4. 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%.

4.1. 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 осуществляет подзаряд 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 из L-C элементов, свободно пропускающих колебания с частотой ниже 50 Гц.

4.2. 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.