ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ТИПА 9120

В лабораторной работе производится исследование ИБП переменного тока фирмы PW серии 9120 на мощность 700 ВА, который относится к типу устройств с двойным преобразованием (Double Conversion)или включенных в линию (On Line).

ИБП 9120 предназначен для защиты оборудования от отказов, связанных с электроснабжением низкого качества или с полным отключением подачи электроэнергии. Он осуществляют двойное преобразование сетевого напряжения, и обеспечивает снабжение различных систем стабилизированным синусоидальным напряжением высокого качества независимо от параметров сети питания на входе источника.

Достоинства ИБП 9120:

• Хорошая защита от шумов, импульсов и от искажений формы кривой напряжения.
• Возможность работы в сетях с нестабильной частотой.
• Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с высокой точностью.

К недостаткам ИБП данного класса можно отнести более высокую стоимость, повышенное тепловыделение и сравнительно невысокий за счет двойного преобразования КПД ≈ 80-90%.

Назначение основных элементов ИБП 9120

Структурная схема ИБП 9120 с двойным преобразованием энергии приведена на рис. 7. Основными элементами ИБП являются: выпрямитель ( В ), инвертор ( И), аккумуляторная батарея ( АБ ), блок контроля сети и управления ( БКУ ), байпас ( Б ), статический переключатель ( СП ).

Рис. 7 Структурная схема ИБП с двойным преобразованием

Выпрямитель преобразует переменное напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока для питания инвертора, и о существляетподзаряд батареи в основном режиме.

Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока для питания нагрузки.

Байпас – это специальная линия, которая позволяет питать нагрузку напрямую от электрической сети через фильтр.

Блок контроля и управления контролирует напряжение на выходе выпрямителя, напряжение на выходе инвертора и аккумуляторной батареи, а также выдает команду на осуществление переключения на работу через байпас.

Переключатель (СП) служит для переключения ИБП на работу через байпас, и представляет собой схему на транзисторах, работающих в ключевом режиме. Из-за отсутствия движущихся элементов он называется статическим переключателем.

Батарея состоит из герметизированных аккумуляторов.

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

Режимы работы ИБП

ИБП может работать в трех режимах: от сети, от батареи и через байпас.

Работа от сети (с двойным преобразованием энергии) является основным режимом работы ИБП. Напряжение электрической сети преобразуется выпрямителем в стабилизированное напряжение постоянного тока, которое используется для питания инвертора и для заряда батареи. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка.

Форма выходного напряжения всегда синусоидальная и не зависит от формы, частоты и величины входного напряжения.

Работа от батареи. Если напряжение сети уменьшается и становится меньше допустимого для нормальной работы выпрямителя в режиме стабилизации напряжения, то напряжение на выходе выпрямителя уменьшается и становится ниже напряжения батареи. Аккумуляторная батарея переходит из режима подзаряда в режим разряда. На этом этапе инвертор (и нагрузка) получает питание частично от выпрямителя, частично от батареи. При дальнейшем уменьшении напряжения сети или полностью пропадания напряжения, инвертор полностью питается от батареи. Таким образом, при переходе на аккумулятор или обратно выходная синусоида не имеет разрывов.

Работа ИБП от батареи продолжается определенное время, которое зависит от степени разряда батареи и величины нагрузки. При разряде батареи до напряжения примерно 1, 7В/эл, инвертор ИБП автоматически отключается и нагрузка не получает питания. Это защищает батарею от необратимого переразряда.

Если напряжение на входе ИБП снова поднимется до нормального, выпрямитель опять начнет заряжать батарею и питать инвертор.

Режим работы через байпас представляет собой режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр Ф.

Байпас предназначен для предохранения инвертора от перегрузки, и организации режима высокой эффективности.

Различают байпас ручной и автоматический. Ручной байпас необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых с ИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки.

Автоматический байпас включается при перегрузках ИБП возникающих, например, от стартового тока в момент подключения нагрузки: срабатывает переключатель, размыкается линия " инвертор-нагрузка" и замыкается линия " байпас-нагрузка", и нагрузка продолжает питаться от сети.

Для обеспечения непрерывного выходного напряжения ИБП (без скачков и разрывов) при переключении на байпас статическим переключателем, должна быть достигнута синхронизация инвертора с линией байпаса. Если частота напряжения в линии байпаса находится в пределах допустимого, то ИБП переключается на байпас, не испытывая импульсных нагрузок.

Если же частота в линии байпаса выходит за пределы допустимого, БКУ разрешает инвертору прекратить синхронизацию с линией байпаса и перейти на режим независимой работы. Частота инвертора становится равной ровно 50 Гц и переключение ИБП на статический байпас блокируется (т.к. при переключении возможны сильные фазовые и амплитудные искажения) до тех пор, пока частота линии байпаса не вернется в пределы допустимого.

ИБП имеет возможность настройки диапазона допустимых изменений частоты. Чем уже диапазон допустимых колебаний частоты, тем лучше для чувствительной нагрузки. Однако это снижает общую надежность системы, поскольку во время независимой работы инвертора невозможно переключение на байпас.

Режим высокой эффективности минимизирует потери и снижает потребляемую мощность, т.к. не происходит двойного преобразования напряжения. В зависимости от качества электроснабжения, ИБП автоматически переключается между режимом постоянной работы от сети и обходным режимом. Когда сетевое напряжение гладкое и не содержит помех, ИБП автоматически переключается в обходной режим для повышения эффективности.

При работе в режиме высокой эффективности переключение ИБП на работу от сети происходит в случае, если:

1) входное напряжение отклоняется от номинала более чем на ± 10%;

2) частота входного напряжения отклоняется от номинала более чем на ± 3Гц;

3) питание от сети прерывается.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

В ИБП переменного тока фирмы Powerware серии 5115 используется программное обеспечение LanSafe III для контроля и управления электропитанием непосредственно по ЛВС.

Программное обеспечение LanSafe Ш можно условно разделить на 2 функциональные части: «сервер» и клиент. «Сервер» – это сетевой компьютер с установленной программой LanSafe Ш, к которому по интерфейсу RS 232 или USB подключен ИБП. «Сервер» выполняет роль контроллера ИБП, через который информация от источника передается клиентам.

Клиент – сетевой компьютер, на котором установлена программа LanSafe Ш, но который не имеет непосредственной связи с ИБП. Клиент обменивается информацией с сервером по каналу ЛВС.

Основными задачами ПО являются:

· Закрытие операционных систем (ОС) без потери данных,

· Самодиагностика ИБП и прогнозирование возможных сбоев,

· Наблюдение за параметрами электроэнергии,

· Дистанционное управление ИБП.

Программное обеспечение структурно делится на две части:

LanSafe III Power Monitor – агент выполняет базовые функции: осуществляет сетевой обмен, инициирует закрытие ОС, на сервере обменивается информацией с ИБП.

LanSafe III Console – консоль обеспечивает удобное графическое изображение, которое отображает в интуитивно понятном виде состояние ИБП, входной и выходной сети электропитания, а также позволяет настроить параметры закрытия ОС.

Все операции по контролю и управлению электропитанием производятся в соответствии с меню Power Monitor (рис. 8).

После установки ПО значок (ярлык) для запуска программы Power Monitor высвечивается в правой нижней части экрана.

Рис. 8. Меню Power Monitor

Окно

Power Monitor (рис. 9) отображает сообщения текущего состояния системы питания, фиксирует все сбои и изменения состояний, содержат месяц, число, год, время (час, минуты, секунды) и закодированы с помощью цвета.

в – а – б – а – а –

Рис. 9. Сообщения Power Monitor

Сообщение Зелёного цвета (а)говорит, что выключение (shutdown) не ожидается. Сообщение Жёлтого цвета (б)говорит, что ИБП работает от батареи и ожидается выключение. Сообщение Красного цвета (в)говорит, что выключение произойдет через минуту.

Если происходит сбой в электропитании, то ИБП издает звуковой сигнал, а значок Power Monitor меняет цвета – желтый для предупреждения опасной ситуации, красный для предупреждения об опасности или аварии. Например, если ИБП переключается на работу от АБ, то цвет значка меняется на желтый и на экране появляется сообщение (рис. 10) о том, что система будет закрыта через 10 минут.

Рис. 10. Сообщение о закрытии ОС через 10 минут

Закрытие системы Power Monitor выполняет, используя автонастройку либо параметры, установленные при инсталляции (меню Setup → Shutdown Timing ):

Wink time - время, измеряемое в секундах от начала сбоя до передачи сооб-щения пользователю. Power failure countdown time (мин) – время от окончания wink time, до начала закрытия системы. Это время используется пользователем для сохранения и закрытия файлов.

Time needed to down system (мин) – время от окончания Power failure countdown time до момента выключения питания от ИБП. Система закрывает себя в течение этого промежутка и недоступна для пользователя.

Power Monitor соединяется с ИБП для постоянного контроля состояния входного напряжения, нагрузки и состояния оборудования. Информацию о текущем состоянии электроснабжения Консоль может отображать в двух режимах: всхематическом(Power Scope) ив виде данных (Data View). Для открытия соответствующих окон выберете в меню Power Monitor → Run Console → View → Power Scope/ Data View.

Power Scope графически отображает упрощенную структурную схему ИБП и выделяет на ней устройства, задействованные в данный момент для генерации выходного тока. На рис. 11 и 12изображены окна Power Scope супрощенными структурными схемами ИБП 5115 и 9120 соответственно.

 

Рис. 11. Режим Power Scope для ИБП 5115

Входное напряжение отображено в левой части, внутреннее состояние ИБП отображено в центре, и выходное напряжение отображено в правой части. Указаны также время прогона (Run time) - максимальное время работы от АБ и нагрузка (Load%) – процентное соотношение подключенной нагрузки к полной емкости по нагрузке.

При нормальных условиях работы, цвет входного и выходного напряжения – зеленый. Если в линии произошли сбои, то входное напряжение отображается красным цветом. Если входное напряжение понижается до близкого к критическому, оно отображается желтым цветом.

В верхней части окна содержится информация об узле (Node Information): тип узла – сервер или станция; номер версии и название ПО; адрес узла и аппаратно определенный номер узла; модель ИБП и др.

Рис. 12. Режим Power Scope для ИБП 9120

В нижней части окна указывается состояние соединения между Console и Power Monitor текстовым сообщением «Communications Status».

Data View - режим отображения данных (рис.13), в который можно перейти из режима Power Scope, выбрав в меню директивы View → Data.

Рис. 13. Режим Data View

В этом режиме данные представлены в виде шкал с подвижными указателями, которые показывают процент загрузки, входное/выходное напряжение, частоту входного тока, статус батареи, статус ИБП, сообщение о последнем событии полученным от ИБП.

Программа Power Monitor регистрирует в протоколах все важные события с питанием и батареей, доступных через консоль Run Console → Logs.

В меню Logs содержатся три протокола событий в подменю:

1) View/ Clear Power Event Log – показаны события состояния ИБП, которые фиксируют все сбои и изменения состояний, включая потерю или восстановление питания переменным током (рис. 14).

2) View/ Clear Battery Management Log – отражаются сообщения о процессах заряда, разряда и о заряженности батареи (рис. 15).

 

 

Рис. 14. Протокол View/ Clear Power Рис.15. Протокол View/ Clear

Battery Event Log Management Log

3) View/ Clear Periodic Log – журнал временных событий состояния питания. Он представляет графическое изображение таких параметров, как входное/выходное напряжение, нагрузка на выходе, напряжение на батарее и частота на выходе (рис. 16). Период сбора данных (1-60 минут), а так же период регистрации данных (до 999 дней) можно менять в меню Setup → Periodic Log Setup (рис. 8).

Рис.16. Протокол Periodic Log

Каждый тип ИБП имеет свое множество сообщений, которые зафиксированы в списке тревожных сообщений (меню Setup → Customize Alerts ). При наступлении какого-нибудь события, информация о нем поступает в «сервер» LanSafe — контроллер ИБП, где в ответ на событие инициируются заранее определенные действия: закрытие ОС, передача произвольного сообщения пользователям, запуск на выполнение любой программы, запись в лог файл (журнал событий).

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1.Определение параметров входного и выходного напряжений по установке DIP-переключателей

Определите положение DIP - переключателей на задней панели ИБП 5115 (рис. 6). В соответствии с их конфигурациями по табл. 2 определите и запишите в отчет значения входного и выходного напряжений.

2.Проверка включения

Установите напряжение 220В на рабочем автотрансформаторе. Для запуска ИБП нажмите кнопку на передней панели. В отчет запишите время включения и процессы при этом происходящие.

3. Активизация ПО LanSafe III

Включите компьютер, для запуска ПО дважды щелкните мышкой по значку
в правой нижней части экрана, появится окно Power Monitor, показанное на
рис. 9. В меню Power Monitor выберете Run Console → View → Power Scope, и на экране активизируется окно, отображающее упрощенную структурную схему (рис.11). По схематическому изображению пути протекании тока определите и запишите в отчет режим работы ИБП. Укажите напряжения на входе и выходе ИБП и оцените эти значения в соответствии с параметрами, определенными в п.п. 1.

4.Исследование технологии стабилизации напряжения

На рис. 17 приведена схема измерений для исследования ИБП 5115. Системный блок и монитор компьютера являются одновременно нагрузкой и измерительным прибором для ИБП.

Рис. 17. Схема измерений

Стабилизация напряжения осуществляется с помощью подключения обмоток Buck и Boost (понижающая и повышающая) на автотрансформаторе А, который является составной частью ИБП.

Регулятором автотрансформатора АТр, установленного на рабочем месте, установите напряжение на входе ИБП близкое к напряжению отключения от сети и перехода на АБ ( ~195В) и увеличивая его до ~270 В с шагом в 5 В записывать измерения в табл. 5.

!!! Для тестирования состояний ИБП требуется некоторое время, поэтому обновление картинки окон на экране ПК осуществляется с замедлением!!!

Таблица 5

Границы режимов

Постройте график зависимости и укажите границы режимов работы ИБП (работа напрямую от сети или через обмотки Buck и Boost автотрансформатора). Поясните принцип стабилизации напряжения.

В отчете сделайте вывод о соответствии значений , техническим требованиям, установленным в пункте 1., изначений , определенными в технических данных (табл. 1).

5.Измерение параметров состояния питания

Из журнала временных событий Periodic Log значения всех параметров занесите в табл. 6. Для более точного определения значений параметров установите на шкале делений соответствующий масштаб: Scale=5V, а значение Minimum подберите таким образом, чтобы кривая измеряемого параметра находилась в средней части шкалы. Сравните данные со значениями в окне режима отображения состояния питания Data View (рис.13) . Оцените значения параметров.

Таблица 6

(В)	(В)	(Гц)	(%)	Pн(Вт)	(В)	Run Time (мин)

6. Установка значений периода сбора и регистрации данных

Зайдите в меню Setup → Periodic Log Setup и отметить в отчете установку периода сбора данных – Sample Rate ( от 1 до 60 минут ), а так же периода регистрации данных - Keep logs for ( до 999 дней ). Запишите объем памяти необходимый для сохранения данных в установленный период.

Откройте журнал временных событий в меню Run Console → Log → View/ Clear Periodic Log. С помощью кнопок Zoom In и Zoom Out определите по шкале возможные временные периоды просмотра событий на экране, запишите их в отчет.

Установите масштаб на графике таким образом, чтобы была видна вся амплитуда изменения значений всех параметров. Для этого отдельно для каждого из параметров установите с помощью шкалы Minimum минимальные значения и с помощью шкалы Scale число единиц, отмеченных на графике так, чтобы они включали максимальные значения параметров.

График изменения входного и выходного напряжений за последние 30 минут приведите в отчете, предварительно установив соответствующий масштаб.

7.Работа с журналами событий

Открыть журнал событий Power Log ( Run Console → Logs → View/Clear Power Log ), просмотреть протоколы выписать в отчет три последних события, и очистить журнал. В отчете привести перевод событий.

То же проделать с журналом событий Battery Management Log ( Run Console → Logs → View/Clear Battery Management Log ).

Отключение ИБП

Корректно выключите ПК. Для завершения работы ИБП нажмите кнопку на передней панели и удерживайте её в течение пяти секунд. ИБП подаст звуковой непрерывный сигнал и завершит работу.

 

Лабораторная работа № 86

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ДВА ТИПА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
2. III. Источники для изучения Греческой церкви XVII в.
3. IV. Источники для изучения той же истории XVIII в.
4. V. Источники для изучения Греческой церкви XIX в.
5. А. Управление источниками финансирования на предприятии. Традиционные и новые методы и инструменты финансирования
6. Активные элементы-источники.
7. Акты Европейского Суда по правам человека как источник российского права
8. Анализ и прогнозирование товарооборота организаций общественного питания как части розничного товарооборота
9. Анализ источников формирования капитала
10. Анализ структуры имущества организации и источников его формирования
11. Антиген типа А и антитела анти-В
12. Архитектура типа клиент-сервер на основе микроядра