Кро-ме того, при малых нагрузках дан-ные ИБП потребляют существен-ные реактивные токи, соизмеримые с номинальным током установки. Среди современных ИБП последних моделей подобный тип не встречается, поскольку на смену ему пришла технология дельта-пре-образования, являющаяся развитием технологиии одиночного преобразования.

Принцип дельта-преобразования (delta conversion) основан на применении в схеме ИБП так называемого дельта-трансформатора. Дельта-трансформа-тор представляет собой дроссель с обмоткой подмагничивания, которая позволяет управлять током в основной обмотке (аналогично принципу магнитного усилите-ля). 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 вто-рого инвертора, работающего на нагрузку. Второй инвертор, мощность которого определяет мощность ИБП, формирует выходную синусоиду, обеспечивая коррек-цию отклонений формы входного напряжения, а также питает нагрузки от батарей при работе ИБП в автономном режиме. Благодаря такой схеме обеспечивается воз-можность плавной загрузки входной сети при переходе из автономного режима ра-боты 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 коэффици-ент полезного действия составляет 96,5%. Однако высокие показатели данный тип ИБП обеспечивает при следующих условиях: отсутствии отклонений и иска-жений напряжения в питающей сети, нагрузке ИБП, близкой к номинальной и яв-ляющейся 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 нагруз-ка 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. Дру-гим 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 централизо-ванные СБЭ с избыточным резервированием. Естественно, возможны также схе-мы с единичными ИБП. Диапазон мощностей ИБП этого типа 10...480 кВА. Воз-можно параллельное объединение до 8 ИБП для работы на общую нагрузку в од-ной СБЭ. Данный тип ИБП является основной альтернативой типу ИБП с двой-ным преобразованием. Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности "Радиотехника" / В.О. Дмитрук, В.В. Лысак, С.М.Савченко, В.І. Правда. - К.: КПІ, 1993.

Феррорезонансные ИБП названы так по применяемому в них феррорезонансному трансформатору. В основу принципа его работы положен эффект феррорезонанса, применяемый в широко распространенных стабилизаторах напряжения. При нормальной работе трансформатор выполняет функции стабилизатора напряжения и сетевого фильтра. В случае потери питания феррорезонансный трансформатор обеспечивает нагрузку питанием за счет энергии, накопленной в его магнитной системе. Интервала времени длительностью 8... 16 мс достаточно для запуска ин-вертора, который уже за счет энергии аккумуляторной батареи продолжает поддер-живать нагрузку. Коэффициент полезного действия ИБП данного типа соответству-ет КПД систем двойного преобразования (не превышает 93%). Данный тип источ-ников бесперебойного питания широкого распространения не получил, хотя обес-печивает очень высокий уровень защиты от высоковольтных выбросов и высокий уровень защиты от электромагнитных шумов. Предел мощности ИБП данного типа не превышает 18 кВА.

Наиболее широко распространен тип ИБП двойного преобразования (double conversion UPS), представленный на рисунке.

Зачастую в качестве синонима двойного преобразования употребляют on-line. Это не вполне верно, так как к группе ИБП типа on-line относятся и другие схемы ИБП. В ИБП этого типа вся потребляемая энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором - в энергию пере-менного тока. Выпрямитель - это полупроводниковый преобразователь. В трех-фазных ИБП средней и большой мощности - это регулируемый преобразователь, выполненный по мостовой 6-импульсной схеме (схеме Ларионова), на основе полу-проводниковых вентилей - тиристоров. Для улучшения энергетиче-ских характеристик выпрямителя (снижения искажений, вносимых в сеть при рабо-те преобразователя) применяют двухмостовые выпрямители, выполненные по 12-импульсной схеме. Выпрямители в такой схеме включены последо-вательно, они подключаются к питающей сети через трехобмоточный трансформа-тор. В современных ИБП выпрямитель непосредственно не работает на подзаряд АБ. Для зарядки АБ в схему ИБП введено специальное зарядное устройство - пре-образователь постоянного тока, оптимизирующее заряд АБ, управляя напряжением на АБ и зарядным током.

Обязательным элементом схемы ИБП большой и средней мощности является байпас (by-pass) - устройство обходного пути. Это устройство предназначено для непосредственной связи входа и выхода ИБП, минуя схему резервирования питания.

Байпас позволяет осуществ-лять следующие функции:

· включение/отключение ИБП при проведении ремонтов и регулировок без от-ключения питания электроприемников;

· перевод нагрузки с инвертора на байпас при возникновении перегрузок и ко-ротких замыканий на выходе источника бесперебойного питания;

· перевод нагрузки с инвертора на байпас при удовлетворительном КЭ в питаю-щей сети с целью снижения потерь электроэнергии в ИБП (econom mode - экономичный режим работы). Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО " ИД СКИМЕН", 2002.

Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устрой-ство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механическо-го) байпаса. Статический байпас представляет собой тиристорный (статический) ключ из встречно-паралельно включенных тиристоров. Управление ключом (вклю-чено/выключено) осуществляется от системы управления ИБП. Оно может произ-водиться как вручную, так и автоматически. Автоматическое управление осуществ-ляется при возникновении перегрузки и в экономичном режиме работы ИБП. При этом в обоих случаях напряжение инвертора синхронизировано с напряжением на входе цепи байпаса и с импульсами управления, что позволяет произвести перевод нагрузки с инвертора на байпас и обратно «без разрыва синусоиды».

Ручной (механический) байпас представляет собой механический выключатель нагрузки, шунтирующий статический байпас. Он предназначен для вывода ИБП из работы со снятием напряжения с элементов ИБП. При включенном ручном байпасе питание нагрузки осуществляется через цепь «вход байпаса-ручной байпас-выход ИБП». Остальные элементы схемы ИБП: выпрямитель, инвертор, АБ, ста-тический байпас - на время включения ручного байпаса могут быть обесточены (отключены от питания и нагрузки) с целью ремонта, регулировок, осмотров и т.д. Об отключении АБ можно говорить с некоторой натяжкой, ибо, будучи в заряжен-ном состоянии, АБ является мощным источником постоянного напряжения, пред-ставляющим опасность для обслуживающего персонала. По классификации «Меж-отраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации элек-троустановок» работы с АБ следует относить к виду работ с частичным снятием на-пряжения. При необходимости замены аккумуляторов АБ ИБП переводят на руч-ной байпас, специальным инструментом разъединяют АБ на отдельные аккумуля-торы, после чего опасность поражения электрическим током устраняется.

При работе на байпасе, как статическом, так и ручном, ИБП не имеет возможно-сти обеспечивать бесперебойное питание потребителей. Такие режимы должны сопровождаться административно-техническими мероприятиями для исключения нежелательных последствий для потребителей при отключении питания при работе на байпасе. Самая простая мера - проведение профилактических и ремонтных ра-бот в нерабочее время потребителей.

Инвертор, управляемый микропроцессором, выраба-тывает синусоидальное на-пряжение, поступающее на нагрузку. В мощных трехфаз-ных ИБП инвертор также вы-полнен по трехфазной мосто-вой схеме. Для по-строения синусоиды в инвер-торе реализован принцип широтно-импульсной модуля-ции (ШИМ).

Принцип его действия состоит в подаче импульсов переменной скважности че-рез тиристоры на трансформатор, выполняющий одновременно роль фильтра, или непосредственно на LC-фильтр на выходе инвертора. В результате формируется синусоидальное напряжение с низким коэф-фициентом гармонических искажений: КU< 3%. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. - М.:ООО " ИД СКИМЕН", 2002.

В современных ИБП двойного преобразования применяют схему зеркального преобразования. На рисунке изображены выпрямитель и инвертор ИБП, выполнен-ные по схеме зеркального преобразования. В основу схемы положено применение мощных IGBT-транзисторов (Insulated Gate Bipolar Transistor - полевой биполяр-ный транзистор с изолированным затвором). Смысл термина «зеркальное преобра-зование» состоит в том, что процессы выпрямления и инвертирования электроэнер-гии реализованы на одинаково выполненных преобразователях. Преимущества применения зеркального преобразования заключаются в обеспечении:

· отсутствия нелинейных искажений входного тока без дополнительных фильт-ров;

· коэффициента мощности ИБП, близкого к единице;

· реализации принципа ШИМ без выходного трансформатора и фильтра.

Это позволяет оптимизировать совместную работу ИБП с ДГУ, снизить массо-габаритные показатели. Недостатком зеркального преобразования является более низкий КПД (на 1...1,5%), чем у ИБП двойного преобразования с тиристорными преобразователями. Это ограничивает область применения ИБП с зеркальным пре-образованием мощностью до 30...40 кВА. В мощных трехфазных ИБП двойного преобразования часто применяют комбинированные схемы преобразователей - тиристорный выпрямитель и инвертор на ЮВТ-транзисторах.

Технология двойного преобразования отработана и успешно используется свы-ше двадцати лет, однако ей присущи принципиальные недостатки:

· ИБП является причиной гармонических искажений тока в электрической сети (до 30%) и, таким образом, - потенциально причиной нарушения работы другого оборудования, соединенного с электрической сетью; он имеет низкое значение входного коэффициента мощности (cosц);

· ИБП имеет значительные потери, так как принципом получения выходного переменного тока является первичное преобразование в энергию постоянного тока, а затем снова преобразование в энергию переменного тока; в процессе такого двойного преобразования обычно теряется до 10% энергии.

Первый недостаток устраняется за счет применения дополнительных уст-ройств (входных фильтров, 12-импульсных выпрямителей, оптимизаторов-бусте-ров), а второй принципиально не устраним (у лучших образцов ИБП большой мощности КПД не превышает 93%). Современные ИБП двойного преобразования оборудуются так называемыми кондиционерами гармоник и устройствами кор-рекции коэффициента мощности (cosц). Эти устройства входят либо в базовый комплект ИБП, либо применяются опционально и позволяют снять проблему с внесением гармонических искажений (составляют не более 3%) и повысить коэф-фициент мощности до 0,98.

Поскольку в дальнейшем при рассмотрении систем бесперебойного электро-снабжения мы будем ориентироваться в основном на ИБП двойного преобразова-ния, то имеет смысл более подробно рассмотреть варианты исполнения схем ИБП данного типа. Существуют схемы ИБП 1:1, 3:1 и 3:3. Это означает:

· 1:1 - однофазный вход, однофазный выход;

· 3:1 - трехфазный вход, однофазный выход;

· 3:3 - трехфазный вход, трехфазный выход. Конструирование РЭА. Оценка и обеспечение тепловых режимов. Учеб. пособие / В. И. Довнич, Ю. Ф. Зиньковський. - К.: УМК ВО, 1990.

Схемы 1:1 и 3:1 целесообразно применять для мощностей нагрузки до 30 кВА, при этом симметрирование не требуется, и мощность инвертора используется ра-ционально. Следует иметь в виду, что байпас в таких схемах является однофазным и при переходе ИБП с инвертора на байпас для входной сети ИБП 3:1 становится несимметричным устройством, подобно ИБП 1:1. Проектом должен быть преду-смотрен режим работы на байпасе, т.е электрическая схема не должна подвергаться перегрузкам, и КЭ не должно выходить за установленные пределы при переходе ИБП на байпас. На рисунке приведена схема ИБП 3:1.

Особенностью данной схемы является наличие на входе конвертора 3:1. При его отсутствии ИБП имеет схему 1:1. Наличие конвертора не только превращает ИБП 1:1 в 3:1, но и позволяет осуществлять работу на байпасе в симметричном режиме.

Cхема ИБП по схеме 3:3. Здесь имеется зарядное устройство для оптимизации режима заряда аккумулятор-ной батареи и преобразователь постоянного тока - бустер (booster DC/DC), позво-ляющий облегчить работу выпрямителя за счет снижения глубины регулирования. Таким образом обеспечивается меньший уровень гармонических искажений вход-ного тока. В некоторых случаях такую схему называют схемой с тройным преобра-зованием.

Страницы: 1, 2, 3