Курсовая работа: Назначение источников бесперебойного питания
· 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 устройств (входных фильтров, 12-импульсных выпрямителей, оптимизаторов-бустеров), 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 коррекции коэффициента мощности (cosφ). 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 коэффициент мощности до 0,98.
Поскольку в дальнейшем при рассмотрении систем бесперебойного электроснабжения мы будем ориентироваться в основном на ИБП двойного преобразования, 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.[7]
Схемы 1:1 и 3:1 целесообразно применять для мощностей нагрузки до 30 кВА, при этом симметрирование не требуется, и мощность инвертора используется рационально. 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 предусмотрен 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 аккумуляторной батареи и преобразователь постоянного тока - бустер (booster DC/DC), позволяющий облегчить работу выпрямителя за счет снижения глубины регулирования. Таким образом обеспечивается меньший уровень гармонических искажений входного тока. В некоторых случаях такую схему называют схемой с тройным преобразованием.
Принципиально нет предпосылок выделять такие схемы в отдельный тип ИБП, так как остается общим главный принцип - выпрямление тока с его последующим инвертированием. Разумеется, в звене постоянного тока могут присутствовать сглаживающие ёмкости, а в некоторых случаях - дроссель (на схемах не показаны). Источник работает по схеме 3:3 в любом режиме - при работе через инвертор (режим on-line) и при работе на байпасе. По отношению к питающей сети работа в режиме on-line является симметричной, тогда как работа на байпасе зависит от баланса нагрузок по фазам. Впрочем, сбалансированность нагрузок по фазам в первую очередь важна для рационального использования установленной мощности самого источника, а по отношению к питающей сети небаланс по фазам при работе на байпасе может проявить себя только при работе с ДГУ. Но в этом случае решающим будет не симметрия нагрузки, а её нелинейность.
В настоящее время для повышения эффективности (КПД) применяется комбинированная схема, суть функционирования которой заключается в следующем. Выделяется диапазон входного напряжения, как правило ±6... 10%, в котором ИБП работает в так называемом экономичном режиме (переходит на статический байпас), а при выходе входного напряжения из этого диапазона ИБП в течение 2...4 мс переходит в режим on-line. Созвучно с рекламным слоганом эту технологию можно характеризовать как «два в одном». При использовании ИБП в электросетях, имеющих показатели качества электроэнергии не ниже ГОСТ 13109-97, эта технология дает существенное снижение потерь электроэнергии за счет высокого коэффициента полезного действия в экономичном режиме. Все потери электроэнергии в этом режиме сводятся к потерям в проводниках и тиристорах статического байпаса. КПД при этом приближается к 98%.
Однако и у этой схемы имеются некоторые недостатки:
· при применении таких ИБП в качестве централизованных в двухуровневой схеме СБЭ диапазон напряжения, в котором осуществляется работа в экономичном режиме, должен быть меньше диапазона напряжения ИБП второго уровня до перехода на питание от батарей, чтобы не вызвать перехода ИБП второго уровня в автономный режим;
· при работе в экономичном режиме ИБП не защищает входную сеть от гармонических искажений тока, вызываемых нагрузкой с импульсными блоками питания. Как следствие, необходимо увеличение сечения нейтрального проводника на входе ИБП и значительное увеличение мощности ДГУ (по данным фирмы АРС, мощность ДГУ должна превышать расчетную мощность ИБП в 6...9 раз). При работе ИБП с ДГУ соизмеримой мощности следует средствами конфигурирования ИБП исключать экономичный режим работы.[8]
Глава 3. Технические характеристики источников бесперебойного питания
До настоящего времени в Российской Федерации действует ГОСТ 27699-88 (Стандарт СЭВ 5874-87) «Системы бесперебойного питания приемников переменного тока. Общие технические условия». Так как основным назначением СБЭ является электроснабжение инфокоммуникационного оборудования, требования к ИБП наряду с рекомендациями стандарта определяются следующими факторами:
· характеристиками блоков питания оборудования;
· обеспечением надежности электроснабжения при некритичных авариях и неисправностях в самой СБЭ;
· обеспечением электромагнитной совместимости.[9]
Области нормального функционирования и области отказов и сбоев импульсных блоков питания в зависимости от напряжения и времени нарушения электроснабжения.
Требования ГОСТ 27699-88 представлены в таблице, которая может помочь в выборе ИБП. Некоторые ячейки в таблице не заполнены. Это означает, что стандарт не регламентирует данный параметр, а при выборе ИБП следует руководствоваться техническими условиями на защищаемое оборудование. Масса и габариты устройств должны быть приняты во внимание при разработке строительного задания на размещение ИБП, определении пригодности монтажных проемов и нагрузочной способности перекрытий. КПД имеет смысл сравнивать при выборе ИБП одинакового типа. Количество параллельно работающих ИБП важно при выборе оборудования для создания отказоустойчивой системы электроснабжения.
Характеристики ИБП по ГОСТ 27699-88
| Показатель | Значение, % |
| Стабилизация напряжения | ±5 |
| Стабилизация частоты | ±2 |
| Гармонические искажения | 5 |
| Фильтрация ВЧ-импульсов | - |
| ВХОДНОЙ cosφ | - |
| Гальваническая развязка | - |
| Колебания напряжения на входе | -15...+10 |
| Колебания частоты на входе | ±2 |
| Перегрузочная способность (в течение 15 мин) | 110 |
| Количество агрегатов, работающих параллельно | - |
На практике производители ИБП предоставляют достаточно большой объем технических характеристик выпускаемой продукции. В таблице приводятся наименования и необходимые комментарии к характеристикам ИБП.
Характеристики ИБП
| Характеристика | Описание |
| Общие данные | |
| Номинальная выходная мощность ИБП (кВА) | Номинальная мощность ИБП без учета КПД и заряда АБ |
| Номинальная выходная мощность одного модуля ИБП (кВА) | Номинальная мощность одного модуля энергетического массива |
| Количество ИБП, включаемых на параллельную работу | Максимальное количество ИБП, включаемое параллельно |
| Схема ИБП | Число фаз вход/выход (1:1; 3:1; 3:3) |
| Количество модулей, включаемых на параллельную работу | Максимальное количество модулей в устройстве или в группе |
| КПД при нагрузке 100% в режиме on-line (%) | Как правило, указывается для работы на активную нагрузку |
| Тепловыделение ИБП при нагрузке 100% и заряженных батареях (Вт) | Тепловыделение с учетом КПД и без учета заряда АБ |
| Тепловыделение одного модуля при нагрузке 100% и заряженных батареях (Вт) | То же, для одного модуля энергетического массива |
| Уровень акустического шума (дБ) | Уровень шума при нагрузке 100% на расстоянии 1 м |
| Плавающее напряжение батарей (В пост.тока) | Напряжение на одном аккумуляторе (ячейке) |
| Максимальный ток заряда батарей (А) | Максимальный ток заряда для данного типа батарей (допускает регулировку) |
| Количество батарей 12 В | Количество аккумуляторов (ячеек) в АБ |
| Наличие статического байпаса ИБП | Да/нет |
| Наличие механического байпаса ИБП | Да/нет |
| Наличие статического байпаса модуля ИБП | Да/нет |
| Устойчивость к перегрузкам в режиме байпаса | Указывается в % к номинальной мощности ИБП |
| Время перехода с байпаса на инвертор | Максимальное время |
| Рабочий диапазон температур (°С) | Указывается для работы при нагрузке 100% |
| Температура хранения/транспортировки (°С) | Указывается для системного блока или модуля ИБП |
| Входные параметры | |
| Номинальное напряжение (В) | Номинальное входное напряжение |
| Диапазон изменения напряжения | Диапазон входного напряжения без перехода в автономный режим |
| Диапазон изменения частоты (Гц) | Без перехода в автономный режим |
| Коэффициент мощности | Коэффициент мощности или cosφ |
| Форма потребляемого тока | Для ИБП средней и большой мощности - всегда синусоидальная |
| Выходные параметры | |
| Номинальное напряжение (В) | Номинальное выходное напряжение, допускает регулировку |
| Разброс напряжения (%) | Отклонение напряжения без изменения нагрузки |
| Разброс напряжения (при изменении нагрузки 0...100 и 100...0%) (%) | Статический и динамический характер изменения нагрузки (в том числе 100%) |
| Выходная частота (Гц) | Указывается для работы в автономном режиме |
| Разброс частоты (%) | В автономном режиме, без изменения нагрузки |
| Крест-фактор | Допустимое отношение амплитуды к действующему значению тока нагрузки |
| Перегрузка (%) | Дополнительно указывается время перегрузки |
| Коммуникационные возможности | |
| ПО для мониторинга и закрытия серверов | Как правило, для ИБП малой и средней мощности |
| Наличие SNMP-адаптеров | Да/нет |
| Коммуникационный порт (интеллектуальный и сухие контакты) | Да/нет |
| Функция экстренного отключения (ЕРО) | Emergency Power Off (экстренное отключение питания) |
| Функция координации работы с ДГУ (Gen on) | Программирование заряда АБ, блокировка байпаса и др.функции по сигналу «ДГУ в работе» (Gen on) |
| Массогабаритные показатели | |
| Стандартные размеры ИБП (ШхВхГ) (мм) | Для системного блока ИБП без фильтров и трансформаторов |
| Размеры батарейных шкафов (ШхВхГ) (мм) | Размер батарейных шкафов, могут указываться несколько типоразмеров |
| Масса ИБП без батарей (кг) | Масса системного блока ИБП |
| Масса модуля ИБП (кг) | Для энергетических массивов |
Характеристики ИБП в первую очередь представляют интерес для проектировщиков, поскольку они принимают технические решения, направленные на обеспече