Главная Регистрация Статистика Контакты
   
 
Разделы
Автомобильные устройства Автоматические выключатели Стабилизаторы напряжения Источники питания Генераторы напряжения Маркировка компонентов Зарубежная схемотехника Радиотехника Вентиляция Оборудование Полезная информация Статьи и публикации
 
Последние материалы
Термопары

Ремонт посудомоечной машины

Реактор электрический

Электродвигатели на 220 и 380 вольт

Низковольтное оборудование и его применение

Роторные и диафрагменные насосы

Частотный преобразователь

 
Автоматические выключатели
Автоматический выключатель - УЗО.

Варианты применения УЗО в системах заземления.

Защита электропроводки в домах и квартирах.

Схемы распределительных щитов с использованием УЗО.

УЗО - Устройства защитного отключения.
 
Стабилизаторы напряжения
Выбор стабилизатора напряжения для коттеджа, дачи.

Принцип регулировки напряжения в стабилизаторах.

Стабилизатор напряжения Ресанта.

Регулировка напряжения в стабилизаторах.

Cхема питания ноутбука от автомобиля.
 
Зарубежная схемотехника
Регулируемые блоки питания и преобразователи.

Акустический выключатель.

Преобразователи напряжения.

Усилитель мощности на TDA2005.

Схема усилителя на 300 Ватт.
 
Полезная информация
Спутниковое телевидение и оборудование.

Подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Условные обозначения в электрических схемах (ГОСТ 7624-55).

Обозначения условные графические в схемах (ГОСТ 2.721-74). Часть I.

Обозначения условные графические в схемах (ГОСТ 2.721-74). Часть II.
 
 
» » Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП)


Источники питания : Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП)
28-06-2009, 18:11 просмотров: 12651

Анализ современной терминологии топологии и структуры построения ИБП переменного тока.

В соответствии с международным стандартом IEC 62040-3 [1,2] современные ИБП разделяются на три основных типа:

  • ИБП резервного типа - Passive Standby UPS (ранее назывался Off-Line UPS);
  • ИБП линейно-интерактивного типа - Line-Interactive UPS;
  • ИБП с двойным преобразованием энергии - Double-Conversion UPS (ранее назывался On-Line UPS).

Общая структура ИБП резервного типа, представленная на рисунке 1, содержит входной фильтр (ВФ), зарядное устройство (ЗУ), инвертор (ИНВ), аккумуляторную батарею (АБ), блок коммутации (БК), регулирующий стабилизатор (СТ).



Рис.1 Общая структура ИБП резервного типа

Общая структура ИБП резервного типа

В наиболее простых и дешевых моделях ИБП резервного типа стабилизатор отсутствует. Инвертор подключен параллельно сетевому источнику и действует как источник резервного питания.

При наличие сетевого напряжения соответствующего качества нагрузка подключается коммутатором к сети через высокочастотный входной фильтр ВФ и стабилизатор СТ. В качестве последнего могут быть использованы феррорезонансный трансформатор или автотрансформатор с переключаемыми отводами обмотки [3] (см. рис.2), выполняющий функции дискретного регулятора (корректора) напряжения. Данная функция обеспечивает расширение диапазона входного напряжения, при котором не происходит переключение в аккумуляторный режим.



Рис.2 Подключение нагрузки к сети через автотрансформатор с переключаемыми отводами обмотки

Подключение нагрузки через автотрансформатор

При отклонении входного напряжения более допустимого или пропадании сети происходит переключение нагрузки на инвертор, выходное напряжение которого имеет прямоугольную форму с регулируемыми паузами между положительными и отрицательными импульсами (см. рис.3). Это обеспечивает стабилизацию действующего значения основной гармоники выходного напряжения (50 Гц) при изменении напряжения аккумуляторной батареи. Таким образом, ИБП резервного типа представляют собой комбинацию стабилизатора и инвертора, коммутируемых с помощью автомата ввода резерва (АВР).



Рис.3 Форма выходного напряжения инвертора ИБП резервного типа

Форма напряжения инвертора ИБП резервного типа

Достоинства ИБП резервного типа:

  • простота и дешевизна;
  • высокий КПД в сетевом режиме.

Недостатки:

  • конечное время переключения нагрузки с сети на инвертор и наоборот;
  • несинусоидальное выходное напряжение в автономном режиме;
  • ИБП не защищает нагрузку от недопустимых отклонений частоты и формы напряжения сети;
  • возможно возникновение нежелательных переходных процессов выходного напряжения при переключениях с сети на инвертор и наоборот;
  • нелинейная нагрузка с высоким крест-фактором вызывает искажения входного тока от синусоидальной формы и снижает входной коэффициент мощности.

Наиболее распространенный диапазон мощностей ИБП резервного типа: 250 - 1500 ВА.

В таблице 1 приведены основные технические характеристики некоторых наиболее известных ИБП резервного типа.

Таблица 1. Технические характеристики резервных ИБП

Модель ЛИКBack-UPS AVRSmartLine / Smart-VisionBack Pro / BNT
Производитель Тэнси-Техно APC NeuHaus / N-Power Powerman / Powercom
Мощность, кВА 0,5; 1,0; 1,5 0,5 0,3; 0,45; 0,7; 1,0; 1,5 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,4
Диапазон входного
напряжения, В
220 -27%,+23% 220 ±27% 220 -23%, +30% 220 ±25%
Точность выходного
напряжения, В
220 ±7% 220 -10%,+6% 220 -14,5%, +10% 220 ±10%

На рисунке 4 приведена структура линейно-интерактивного ИБП. Здесь, в отличие от резервных ИБП, присутствует двунаправленный преобразователь напряжения (ДПН), выполняющий как функцию инвертора, так и функцию зарядного устройства. При наличии сети ДПН работает как выпрямитель и осуществляет заряд АБ. Благодаря двунаправленному действию и синусоидальной форме напряжения, формируемого в режиме инвертора, ДПН взаимодействует с сетевым источником, т.е. имеет интерактивное включение.



Рис.4 Структура линейно-интерактивного ИБП

Структура линейно-интерактивного ИБП

Как и для резервных ИБП, в данном случае в качестве стабилизирующего узла для расширения диапазона входного напряжения без перехода на автономный режим обычно используется дискретный корректор напряжения. В сетевом режиме ИБП возможна дополнительная стабилизация выходного напряжения путем добавки или вычитания выходного напряжения ДПН. Такой принцип стабилизации получил название "Дельта-преобразование" и используется многими производителями ИБП [4].

Достоинства ИБП линейно-интерактивного типа (в отличие от резервных ИБП):

  • синусоидальная форма выходного напряжения в автономном режиме;
  • совмещение функций ЗУ и ИНВ в одном узле.

Остальные недостатки, присущие резервным ИБП, распространяются и на ИБП линейно-интерактивного типа. На наш взгляд, блок коммутации является наиболее ответственным местом данных ИБП, поскольку именно от его работы зависит обеспечение надежности всего ИБП. Это связано с тем, что при переходе ИБП в автономный режим этот блок должен обеспечивать четкое рассоединение инвертора и сетевого источника, обладающего малым внутренним сопротивлением. В противном случае инвертор оказывается замкнутым накоротко и выходит из строя.

Наиболее распространенный диапазон мощностей ИБП линейно-интерактивного типа: 500 - 3000 ВА. В таблице 2 приведены основные технические характеристики некоторых моделей ИБП линейно-интерактивного типа.

Таблица 2. Технические характеристики линейно-интерактивных ИБП

Модель Smart-UPSPSIPW5125Real Smart / PC KIN
Производитель APC Liebert Invensys Powerman / Powercom
Мощность, кВА 0,42; 0,62; 0,7; 1,0; 1,4; 2,2 0,7; 1,0; 1,4; 2,2 1,0; 1,5; 2,2 0,7; 1,0; 1,5; 2,2
Диапазон входного
напряжения, В
220 -28%,+23% 220 -25%,+24% 220 -30%,+20% 220 -30%,+25%
Точность выходного
напряжения, В
220 ±10% 220 -15%,+12% 220 -10%,+6% 220 ±10%

Топология ИБП с двойным преобразованием энергии в общем виде приведена на рисунке 5. По этой топологии инвертор включен последовательно в цепи сетевой источник - нагрузка. При наличие сетевого напряжения в допустимых пределах (величина, частота, искажение синусоидальной формы) питание нагрузки происходит по цепи выпрямитель - инвертор, где происходит преобразование напряжения переменного тока в постоянный и наоборот, т.е. двойное преобразование энергии. В режиме перегрузки или выхода из строя какого-либо узла двойного преобразования нагрузка переключается напрямую к сети через блок коммутации цепи автоматического шунтирования (BYPASS). При пропадании сети или ее недопустимых отклонениях ИБП мгновенно переходит в автономный режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи. В сетевом режиме выпрямитель выполняет также функцию зарядного устройства батареи. Выпрямитель может выполняться управляемым (на тиристорах или IGBT транзисторах) или неуправляемым (на диодах). Инверторы ИБП с двойным преобразованием энергии выполняются на IGBT транзисторах, коммутируемых с частотой 10 - 50 кГц, и формирующих с помощью выходного фильтра синусоидальное напряжение 50 Гц.



Рис.5 Топология ИБП с двойным преобразованием энергии

Топология ИБП с двойным преобразованием энергии

По рассмотренной топологии выполняются ИБП средней и большой мощности (более 30 кВА), имеющие номинальные значения напряжения батареи в пределах 360 - 384 В. ИБП меньшей мощности используются определенные разновидности основной топологии двойного преобразования - за счет дополнительных силовых блоков преобразования (см. рис.6, 7).

ИБП с двойным преобразованием для однофазных ИБП малой мощности

Рис.6 Структура ИБП с двойным преобразованием и корректором коэффициента мощности для однофазных ИБП малой мощности
ИБП средней мощности
Рис.7 Структура ИБП с двойным преобразованием и корректором коэффициента мощности для одно- и трехфазных ИБП средней мощности

Структура на рисунке 6 используется для однофазных ИБП мощностью до 3 кВА и содержит блок корректора коэффициента мощности, совмещенный с неуправляемым выпрямителем (ККМ-В), блок зарядного устройства (ЗУ), преобразователь постоянного напряжения (ППН). Функциональное назначение этих блоков следующее:

  • ККМ-В обеспечивает преобразование напряжения сети переменного тока в стабильное напряжение постоянного тока. Этим достигается практически синусоидальная форма тока, потребляемого из сети, что позволяет иметь входной коэффициент мощности близким к единице;
  • ЗУ формирует необходимую величину напряжения заряда аккумуляторной батареи, номинальное значение напряжения которой выбирается, в зависимости от мощности ИБП, от 36 до 96 В;
  • ППН обеспечивает согласование напряжения батареи с высоковольтным напряжением питания инвертора и рассчитан на максимальную мощность нагрузки.

Структура на рисунке 7 используется как для однофазных, так и для трехфазных ИБП мощностью 6 - 30 кВА. Здесь ППН выполняет как функцию ККМ, так и функцию стабилизатора напряжения питания инвертора. Номинальное значение напряжения батареи выбирается в пределах 120 - 288 В. Вход ЗУ может питаться как сетевым напряжением, так и стабильным постоянным напряжением с выхода ППН.

Основные достоинства ИБП с двойным преобразованием энергии:

  • обеспечение высокой точности стабилизации синусоидального выходного напряжения в сетевом и автономном режимах;
  • обеспечение стабильной частоты выходного напряжения при отклонениях частоты сети;
  • отсутствие переходных процессов при переключениях с сетевого режима на автономный и наоборот;
  • возможность исключить влияние нелинейной нагрузки с высоким крест-фактором на форму входного тока;
  • повышение надежности системы по обеспечению бесперебойного питания нагрузки за счет автоматического шунтирования.

В таблицах 3 - 5 приведены основные технические характеристики ряда моделей ИБП с двойным преобразованием энергии.

Таблица 3. Технические характеристики трехфазных ИБП (см. рис.5)

Модель HLUPS 7200Borri 4000
Производитель Astrid Liebert Invensys
Мощность, кВА 20, 25, 32, 40, 60, 80, 100, 125 30, 40, 60 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120
Диапазон входного напряжения, В 380 ±10% 380 -15%,+10% 380 -10%,+15%
Точность выходного напряжения, В 380 ±1% 380 ±1% 380 ±1%
Коэффициент мощности по входу 0,83 0,8 0,83
Коэффициент мощности по выходу 0,8 0,8 0,8

Таблица 4. Технические характеристики однофазных ИБП малой мощности (см. рис.6)

Модель ДПКUPStation GXTPW9120ULTimate
Производитель Тэнси-Техно Liebert Invensys Powercom
Мощность, кВА 1,0; 3,0 0,7; 1,0; 1,5 2,0; 3,0 0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0
Диапазон входного
напряжения, В
220 -27%,+25% 220 ±27% 220 -20%,+27% 220 -27%,+25% 220 -27%,+25%
Точность выходного
напряжения, В
220 ±3% 220 ±3% 220 ±3% 220 ±3% 220 ±2%
Коэффициент мощности
по входу
0,95 0,95 0,95 0,97 0,98
Коэффициент мощности
по выходу
0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

Таблица 5. Технические характеристики однофазных ИБП средней мощности (см. рис.7)

Модель ДПКUPStation GXTPW9150ONLine
Производитель Тэнси-Техно Liebert Invensys Powercom
Мощность, кВА 6,0; 10,0 6,0; 10,0 8,0; 10,0; 12,0 7,5; 10,0; 15,0
Диапазон входного
напряжения, В
220 -15%,+25% 220 -15%,+25% 220 -20%,+25% 220 ±25%
Точность выходного
напряжения, В
220 ±3% 220 ±3% 220 ±2% 220 ±1%
Коэффициент мощности
по входу
0,98 0,98 0,98 н/д
Коэффициент мощности
по выходу
0,7 0,7 0,7 0,8

Климов В.П., Портнов А.А., Зуенко В.В.

Литература.

1. IEC 62040-3 (1999-03) Uninterruptible power systems (UPS) - part 3: Method of specifying the performance and test requirements.
2. UPS topologies and standards, MGE UPS Systems, MGE 0248 UK1-11/99.
3. Вагапов Ю.Ф., Белянин И.В.,Шахов А.В. О стандарте МЭК на агрегаты бесперебойного питания, Электротехника, №3, 2000г.
4. Дельта-преобразование: ИБП, дружественный к электросети, Connect, №11, 2000г.

Статья опубликована в журнале "Электронные компоненты" N7 за 2003 год.



 
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.

Другие новости по теме:

  • Трехфазные ИБП: схемотехника и технические характеристики
  • Схемотехника и технические характеристики ИБП малой и средней мощности
  • Отечественные однофазные ИБП
  • Многомодульный ИБП - современная тенденция развития систем бесперебойного
  • Регулировка напряжения в стабилизаторах


  • Комментарии (0)   Напечатать
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
     
     
     
     
    Авторизация
    Логин:
    Пароль:
     
     
    Генераторы напряжения
    Миниэлектростанция. Вопросы и ответы.

    Обеспечение длительного времени бесперебойного электроснабжения.

    Портативные бензиновые и дизельные генераторы.

    Построение дистанционной системы подачи топлива для дизель-генераторной установки.

    Стационарный дизельный генератор.
     
    Источники питания
    Коэффициент мощности однофазного бестрансформаторного импульсного источника питания.

    Многомодульный источник бесперебойного питания. Схемы, решения.

    Отечественные однофазные ИБП. Характеристики.

    Схемотехника однофазных корректоров коэффициента мощности.

    Схемотехника и технические характеристики ИБП малой и средней мощности.

    Трехфазные ИБП: схемотехника и технические характеристики.

    Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП).
     
    Маркировка компонентов
    Резисторы. Цветовая маркировка.

    Резисторы. Кодовая маркировка.

    Кодовая маркировка электролитических конденсаторов.

    Кодовая маркировка конденсаторов.

    Конденсаторы. Допуски и температурный коэффициент.

    Корпуса компонентов для поверхностного монтажа.

    Сквозная нумерация наиболее популярных корпусов SMD.

    Индуктивность. Цветовая и кодовая кодировка.

    Транзисторы. Цветовая и кодовая кодировка.
     
    Наш опрос
    Каких материалов не хватает на сайте?

    Техническая документация
    Электрические схемы
    Справочная информация
    Я нашел то, что искал
    Мне без разницы
     
    Статистика
     
    Вся информация находится в свободном доступе и размещена не для коммерческого использования.
    Copyright © 2009 - «Электропортал»