Побудова джерел безперебійного живлення малої і середньої потужностей

Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) призначені для захисту електрообладнання користувача від будь-яких неполадок в електромережі, в тому числі від спотворень чи зникнень напруги мережі, високовольтних імпульсів і високочастотних перешкод, що надходять з електромережі. Різноманітність топології і основи структурної побудови ДБЖ розглянуті в розділі 3.

ДБЖ з подвійним перетворенням енергії, тобто ДБЖ, в яких напруга промислової мережі перетворюється в постійну напругу і потім ця напруга перетворюється в змінну для живлення навантаження, мають найдосконалішу технологію щодо забезпечення якісною електроенергією без перерв в живленні під час переходу з мережного режиму на автономний і навпаки. Забезпечуючи синусоїдальну форму вихідної напруги, такі ДБЖ використовуються для найвідповідальніших споживачів електроенергії, якими є системи телерадіокомплексів, в яких пред'являються підвищені вимоги щодо якості електроживлення. Сучасні ДБЖ малої та середньої потужності, на відміну від класичної схеми "випрямляч–інвертор", мають у своїй структурі коректор коефіцієнта потужності (ККП), який забезпечує вхідний коефіцієнт потужності, близький до одиниці, і практично синусоїдальну форму струму, що споживається з електромережі (див. розділ 4).

Термін "ДБЖ з потрійним перетворенням", який останнім часом набув певного поширення, не можна вважати новою топологією ДБЖ. Вживаючи цей термін, насправді мають на увазі додаткове перетворення нестабільної напруги постійного струму в стабільну підвищену напругу постійного струму для живлення інвертора, який входить до складу структури ДБЖ з ККП. Згідно з міжнародним стандартом [2] такі структури також відносяться до ДБЖ з подвійним перетворенням енергії (Double–Conversion UPS).

Залежно від стану мережі і величини навантаження, ДБЖ з подвійним перетворенням енергії може працювати в різних режимах: мережному, автономному, в режимі байпас тощо.

Мережний режим – це режим живлення навантаження від промислової мережі, визначальною особливістю якого є наявність мережної напруги в межах допустимого відхилення, і навантаження, що не перевищує максимально допустиме. В цьому режимі здійснюється:

– фільтрація імпульсних та високочастотних мережних перешкод;

– перетворення енергії змінного струму промислової мережі в енергію постійного струму за допомогою випрямляча і схеми корекції коефіцієнта потужності;

– перетворення за допомогою інвертора енергії постійного струму в енергію змінного струму із стабільними параметрами;

– підтримання працездатності акумуляторної батареї (АБ) за допомогою зарядного пристрою.

Автономний режим – це режим живлення навантаження енергією акумуляторної батареї. У разі відхилення параметрів мережної напруги за допустимі межі чи у випадку повного зникнення живлення від мережі ДБЖ миттєво переходить на автономний режим живлення навантаження енергією акумуляторної батареї (АБ) через підвищувальний перетворювач та інвертор. У разі відновлення напруги мережі ДБЖ автоматично перейде в мережний режим.

Режим байпас – це режим живлення навантаження напряму від мережі. Якщо в мережному режимі відбувається перевантаження чи перегрівання ДБЖ, а також, якщо один з вузлів ДБЖ виходить з ладу, то навантаження автоматично перемикається з виходу інвертора напряму на електромережу. При знятті причин переходу в режим Байпас (відсутності перевантаження чи перегрівання ДБЖ) ДБЖ автоматично повертається в нормальний мережний режим з подвійним перетворенням енергії. Слід зазначити, що в режимі Байпас навантаження не захищено від неякісної напруги мережі.

Режим заряду акумуляторної батареї здійснюється лише за наявності мережної напруги. Зарядний пристрій забезпечує заряд акумуляторної батареї незалежно від того, чи ввімкнено інвертор чи має місце режим Байпас.

Режим автоматичного перезапуску ДБЖ виникає у разі відновлення мережної напруги, якщо до того ДБЖ працював в автономному режимі і був автоматично вимкнений внутрішнім сигналом з метою уникнення неприпустимого розряду батареї. Після появи вхідної напруги ДБЖ автоматично увімкнеться і перейде на мережний режим.

Зазначимо, що виробники ДБЖ з подвійним перетворенням енергії зазвичай випускають ряд ДБЖ таких номінальних потужностей [3, 4]:

– однофазні ДБЖ малої потужності: 1; 1,5; 3 кВ·А;

– однофазні ДБЖ середньої потужності: 6, 10, 15, 20 кВ·А;

– ДБЖ з трифазним входом і однофазним виходом середньої потужності:10, 15, 20, 30 кВ·А;

– трифазні ДБЖ середньої потужності: 10, 15, 20, 30 кВ·А;

– трифазні ДБЖ великої потужності: більше 30 кВ·А.

Розглянемо особливості схемотехніки силових ланцюгів сучасних однофазних ДБЖ малої і середньої потужності на типових прикладах ДБЖ, які випускаються такими виробниками, як Liebert, Invensys, Chloride, Riello, Тенси–Техно та ін.

Загальноприйнята виробниками структурна схема силового ланцюга ДБЖ малої потужності наведена на рис. 5.1.

Рис.5.1

До складу ДБЖ малої потужності входять: силовий блок, вхідний і вихідний фільтри, плати управління і дисплея. Силовий блок містить: коректор коефіцієнта потужності – випрямляч (ККП–В), інвертор (ІНВ), перетворювач постійної напруги (ППН), зарядний пристрій ЗП, вторинне джерело живлення (ВДЖ), акумуляторна батарея (АБ), реле блоку комутації (К1, К2) (рис. 5.1), що забезпечує роботу ДБЖ в мережному і автономному режимах.

Вхідні і вихідні фільтри забезпечують придушення кидків мережної напруги під час перехідних процесів і здійснюють фільтрацію високочастотних комутаційних перешкод.

Плата управління (ПУ) забезпечує необхідний алгоритм роботи силового блоку ДБЖ, тестування стану, моніторинг і управління ДБЖ. ПУ з'єднується роз'ємами з силовим блоком і з платою дисплея. Всі ланцюги ПУ ізольовані від високовольтної напруги, наявної на силовій платі. За функціональним призначенням ПУ складається з таких вузлів:

– центральний мікроконтролер (МК);

– вузол формування ШІМ сигналів для управління силовими транзисторами інвертора;

– вузол узгодження вхідних і вихідних сигналів;

– вузол узгодження сигналів індикації і управління платою дисплея;

– вузол формування сигналів по інтерфейсу;

– допоміжне джерело живлення ланцюгів ПУ.

В якості центрального МК може бути використаний мікроконтролер типу МС68НС711 [29], на входи якого поступають аналогові і цифрові сигнали вимірювання електричних параметрів системи і стану вузлів ДБЖ.

МК забезпечує:

– обробку аналогової і цифрової інформації про стан блоків силової плати і режимів їх роботи;

– формування сигналів управління блоками силової плати;

– формування сигналів інформації про стан системи на плату дисплея.

Крім МК, найвідповідальнішим вузлом на платі управління є формувач ШІМ –сигналів для управління транзисторами інвертора ДБЖ, реалізований на дискретних аналогових елементах.

Плата дисплея містить ряд світлодіодів для індикації режимів роботи ДБЖ і кнопки ввімкнення/вимкнення інвертора силового блоку. В деяких моделях ДБЖ використовуються ЖК - дисплеї для відображення електричних параметрів і стану ДБЖ.

До складу ДБЖ може також входити додатковий блок зарядного пристрою, який забезпечує заряд зовнішньої акумуляторної батареї (АБ) підвищеної ємності під час роботи ДБЖ в мережному режимі.

Загальноприйнята виробниками структурна схема силового ланцюга ДБЖ середньої потужності наведена на рис. 5.2.

Рис.5.2.

Силовий блок середньої потужності містить: коректор коефіцієнта потужності (ККП), випрямляч (В), інвертор (ІНВ), зарядний пристрій (ЗП), вторинне джерело живлення (ВДЖ), акумуляторну батарею (АБ), блок комутації (БК), додаткову плату зарядного пристрою (ДЗП) (рис. 5.2).

В ДБЖ середньої потужності з складу силової плати виділяють декілька силових вузлів, що містять силові дроселі, накопичувальні конденсатори, плату комутації (Байпас), блок зарядного пристрою.

Структурна схема силового ланцюга ДБЖ середньої потужності відрізняється від ДБЖ малої потужності застосуванням двотактної схеми ККП, статичним блоком комутації, виконаним на тиристорах, і ланцюгом під'єднання АБ за допомогою тиристора (див. рис. 5.2). Принциповою особливістю структури ДБЖ середньої потужності є те, що підвищення напруги акумуляторної батареї (АБ) для живлення інвертора здійснюється за допомогою ККП, виключаючи використання додаткового перетворювача постійної напруги, в порівнянні із структурою ДБЖ малої потужності. Це дозволяє підвищити загальний ККД ДБЖ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: