ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ТИПА 5115

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

В лабораторной работе производится исследование ИБП переменного тока фирмы Powerware серии 5115 мощностью 1000 ВА, который относится к линейно-интерактивному типу и предназначен для защиты локальных сетей, серверов, рабочих станций и другого электрического оборудования в электросетях с большими колебаниями входного напряжения. ИБП 5115 защищает чувствительное электронное оборудование от пяти основных неполадок с питанием, таких, как исчезновения напряжения, провалы напряжения, повышения напряжения, понижения напряжения и электромагнитные и радиочастотные помехи.

Достоинства ИБП 5115:

Использование передовой технологии управления зарядом батарей ABM (Advanced Battery Management), основанной на использовании микроконтроллеров для контроля и управления батареями, удваивает их срок службы, оптимизирует время заряда и обеспечивает предупреждение об окончании срока службы батарей.
Технология стабилизации напряжения Buck and Boost (понижение и повышение) обеспечивает питание нагрузки стабилизированным напряжением путем компенсации колебаний напряжения сети.
Возможность замены батарей пользователем без отключения питания нагрузки упрощает техническое обслуживание.
Устройство защиты от переходных процессов в компьютерной сети защищает сетевое оборудование от импульсов напряжения.
Возможность включать ИБП при отсутствии напряжения в сети питания за счет энергии аккумуляторных батарей.

Назначение основных элементов ИБП 5115

Структурная схема ИБП 5115 приведена на рис. 3. Основными элементами ИБП являются: автотрансформатор ( А ), выпрямитель ( В ), инвертор ( И), аккумуляторная батарея ( АБ ), блок контроля сети и управления ( БКУ ), переключатель ( П ).

Автотрансформатор стабилизирует выходное напряжение источника при колебаниях напряжения сети в широких пределах без переключения на АБ.

Выпрямитель осуществляетподзаряд батареи в нормальном режиме.

Инвертор включается переключателем П при значительном изменении или исчезновении входного напряжения.

Рис. 3. Структурная схема ИБП линейно-интерактивного типа

Аккумуляторная батарея состоит изгерметизированных аккумуляторов.

Переключатель служит для переключения ИБП на работу от АБ и представляет собой быстродействующие реле.

Фильтр состоит изL-C элементов, свободно пропускающих колебания с частотой ниже 50 Гц.

Блок контроля и управления представляет собой микропроцессор, который следит за частотой сети, за величиной действующего и мгновенного значений напряжения сети, и выдает команду на переключение режимов работы. В состав БКУ входит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который несколько раз за полупериод производит измерение мгновенного значения напряжения сети, преобразует результат измерения в цифровую форму и передает его для анализа микропроцессору ИБП. В памяти микропроцессора хранится образ идеальной синусоиды, с которым сравниваются результаты измерения мгновенного значения напряжения, и выдается соответствующая команда на переключение.

Например, ИБП может переключиться на работу от батареи, если:

частота сети находится вне диапазона допустимых значений;
мгновенное значение напряжения отклонилось от мгновенного напряжения идеальной синусоиды, хранящейся в памяти ИБП, на величину больше допустимой;
действующее значение напряжения стало меньше или больше допустимого;
в сети появился импульс, не погашенный до конца фильтром импульсов.

Режимы работы ИБП

ИБП имеет два режима работы: работа от сети и работа от батареи.

Питание нагрузки от сети является основным режимом работы ИБП. Напряжение фильтруется от шумов и импульсов фильтром и поступает на автотрансформатор. Часть мощности подается на выпрямитель и расходуется на подзаряд батареи ИБП или восстановление емкости АБ после разряда.

Регулирование напряженияна выходе ИБП осуществляется за счет переключения нагрузки на работу от повышающей ( Boost ) или понижающей ( Buck ) обмоток А. Такое переключение происходит в два этапа.

После того, как БКУ обнаружит снижение или повышение напряжения сети, происходит переключение ИБП на режим работы от батареи на время переключения обмоток трансформатора. Через 1-2 секунды ИБП снова переходит к работе от сети и начинает выдавать повышенное или пониженное с помощью А напряжение. Усложнение алгоритма переключения необходимо для того, чтобы при переключении не возникали импульсные нагрузки.

Питание нагрузки при работе от встроенных аккумуляторов осуществляется при отключении питания входной сети или выходе напряжения в сети за диапазон, определенный в технических данных (чрезмерном повышении или понижении).

Переход на батарею у ИБП 5115 происходит при понижении входного напряжения до 187 В и повышении напряжения до 274 В (при U_ном=230 В). В этом случае выходное переменное напряжение генерируется инвертором, получающим энергию от аккумуляторных батарей.

Обратный переход на питание от сети происходит при повышении входного напряжения свыше 193 В и понижении до 251В.

Длительность работы от АБ зависит от емкости батареи и от величины нагрузки, и в данном ИБП составляет 5 минут при полной нагрузке. Если сетевое напряжение за это время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП отключает нагрузку.

Переход на аккумуляторы

Процесс переключения с режима работа от сети на режим работы от батареи для ИБП представлен на рис. 4.

При пропадании напряжения в момент времени t₁ Uвх = 0, ИБП переключается на режим работы от батареи. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но остается под контролем БКУ. Переключатель П в момент времени t₂ подключает инвертор, который начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Время срабатывания П примерно 2-5 мс, что обеспечивает переключение за 3-6 мс, включая время обнаружения сбоя.

Рис. 4. Процесс переключения на работу от АБ

Если сетевое напряжение становится нормальным, ИБП готовится к переключению на батарею: начинает синхронизацию переменного напряжения инвертора с сетевой синусоидой. Частота напряжения на выходе инвертора и частота сети не совпадают совершенно точно, поэтому разность фаз между этими напряжениями плавно меняется. Когда фаза напряжения инвертора с заданной точностью совпадет с фазой сетевого напряжения, происходит переключение ИБП на работу от сети.

Период времени с момента восстановления напряжения в сети до переключения к ней нагрузки может составить несколько секунд. При таком переключении не возникают фазовые и амплитудные скачки. Это позволяет избежать сильной эрозии контактов переключателей.

Технические данные ИБП 5115

Основные технические данные ИБП 5115 приведены в табл. 1.

Таблица 1

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒