Курсовая работа: Назначение источников бесперебойного питания

Курсовая работа: Назначение источников бесперебойного питания

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Классификация источников бесперебойного питания по мощности

Глава 2. Типы источников бесперебойного питания и их структура

Глава 3. Технические характеристики источников бесперебойного питания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема и ее актуальность. 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.

При проектировании радиоэлектронной аппаратуры, одним из основных критериев экономичности является снижение потребляемой устройством мощности (в частности, применение новых технологий позволило сократить на несколько порядков потребление энергии бытовой аппаратурой, по сравнению, например с тем, что было десятки лет тому назад).

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. Пропадание напряжения для устройств этого класса может быть фатальным: медицинские системы жизнеобеспечения нуждаются в постоянной работе комплекса устройств, и требования к их питанию очень строги; системы банковской защиты и охранные системы; системы экстренной связи и передачи информации.

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.

Объект и предмет исследования. Объект исследования – источники бесперебойного питания. Предметом исследования является анализ использования и технических характеристик ИБП.

Цель и задачи исследования. Цель данной курсовой работы рассмотреть, какие существуют виды ИБП, их классификация. Задачи – рассмотреть, что такое источник бесперебойного питания.

Методы исследования. При исследовании данной темы использовались такие методы, как изучение и анализ научной литературы.

Глава 1. Классификация источников бесперебойного питания по мощности

Источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supplie, UPS) - стати­ческое устройство, предназначенное, во-первых, для резервирования (защиты) электроснабжения электроприемников за счет энергии, накопленной в аккумуля­торной батарее и, во-вторых, для обеспечения КЭ у защищаемых электроприемни­ков.

Известны также ИБП, выполненные на основе вращающихся машин с накопи­телями энергии на основе маховиков и статических ИБП, с накопителями на основе аномальных конденсаторов большой емкости, исчисляемой фарадами. В литерату­ре также применяется термин «агрегат бесперебойного питания» (АБП), но в на­стоящее время наиболее употребителен термин «ИБП».[1]

Существующая классификация ИБП производится по двум основным показа­телям - мощности и типу ИБП. Классификация ИБП по мощности носит отчасти условный характер и связана с исполнением (конструкцией) ИБП.

К маломощным ИБП принято относить устройства, предназначенные для не­посредственного 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.

Глава 2. Типы источников бесперебойного питания и их структура

По принципу устройства ИБП можно отнести к двум типам.

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.[2]

Второй тип - это источники бесперебойного питания с режимом работы on­line (on-line - дословно «на линии»). Эти устройства постоянно питают нагрузку и не имеют времени переключения. Наряду с резервированием электроснабжения они предназначены для обеспечения КЭ при его нарушениях в питающей сети и фильтрации помех, приходящих из питающей сети.

Достаточно часто в литературе по источникам бесперебойного питания упоминаются источники бесперебойного питания с режимом работы line-interactive (line-interactive UPS). Принцип их работы в значительной степени схож с принци­пом работы off-line, за исключением наличия так называемого «бустера» - устрой­ства ступенчатой стабилизации напряжения посредством коммутации обмоток входного трансформатора и использования основной схемы для заряда и подзаряда батареи, что обеспечивает более быстрый выход устройства на рабочий режим при переходе на питание от АБ. При этом время переключения на работу от АБ сокра­щается до 2...4 мс.

В зависимости от знака и величины отклонения напряжения δU включается соответствующая комбинация «отпаек» (витков) трансформатора. Данное регулирование напряжения носит ступенчатый характер. Условные обозначения на рисунках и схемах здесь и далее соответствуют приложению 1. При отклонении напряжения U выше номинального значения бустер переключает отпайку в положе­ние - δU, снижая тем самым значение напряжения, поступающего в схему ИБП и далее к электроприемнику. При отклонении напряжения ниже номинального значе­ния бустер преключает отпайку в положение + δU. Такая схема бустера применяется редко, на смену ей пришла схема, аналогичная магнитному усилителю. В этой схеме имеются две встречно включенные обмотки, соответственно намагни­чивающие или размагничивающие сердечник бустера. Различие между ИБП off-line и line-interactive фактически стерлось, поскольку появились модели off-line с воз­можностью регулирования напряжения в нормальном режиме при помощи вве­денного в схему бустера. Единственно, что различает эти типы ИБП, - это форма выходного напряжения в автономном режиме. У ИБП типа off-line - это прямо­угольная форма и аппроксимация синусоиды ступеньками и трапецией, line-interac­tive имеет синусоидальное выходное напряжение.

Для питания технических средств с импульсными блоками питания форма вы­ходного напряжения ИБП значения не имеет. Cтруктура ИБП типа off-line и line-interactive.

В нормальном режиме ИБП пропускает питание на нагрузку, осуществляя по­давление высокочастотных помех и импульсов напряжения в LC-фильтре и ком­пенсируя отклонения напряжения бустером. Аккумуляторная батарея заряжается (подзаряжается) от зарядного устройства (выпрямителя). При отключении питания запускается инвертор, и переключатель переводит питание нагрузки на инвертор ИБП. Переключение осуществляется автоматически, и АБ будет питать нагрузку до момента восстановления напряжения на входе или до исчерпания её ёмкости. В схеме б при запуске инвертора отключается вход ИБП от линии питания с целью исключения подачи обратного напряжения со стороны нагрузки в питаю­щую линию.[3]

Инвертор входит в состав всех типов ИБП. Он представляет собой полупровод­никовый преобразователь постоянного напряжения АБ в переменное напряжение 220/380 В, поступающее на электроприемники (нагрузку). В современных ИБП ти­па line-interactive инвертор совмещает в себе функции как собственно инвертора, так и зарядного устройства.

В зависимости от модели ИБП инвертор формирует напряжение различной формы. Существуют упрощенные схемы инверторов, формирующие напряжение прямоугольной формы с бестоковыми паузами. Более совершенные схемы инверторов позволяют формировать напряжение, близкое к синусоидальной форме - аппроксимированное ступенями. Оба типа таких инверторов характерны для ИБП малой мощности и пригодны для работы с импульсными бло­ками питания. Инверторы ИБП типа line-interactive формируют напряжение сину­соидальной формы с низким содержанием гармоник (как правило, ко­эффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU < 3%). Такие инверторы пригодны для питания всех типов нагрузок - от импульсных блоков пита­ния до двигателей. Как правило, форма на­пряжения инвертора и КU указываются в каталожных данных ИБП.

Типичный диапазон мощностей ИБП типов off-line и line-interactive от 250 В А до 3...5кВА.

Источники бесперебойного питания с режимом работы on-line выпускаются не­скольких типов (по принципам преобразо­вания энергии). Существуют четыре типа on-line ИБП:

·           с одиночным преобразованием;

·           с дельта-преобразованием;

·           феррорезонансные ИБП;

·           с двойным преобразованием.

Принцип одиночного преобразования (single conversion) заключается в следующем. В цепь между питающей сетью и нагрузкой включен дроссель, к выходу которого подключен инвертор. Инвертор в данной схеме является реверсивным и способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное и наоборот. Поми­мо питания нагрузки в автономном режиме вторым назначением инвертора является регулирование напряжения на стороне нагрузки при отклонениях в питающей сети.

У ИБП данного типа КПД весьма высок и может достигать 96%. Од­нако имеются некоторые недостат­ки, например низкое значение входного коэффициента мощности (cosφ ≈ 0,6), при этом он меняется при изменении как напряжения се­ти, так и характера нагрузки.

Кро­ме того, при малых нагрузках дан­ные ИБП потребляют существен­ные реактивные токи, соизмеримые с номинальным током установки. Среди современных ИБП последних моделей подобный тип не встречается, поскольку на смену ему пришла технология дельта-пре­образования, являющаяся развитием технологиии одиночного преобразования.

Принцип дельта-преобразования (delta conversion) основан на применении в схеме ИБП так называемого дельта-трансформатора. Дельта-трансформа­тор представляет собой дроссель с обмоткой подмагничивания, которая позволяет управлять током в основной обмотке (аналогично принципу магнитного усилите­ля). В ИБП применяются два постоянно работающих инвертора. Один служит для управления дельта-трансформатором и, соответственно, регулировки входного тока и компенсации некоторых помех. Его мощность составляет 20% от мощности вто­рого инвертора, работающего на нагрузку. Второй инвертор, мощность которого определяет мощность ИБП, формирует выходную синусоиду, обеспечивая коррек­цию отклонений формы входного напряжения, а также питает нагрузки от батарей при работе ИБП в автономном режиме. Благодаря такой схеме обеспечивается воз­можность плавной загрузки входной сети при переходе из автономного режима ра­боты от батарей к работе от сети (режим on-line), а также высокая перегрузочная способность - до 200% в течение 1 мин.

При загрузке ИБП данного типа на 100% номинальной мощности коэффици­ент полезного действия составляет 96,5%. Однако высокие показатели данный тип ИБП обеспечивает при следующих условиях: отсутствии отклонений и иска­жений напряжения в питающей сети, нагрузке ИБП, близкой к номинальной и яв­ляющейся линейной. В реальных условиях показатели данного типа ИБП (КПД = 90,8...93,5%) приближаются к показателям ИБП с двойным преобразованием, рассмотренного ниже. Реальное достижение высоких заявленных значений КПД ИБП с дельта-преобразованием возможно при широком внедрении импульсных блоков питания с коррекцией коэффициента мощности. Это означает, что нагруз­ка приобретает преимущественно активный характер и создаются условия для проявления высоких энергетических характеристик ИБП. В последнее время коэффициент мощности новых блоков питания достиг значения 0,92...0,97. Дру­гим достоинством ИБП с дельта-преобразованием является высокий коэффициент мощности самого устройства, близкий к 1. Это облегчает совместную работу ИБП и ДГУ. На основе ИБП с дельта-преобразованием строятся мощные централизо­ванные СБЭ с избыточным резервированием. Естественно, возможны также схе­мы с единичными ИБП. Диапазон мощностей ИБП этого типа 10...480 кВА. Воз­можно параллельное объединение до 8 ИБП для работы на общую нагрузку в од­ной СБЭ. Данный тип ИБП является основной альтернативой типу ИБП с двой­ным преобразованием.[4]

Страницы: 1, 2