отобразится на ЖК-экране. 3.2.2. Панель управления. Тут, как правило, расположены несколько кнопок, предназначенные для взаимодействия пользователя с устройством. С их помощью можно калибровать предельные значения напряжения на выходе, настраивать чувствительность и регулировать параметры режима энергосбережения. 3.2.3. Аккумулятор. Служит источником питания при возникновении проблем в сети. Характеристики ИБП рассчитаны на обеспечение 5-7 минут автономной работы даже при максимальной нагрузке. В большинстве случаев данного интервала вполне достаточно для сохранения документов и корректного завершения работы. При возобновлении нормального напряжения сети, автоматически начинается процесс зарядки аккумулятора. По информации производителей, средний период работы батареи равен в среднем 3-5 лет. 3.2.4. Набор плат. Обеспечивает управление дисплеем и работоспособность силовой части устройства. На данных блоках находятся специальные фильтры для подавления радиочастотных и импульсных помех, а также инвертор, осуществляющий преобразование накопленной энергии в переменный ток. Основным управляющим модулем принято считать контроллер ИБП, предназначенный для обеспечения взаимодействия всех компонентов устройства. При помощи внутреннего программного обеспечения данных плат обеспечивается передача информации между компьютером и ИБП. 3.2.5. Автотрансформатор. Современный источник бесперебойного питания способен не только обеспечивать питание при отсутствии напряжения в сети, но и стабилизировать выходное напряжение для подключаемых устройств, для чего и предназначен автотрансформатор. Данный блок также связан с остальными платами, которые контролируют параметры входной сети и управляют процессом стабилизации напряжения. При этом он непосредственно принимает участие в силовой части процесса, поскольку напрямую связан с бытовой электросетью 220 В и предназначен для передачи энергии на конечную нагрузку (компьютер) при работе устройства от электросети. Такая схема характерна в первую очередь для источников бесперебойного питания линейно-интерактивного типа. Стоит отметить, что нередко используются и другие принципы работы – например двойное преобразование (иногда применяют термин онлайн-ИБП). За счет такого принципа обработки входящего напряжения удается достигнуть стабилизации напряжения в пределах 1-2%. Как правило, такие показатели требуются для чувствительных электронных устройств – например, серверам. 3.2.6. Задняя панель. Используется для размещения силовых разъемов для подключения оборудования, а также разъемы для защиты телефонной линии (например, для подключения модемов и факсов) и локальной сети. Стоит отметить, что силовые розетки бывают двух типов: с защитой от скачков напряжения и с батарейной поддержкой. Часть из них являются энергосберегающими и подразделяются на зависимые (управляемые) и главную. Принцип функции энергосбережения заключается в следующем: ПК, подключенный к главной розетке, при переключении в спящий режим потребляет заметно меньше энергии. ИБП определяет изменение уровня потребляемой энергии на главной розетке и самостоятельно обесточивает дополнительные периферийные устройства, которые не работают без компьютера (сканер, например). Необходимые параметры управляемых розеток устанавливаются заранее при помощи программного обеспечения. Также на задней панели может располагаться информационный выход для подключения к компьютеру и разъем для подключения внешних батарейных блоков. 3.2.7. Корпус. Современные источники бесперебойного питания имеют корпус из прочного пластика, в котором в обязательном порядке расположены отверстия для отвода лишнего тепла от внутренних компонентов. Настоятельно не рекомендуется устанавливать устройство в непосредственной близости от источников тепла и под прямыми солнечными лучами, так как и не рекомендуется препятствовать теплоотдаче посторонними предметами. Такой режим работы способен вызвать перегрев устройства и значительно сократить срок службы аккумуляторной батареи. Стоит отметить, что наиболее мощные устройства имеют вентиляторы для улучшения теплообмена. 3.3. Характеристики источников бесперебойного питания. 3.3.1. Форма питающего напряжения. Важное значение для нагрузки имеет именно эта характеристика источника бесперебойного питания. В режиме работы ИБП от аккумуляторных батарей на нагрузку может поступать выходное переменное напряжение близкое к прямоугольной форме (меандр), из-за сглаживающих свойств фильтров, аппроксимированная синусоида и чистая синусоида. Самая близкая к синусоиде форма выходного напряжения получается применением широтно-импульсной модуляции. Получение синусоиды в качестве питающего напряжения характерно лишь для ИБП On-line и некоторых источников питания Line-Interactive. 3.3.2. Мощность. Полная либо выходная мощность (output power). Является геометрической суммой активной и реактивной мощностей. Её значение указывается изготовителем источника питания. 3.3.3. Диапазон входного питающего напряжения. Диапазон входного питающего напряжения (input voltage) - определяет пределы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник бесперебойного питания еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь на питание от аккумуляторов. Для некоторых моделей этот диапазон зависит от нагрузки. К примеру, при 100% нагрузке диапазон входных напряжений может составлять 15-20% от номинального, при 50% нагрузке - этот диапазон составляет 20-27% от номинального, а при 30% нагрузке - 40% номинального. От этого параметра зависит срок службы аккумуляторов, чем шире диапазон, тем дольше прослужат аккумуляторы при прочих равных условиях. 3.3.4. Частота входного напряжения. Частота входного напряжения (input frequency) - характеризует диапазон отклонения частоты электросети. При нормальных условиях эксплуатации отклонение частоты от номинального значения как правило не превосходит 1 Гц. 3.3.5. Коэффициент искажения формы выходного напряжения. Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion - THD) характеризует отклонение формы выходного напряжения от синусоиды, измеряется в процентах. Маленькие значения коэффициента соответствуют форме выходного напряжения, приближающейся к синусоидальной. 3.3.6. Время переключения режимов. Время переключения режимов (transfer time) характеризует инерционность источника бесперебойного питания, для разных источников составляет приблизительно до 2-15 мс. 3.3.7. Допустимая нагрузка. Допустимая нагрузка (over load) характеризует устойчивость источника бесперебойного питания при перегрузках по мощности, измеряется в процентах по отношению к номинальной мощности. Определяет устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам. 3.3.8. Время автономной работы. Время автономной работы определяется емкостью аккумуляторной батареи и размером нагрузки. Для типовых источников бесперебойного питания небольшой мощности, питающих персональные компьютеры, оно составляет 5-10 мин. Это время рассчитано на то, чтобы пользователь мог закрыть все работающие приложения с сохранением информации и выключить ПК в нормальном режиме. 3.3.9. Срок службы аккумуляторной батареи. Срок службы аккумуляторных батарей составляет 4-5 лет, но реальный сильно зависит от условий эксплуатации: частоты переключений в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды. 4.Технология выполнения работ. 4.1. Неисправности источника бесперебойного питания. Источник бесперебойного питания (рис.4.1) – устройство, крайне желательное для создания нормальных условий работы компьютера. От него зависит не только стабильность работы компьютера, но и частота появления аппаратных неисправностей. Источники бесперебойного питания, как ни печально, также могут выходить из строя. Хотя, как показывает практика, единственное, что нужно делать, чтобы предотвратить поломку этого устройства,– вовремя менять аккумуляторные батареи. Что касается ремонта источника бесперебойного питания в домашних условиях, то, немного разбираясь в основах электротехники и имея мультиметр, можно самостоятельно определить и устранить причины множества неисправностей.  Рис. 4.1. Источник бесперебойного питания. Гнезда подключения нагрузки. Если индикация блока бесперебойного питания не показывает каких-либо отклонений в его работе, а напряжения на выходах нет, то в первую очередь необходимо проверить выходные гнезда на задней стенке устройства. Разберите источник бесперебойного питания и снимите с него заднюю панель. Обратите внимание на провода, идущие от входного разъема с переменным напряжением и стабилизаторов. К одному выходу (обычно помеченному белым) провода должны идти непосредственно от входа, а к выходам, соединенным параллельно с помощью пластин, должны идти два провода от стабилизаторов – красный и желтый (рис. 4.2).  Рис.4.2. Выходы на задней стенке блока. Если вы увидели какое-то нарушение, например отпаянный провод или пластину, вооружитесь паяльником с припоем и исправьте неполадку. Если все провода находятся на своих местах, значит, причину неисправности следует искать в другом месте. Предохранители. Как и любое другое устройство с питанием от сети переменного напряжения, источник бесперебойного питания снабжается предохранителями. Предохранители позволяют быстро отключить всю электронную схему управления при возникновении короткого замыкания или другой серьезной неисправности. Обычно источник бесперебойного питания снабжен парой предохранителей, заключенных в пластмассовую оболочку, то есть выполненных в виде ключа, замыкающего цепь. Они имеют разную мощность, и перегорает, как правило, предохранитель, обладающий более слабыми характеристиками. Вытянув каждый из них, убедитесь, что связующая нить между контактами предохранителей не разрушена. В противном случае их необходимо заменить. Для легкого поиска сгоревшего предохранителя можно воспользоваться мультиметром, чтобы проверить наличие сопротивления. Если предохранитель исправен, мультиметр покажет сопротивление в несколько ом, в противном случае никаких показаний не будет. Трансформатор. Источник бесперебойного питания содержит силовой трансформатор, который предназначен для понижения или повышения напряжения путем использования магнитных свойств трансформатора. Использование силового трансформатора позволяет достичь более высокой выходной мощности, чем у импульсных блоков питания. С другой стороны, это делает устройство более тяжелым. Как бы там ни было, довольно часто в обмотке трансформатора возникает короткое замыкание и обмотка частично перегорает. Этому могут способствовать достаточно сложные условия использования источника бесперебойного питания (нестабильность входного напряжения, постоянные скачки напряжения и мощные импульсные помехи, например от лазерного принтера или ксерокса, повышенная влажность в помещении и т. п.). При этом трансформатор сильно нагревается, и дальнейшее его использование возможно только после устранения замыкания. Если трансформатор сильно нагревается, попарно проверьте все обмотки мультиметром. При обнаружении повреждения трансформатор необходимо заменить, поскольку в домашних условиях достаточно сложно сделать новую обмотку с нужными характеристиками. Высоковольтные транзисторы. Как и в любом другом электронном устройстве, в схеме блока бесперебойного питания обязательно присутствуют компоненты, которые подвергаются серьезным нагрузкам, пропуская через себя ток большой силы. При этом тепловыделение растет, и если охлаждающая система не справляется со своими функциями, то эти компоненты попросту перегорают. Убедиться в этом достаточно просто: посмотрите внимательно на их внешний вид. Как правило, такие компоненты имеют трещины, а иногда настолько разрушены, что вместо них остаются лишь их выводы. Как правило, в качестве таких элементов выступают мощные транзисторы или микросхемы, установленные на алюминиевых радиаторах (рис.4.3). Минимальное количество транзисторов – два. Качественные блоки бесперебойного питания содержат, как правило, более четырех транзисторов.  Рис.4.3. Мощные полевые транзисторы. Для проверки транзисторов воспользуйтесь мультиметром, предварительно уточнив расположение полупроводниковых переходов у транзисторов в специальном справочнике или в Интернете, используя для этого маркировку на корпусе транзистора. Как правило, транзисторы выходят из строя парами, поэтому, обнаружив один неисправный элемент, продолжайте дальнейшую проверку. Аккумуляторная батарея. Аккумуляторная батарея (рис.4.4) – один из основных компонентов источника бесперебойного питания. В зависимости от мощности источник бесперебойного питания может содержать несколько аккумуляторных батарей. От состояния батареи и их мощности зависит мощность блока и время автономной работы подключенных к нему устройств.  Рис.4.4. Аккумуляторная батарея. Срок службы аккумуляторной батареи – три-четыре года. Однако в условиях частого отключения электричества или при работе блока питания в перегруженном режиме срок службы батареи уменьшается вдвое и обычно составляет не более двух лет. Проверить состояние батареи достаточно просто. Если продолжительность работы компьютера от батареи составляет менее пяти минут, то такую батарею следует заменить. Если блок бесперебойного питания выключается сразу после прерывания питания из электросети, то батарею нужно заменить как можно быстрее, иначе она подведет вас в самый неподходящий момент. Аккумуляторную батарею следует также заменить, если вы заметили ее внешнее вздутие или сильное окисление выводов. Кроме того, на корпусе батареи могут возникнуть трещины или из нее может вытекать электролит. 4.2. Поиск и устранение неисправностей источника бесперебойного питания. Прежде чем ремонтировать ИБП, его необходимо извлечь из системного блока компьютера. Для этого отключают компьютер от сети, вынув вилку из - розетки. Вскрыв корпус компьютера, освобождают все разъемы ИБП и, отвернув четыре винта на задней стенке системного блока, вынимают ИБП. Затем снимают П-образную крышку корпуса ИБП, отвернув крепящие ее винты. Печатную плату можно извлечь, отвернув три винта самореза, которыми она закреплена. Особенность плат многих ИБП в том, что печатный проводник общего провода разделен на две части, которые соединяются между собой лишь через металлический корпус блока. На извлеченной из корпуса плате эти части необходимо соединить навесным проводником. Если блок питания был отключен от сети питания менее получаса назад, необходимо найти на плате и разрядить оксидные конденсаторы 220 или 470 мкФ х 250В (это самые большие конденсаторы в блоке). В процессе ремонта эту операцию рекомендуется повторять после каждого отключения блока от сети либо временно зашунтировать конденсаторы резисторами 100...200 кОм мощностью не менее 1 Вт. В первую очередь осматривают детали ИБП и выявляют явно неисправные, например, сгоревшие или с трещинами в корпусе. Если выход блока из строя был вызван неисправностью вентилятора, следует проверить элементы, установленные на теплоотводах: мощные транзисторы инвертора и сборки диодов Шотки выходных выпрямителей. При "взрыве" оксидных конденсаторов происходит разбрызгивание их электролита по всему блоку. Во избежание окисления металлических токоведущих частей необходимо смыть электролит слабощелочным раствором (например, разведя средство "Fairy" водой в соотношении 1:50). Включив блок в сеть, прежде всего следует измерить все его выходные напряжения. Если окажется, что хотя бы в одном из выходных каналов напряжение близко к номинальному значению, неисправность следует искать в выходных цепях неисправных каналов. Однако, как показывает практика, выходные цепи редко выходят из строя. Измеряют напряжение между плюсовым выводом конденсатора С4 и минусовым С5 (см. рис. 4.5) или коллектором транзистора VT1 и эмиттером VT2 (см. рис.4.5) . Если измеренное значение существенно меньше 310В, нужно проверить и при необходимости заменить диодный мост VD1 (см. рис. 4.5) или отдельные составляющие его диоды.  Рисунок 4.5.Схема выходных цепей. Если выпрямленное напряжение в норме, а блок не работает, скорее всего, отказал один или оба транзистора мощного каскада инвертора (VT1, VT2, см. рис. 4.5), которые подвержены наибольшим тепловым перегрузкам. При исправных транзисторах остается проверить микросхему TL494CN и связанные с ней цепи. Отказавшие транзисторы допускается заменять отечественными или импортными аналогами, подходящими по электрическим параметрам, габаритным и установочным размерам. Транзисторы 2SC3039 можно заменить отечественными КТ872А. А вот демпфирующий диод PXPR1001 взамен отказавшего трудно приобрести даже в больших городах. В этой ситуации можно воспользоваться тремя соединенными последовательно диодами КД226Г или КД226Д. Существует возможность взамен отказавшего диода и защищенного им мощного транзистора установить транзистор со встроенным демпфирующим диодом, например, 2SD2333, 2SD1876, 2SD1877 или 2SD1554. Следует заметить, что во многих выпущенных после 1998 г. ИБП такая замена уже произведена. Для повышения надежности полезно заменить установленные в фильтрах наиболее мощных выпрямителей + 12 В и +5 В импортные оксидные конденсаторы эквивалентными по емкости и напряжению конденсаторами К50-29. Следует заметить, что на платах многих ИБП установлены не все предусмотренные схемой конденсаторы (по-видимому, из экономии), что отрицательно сказывается на характеристиках блока. Рекомендуется установить недостающие конденсаторы на предназначенные для них места. Собирая блок после ремонта, не забудьте удалить временно установленные перемычки и резисторы, а также подключить к соответствующему разъему встроенный вентилятор. Заключение. Первое и самое главное назначение источника бесперебойного питания - обеспечить электропитание компьютерной системы или другого оборудования в то время, когда электрическая сеть по каким-то причинам не может это делать. Во время такого сбоя электрической сети ИБП питается сам и питает нагрузку за счет энергии, накопленной его аккумуляторной батареей. XXI век – век передовых технологий и сложных устройств которые работают благодаря электропитанию. Поэтому электрическое питание – это важная составляющая нашей жизни, без которой труд человека отнюдь не облегчится. На современном этапе развития источником бесперебойного питания называется система, предназначение которой является защита оборудования от резких перепадов и пропадания в электросети. Источник питания заботится о вашей бытовой технике – в момент выключения в результате пропадания напряжения в сети и стабилизирует напряжение. Каждый человек, сталкивающийся с компьютерами, рано или поздно узнает о великолепной идее бесперебойного питания компьютеров. Если этот человек имеет инженерное образование и творческую жилку, он немедленно начинает изобретать "велосипед", придумывая, как бы можно было сделать такую штуку. Как правило, люди в этой ситуации придумывают одну и ту же схему, которая им кажется наиболее естественной и простой. Эта схема традиционно называется схемой с двойным преобразованием энергии. Список использованных источников. 1. В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В.А. Шахнов "Источники электропитания электронных средств" Москва, Горячая линия - Телеком 2004. 2. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel.-М.: ИП Радиософт, 2005. 3. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. -2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. 4. Конструирование РЭА. Оценка и обеспечение тепловых режимов. Учеб. пособие / В. И. Довнич, Ю. Ф. Зиньковський. - К.: УМК ВО, 1990. 5. Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности "Радиотехника" / В.О. Дмитрук, В.В. Лысак, С.М.Савченко, В.І. Правда. - К.: КПІ, 1993. 6. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник - "Солон", "Микротех", 1996 г. 7. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р, 2005. 8. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО " ИД СКИМЕН", 2002.
|