0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Источники бесперебойного питания; разновидности и принципы

Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы

В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.

Для начала – немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно – ИБП) у нас так же называют UPS, от английского сокращения Uninterruptable Power Supply (беспрерывный источник питания). Поэтому говорят и УПС (UPS) и ИБП, кому как удобнее. Я в статье буду называть и так, и эдак.

Задачи источников бесперебойного питания

ИБП выполняют несколько функций:

Uninterruptible power supply (UPS)

  1. Обеспечивают стабильное и непрерывное электропитание подсоединенного к ним оборудования – гарантируют его резервное питание при проблемах со штатным электроснабжением, в т. ч. при коротких замыканиях. Время, на протяжении которого ИБП сможет поддерживать резервное питание, зависит от потребляемой нагрузки и характеристик его аккумуляторной батареи.
  2. Повышают качество электропитания.Поддерживают в норме параметры электросети: напряжение, частоту.
  3. Гарантируют надежное питание электрооборудования, которое не могут обеспечить стандартные сети электроснабжения.
  4. Поглощают относительно малые и непродолжительные выбросы напряжения.
  5. Оберегают оборудование от перегрузок и короткого замыкания.
  6. Фильтруют напряжение питания, уменьшают шумы.

Такие устройства массово используются с компьютерами, схемами управления котлами отопления и другой техникой, требующей стабильной подачи электрического тока с заданными характеристиками. Они востребованы в разных отраслях промышленности, медицинской сфере, в офисах и домашней среде – везде, где важно не допустить непредвиденного выключения оборудования при перебоях с электропитанием.

Лабораторный блок питания R-SPS-3010D 30В 10А

Лабораторный блок питания R-SPS-3010D 30В 10А

R-SPS-3010D – одноканальный, регулируемый источник питания постоянного тока (30В/10А). Предназначен для питания потребителей постоянным током. Особенностью блока питания R-SPS-3010D является высокая мощность и плавная ре. Читать далее.

  • Доступность: Нет в наличии 0

Оплата

Узнайте как оплатить!

Наложенный платеж

Оплата заказа после его получения

Доставка Новой Почтой

Стоимость доставки оплачивает получатель

Банковский перевод

Предоплата переводом на карту Приватбанка

R-SPS-3010D – одноканальный, регулируемый источник питания постоянного тока (30В/10А). Предназначен для питания потребителей постоянным током. Особенностью блока питания R-SPS-3010D является высокая мощность и плавная регулировка выходного напряжения и тока, выход USB (5В/2А), низкий уровень шумов на выходе. Блок питания R-SPS-3010D имеет защиту от короткого замыкания и возможность работы в режиме стабилизации выходного напряжения и тока. Четырехразрядный цифровой дисплей позволяет точно установить значения выходного тока и напряжения.

Лабораторный импульсный источник питания R-SPS-3010D с плавной регулировкой выходного напряжения от 0-30 Вольт и тока до 10 Ампер найдет применение как источник питания различных электронных устройств при их эксплуатации и ремонте, для зарядки аккумуляторов. Легкий и компактный, удобен при работе в сервисных мастерских на выездных работах.

Обратите внимание, что при установке регулятора тока в крайнее левое положение (вращение против часовой стрелки), блок питания переходит в режим стабилизации тока и выходное напряжение становиться равно 0 Вольт.

Характеристики блока питания R-SPS-3010D:

  • Вход напряжение: AC 110 V/220V 50/60Hz
  • Выходное напряжение: 0

1 место — Long Wei LW-K3010D

По моему это лучший лабораторный блок питания среди оптимальных по соотношению цена/качество/размер. Источник питания сделан в вертикальном форм-факторе и имеет минимум регулировок: кнопка включения и две ручки регулировки напряжения и ограничения тока. Среди импульсных блоков питания можно лучше и не искать.

1 место в рейтинге блок питания

  • Установка напряжения 0 — 30 В;
  • Пульсации по напряжению до 50 мВ;
  • Установка тока 0 — 10 А;
  • Пульсации по току до 20 мА;
  • Точность установки значений ±0,5 %;
  • КПД равно 85 %;

Кстати, диапазоны изменения напряжения от 0 до 30 В и тока от 0 до 10 А считаются весьма широкими, особенно для такого малютки. Внутренности охлаждаются вентилятором, так что со временем он может загудеть. Но такая система охлаждения установлена на 90 % аналогов.

  • Отсутствует градуировка ограничения по току.
  • Оптимальное соотношение цена/качество/размер;
  • Занимает мало места на рабочем столе;
  • Большой диапазон регулировки напряжения и тока;
  • Большие цифровые индикаторы;
  • Есть защита от короткого замыкания;
  • Контакты под штекер и под зажим.

Стоимость источника питания LongWei LW-K3010D составляет около 50 $ , что согласитесь немного при нынешних ценах.

Аналоги:

  1. YiHua PS-1501A по цене около 30 $ (15 В, 1 А, маломощный, для любителей смотреть на стрелки, шумовые пульсации около 1 мВ);
  2. MCH-K305D стоимостью 60 $ (30 В, 5 А, измененный дизайн передней панели и дисплея, контакты только для подключения штекеров);
  3. Wanptek GPS3010D за смешные 70 $ (30 В, 10 А, закругленный корпус и наклонные цифры индикатора);
  4. Wanptek KPS-3010DF по цене 75 $ (30 В, 10 A, имеет дополнительные ручки точной установки напряжения и тока + комплект разъемов для ноутбуков и крокодилы);
  5. МЕГЕОН 303010 за приличные 150 $ в России (30 В, 10 А, полный клон лидера рейтинга с другой наклейкой).

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Схема и принцип работы электронного стабилизатора напряжения

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Структурная схема симисторного стабилизатора

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

  • сетевой помехоподавляющий фильтр;
  • выпрямитель;
  • сглаживающий фильтр;
  • широтно-импульсный преобразователь;
  • ключевые транзисторы;
  • выходной высокочастотный трансформатор;
  • выходные выпрямители;
  • выходные индивидуальные и групповые фильтры.

impulsniy-transformatorniy-blok-pitania-shema

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

Что такое импульсный блок питания и где применяется

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

  • генерация высокочастотных импульсов;
  • контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
  • контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты. Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием. Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Выходной импульсный трансформатор использует одинаковый с классическим принцип преобразования. Исключением является работа на повышенной частоте. Как следствие, высокочастотные трансформаторы при одинаковых передаваемых мощностях имеют меньшие габариты.

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора (их может быть несколько) поступает на выходные выпрямители. В отличие от входного выпрямителя, диоды выпрямителя вторичной цепи должны иметь повышенную рабочую частоту. Наилучшим образом на данном участке схемы работают диоды Шоттки. Их преимущества перед обычными:

  • высокая рабочая частота;
  • сниженная емкость p-n перехода;
  • малое падение напряжения.

Назначение выходного фильтра импульсного блока питания — снижение до необходимого минимума пульсаций выпрямленного выходного напряжения. Поскольку частота пульсаций намного выше, чем у сетевого напряжения, то нет необходимости в больших значениях емкости конденсаторов и индуктивности у катушек.

Об АВР и стоечных переключателях

АВР – очень широкое понятие. Совершенно одинаково называются устройства, которые трудно назвать одним прибором. Мы видим и однофазный модульный АВР на 16 ампер, и, совсем не похожий на него, АВР на 6 400 А. При этом, оба носят абсолютно одинаковое наименование – автоматический ввод резерва.

Как пример

Как пример «большого» АВРа

Это вполне обосновано, ведь основная их задача — обеспечить резервирование электропитания ответственной нагрузки. АВРы отличаются не только токами, но и большим количеством других электрических и временных параметров, зависящих от того в какой сети и для питания каких нагрузок они предназначаются. Неизменным остается только наличие, как минимум, двух вводов и одного вывода.

С приходом в нашу жизнь импортного телекоммуникационного оборудования и зарубежных стандартов, проникло и новое словосочетание — стоечный переключатель нагрузки. Они могут быть двух основных типов: ATS (Automatic Transfer Switch) и STS (Static Transfer Switch). Статический переключатель (STS) это отдельный класс устройств, мы их касаться не будем. А вот автоматический переключатель (ATS) это и есть наш родной АВР. Тот же самый АВР, только имеющий свои особенности и специфику подключаемой нагрузки, которая располагается на тех же 19-ти дюймовых направляющих по соседству.

Типичный представитель стоечных переключателей из-за океана

Типичный представитель стоечных переключателей из-за океана

Поговорим подробнее о сходствах и различиях ATS и АВР, почему это не одно и тоже? Или, может быть, одно и тоже.

Итак, какие потребители требуют надежного и бесперебойного электроснабжения?

Во многих секторах экономики технология производства или оказания услуг имеет в своей основе непрерывные процессы, перебои в которых не допустимы. Это и медицина, и промышленное производство, и добыча полезных ископаемых, и транспортировка энергоресурсов, и IT-сектор, куда же без него во время всеобщей цифровизации.

Перерывы в электроснабжении некоторого оборудования могут привести не просто к краткосрочной остановке, а вызывают каскад проблем: остановку технологического процесса, рассинхронизацию работы различных систем, потерю ценных данных. Для кого-то это прямые финансовые потери, для кого-то большие репутационные риски.

Повысить надежность электроснабжения ответственного оборудования призваны наши АВРы и ATSы. Чем же они похожи?

И тот, и другой предназначены для обеспечения питания оборудования с одним вводом от двух независимых источников питания. Оба производят переключение электропитания на резервный источник при исчезновении напряжения на основном. Это главное, что их объединяет.

Может ли АВР размещаться на 19-ти дюймовых направляющих? Конечно, может. Как говорится, мой АВР, куда хочу туда и ставлю )) Существует немало модификаций АВРов собранных в 19” корпусах, в том числе выпускаемых серийно.

Вариант серийного образца АВР для установки в телекоммуникационный шкаф.

Вариант серийного образца АВР для установки в телекоммуникационный шкаф.

АВР и ATS, также, могут иметь и схожие характеристики по току нагрузки, например в 32А.

Будет не верным утверждение, что ATSы устанавливают только после ИБП. Не редким является случай, когда на один из входов подается «чистое» питание от ИБП, а на второй «грязное» питание от другого источника. И тут опять они схожи.

В чем же разница?

В нюансах, в небольших нюансах, которые, в большинстве случаев, делают замену одного на другое не только не рекомендуемой, но и недопустимой.

И так, начнём с АВРов, они роднее как-то.

Поскольку мы говорим об АВР и стоечных переключателях, мы не будем рассматривать те АВРы, которые питают «дома, заводы, пароходы». Обратим внимание на те модификации, которые питают потребителей в сфере телекома, автоматизации, центров обработки данных и т.п. Они, как правило, уже адаптированы по своим электрическим и габаритным характеристикам. Но как я писал выше: есть нюансы, которые могут быть чужды ATSам, но очень нужны АВРу.

АВР должен питать нагрузку напряжением, соответствующим «норме» или, как говорят, уставкам. Часто требуется задать уставки для каждого ввода индивидуально. Уставки могут быть не только по напряжению, а также, по времени задержки возвращения на приоритетный ввод. Это требование продиктовано возможными переходными процессами при восстановлении питания в сети.

АВР с плавной регулировкой уставок по напряжению и времени

АВР с плавной регулировкой уставок по напряжению и времени

Иногда необходимо назначить приоритет какому-либо из вводов. И да, периодически этот приоритет может изменяться. Живой пример: летом более надёжен один источник питания, зимой другой (наша страна велика и слабо изучена).

АВР должен, при всех превратностях источника питания, сохранять свою работоспособность. Конечно, снижение напряжения или его исчезновение не способно навредить АВРу, а вот повышение очень даже способно. АВР должен стоически переносить всевозможные скачки напряжения в питающей сети, а также, возможные перекосы напряжения по фазам при различных нештатных ситуациях. По этой причине самые простые схемы АВР, реализованные просто на контакторах и автоматах, являются не очень надежными.

Во-первых, контакторы никогда не отключатся при повышении напряжения и продолжат питать нагрузку «неправильным» напряжением. Во-вторых, их катушки перегреются и сгорят. Бывают особо экстремальные случаи, когда вместо положенных 220В в сети может быть до 380В.

Лирическое отступление. Ранее я работал в компании, которая поставляла комплектные шкафы связи, в том числе в них были установлены и АВРы, собранные по простой схеме: два силовых контактора, реле приоритета и само собой автоматы. На одной из электроподстанций, при работах на щите собственных нужд, все контакторы на основном вводе и катушки реле приоритета ввода нам пожгли, ну и еще кое чего немножко…!

Поскольку АВР установлен в сети «грязного» питания, он должен иметь возможность отключить питание нагрузки. В том числе, при повышении напряжения на вводе и, при этом, сам не сгореть. Поэтому схемы АВРа без надежных реле контроля напряжения на входе, работающих при повышении значения напряжения до линейного, мы бы не рекомендовали применять.

Повредит ли такая устойчивость к «неприятностям» стоечному переключателю? Нет, ни сколько. Просто она ему, как правило, не нужна… Но и мешать она не будет!

Иногда АВРы могут иметь более двух вводов, могут подключать генераторы и управлять ими, что в ATSах обычно не применяется, им это просто не нужно.

Часто АВРы имеют в своем составе автоматические защитные выключатели. Они могут быть включены на входах, могут быть на выходе или там, и там одновременно. Это позволяет избежать как повреждения самого АВРа, так и полного обесточивания нагрузки. При этом надежность схемы повышается наличием у АВРа нескольких выходов, защищенных отдельными автоматами.

У стоечных переключателей коммутация вводов и нагрузки обычно производится шнурами со стандартными вилками, что сводит к минимуму возможность рукотворного КЗ. Блоки питания подключаемого оборудования, как правило, имеют в своей схеме предохранители. Все это делает защиту автоматами не очень актуальной, в большинстве случаев производители ограничиваются «термичками». Помешают ли ATSу автоматы на входах или выходе? Да тоже вряд ли.

Защита входов термопредохранителями с ручным возвратом.

Защита входов термопредохранителями с ручным возвратом.

В отличие от ATS, которые оптимизированы для применения в современных шкафах с телекоммуникационным и вычислительным оборудованием, АВРы не всегда применяются на такую достаточно стандартную и понятную нагрузку. Нагрузка АВРа может быть весьма разнообразной по характеру. Возможен и емкостной, и индуктивный, и резистивный ее характер, а также их всевозможная смесь.

По этой причине характер переключения АВРа стараются сделать таким, чтобы не провоцировать при переключении серьезных толчков. Самое частое «мероприятие» в этом направлении — это достаточный перерыв в электроснабжении, в течение которого вся накопленная энергия в емкостях и сердечниках нагрузки расходуется. После возобновления питания вся нагрузка подключается к сети заново и возмущения находятся в приемлемых пределах.

Данный способ переключения к тому же не требует дополнительных технических решений и финансовых затрат, обеспечивается за счет низкой скорости работы контакторов. Полученный перерыв электроснабжения в пределах 500мс оказывается вполне достаточным. В более продвинутых АВРах включение резерва может происходить и за более короткое время, но в момент токовой паузы (перехода синусоиды через нулевую точку), это также обеспечивает более плавное переключение.

Переключение между вводами на осциллографе

Переключение между вводами на осциллографе

Более медленное переключение АВРа обеспечивает и еще один важный момент — гарантирует невозможность контакта одного ввода с другим, что чревато аварийными ситуациями. И вот в данном месте принципы работы АВРа и ATSа расходятся. Главной задачей ATSа является, как раз, обеспечить непрерывность работы подключенного к нему оборудования.

Специалисты хорошо знают о существовании объединения производителей компьютерной и другой подобной техники (CBEMA), которое решило, что нужно придерживаться правила — при полном исчезновении питания оборудование должно продолжать работать стабильно еще не менее 20мс, а далее… извините. В связи с этим про существование кривой ITIC знают все, кто так или иначе работает с серверами, коммутаторами, мультиплексорами и т.д. Вот поэтому у ATSа и стоит такая сложная задача: исключить перерыв питания оборудования длительностью более 20мс, а лучше и того менее.

А может можно и АВР заставить переключаться быстрее?

Да, конечно. Если от АВР не требуется искусственно снизить скорость переключения, то он вполне сможет переключиться со скоростью ATS. А можно ли ATS сделать более медленным переключателем? Легко! Замедлить быстрое всегда проще, чем разогнать медленное. Может эта принципиальная разница тоже не так уж принципиальна и разрешаема?

Есть ли еще какие-то различия между этими устройствами? Да есть. Но они больше связаны с привычками и предпочтениями пользователей. Энергетики и Айтишники часто по-разному понимают то, как должно выглядеть электроснабжение. Если энергетикам иногда хватает сигнальных ламп, то привыкшим к монитору хочется наблюдать за работой всего оборудования онлайн.

Разница может быть и в привычках коммутации. Многие уже привыкли к тому, что всё на свете можно соединить между собой стандартными шнурами с вилками C13/C14 на концах, без инструмента, без мороки, без маркировки 😊 АВРы не всегда обладают подобными возможностями и часто энергетики устанавливают после них еще и распределительные панели с автоматическими выключателями. Но опять же все это можно объединить в одной конструкции, главное ведь, что бы всем было привычно и удобно!

Итак, можно ли получить универсальный прибор, сочетающий в себе особенности и преимущества как АВР, так и ATS?

Получается, что в большинстве случаев можно. Хоть они и решают немного разные задачи, не так уж сильно друг от друга отличаются.

Стоечный быстродействующий АВР с регулировкой уставок и защитой автоматами

Стоечный быстродействующий АВР с регулировкой уставок и защитой автоматами

А зачем? Зачем такая унификация? Все, кто связан с обслуживанием оборудования? понимает преимущества применения унифицированного оборудования: меньше ЗИПа, проще обучить персонал, меньше производственных инструкций и они тоньше, легче проходит наработка опыта, регулярные закупки одного и того же оборудования обеспечивают лояльность поставщиков и экономию средств.

Недостатком такого унифицированного прибора можно считать большую, чем у «специализированных» собратьев, стоимость. Но в условиях рыночной экономики стоимость далеко не всегда пропорциональна сложности. Часто больше на нее влияют страна происхождения товара, количество посредников, ценовая политика производителя и (или) дистрибьютора, «богатство» потенциального потребителя и другие «рыночные» факторы.

Так что, желаю вам найти наиболее подходящее для ваших условий устройство. Наиболее полно удовлетворяющее запросам технических и коммерческих служб. А будет оно АВРом или ATSом, на самом деле, не так уж и важно!

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Регулировка пластиковых окон влево вправо
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector