12173

Строение, принцип действия и тех.обеспечение ИБП

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №19 Строение принцип действия и тех.обеспечение ИБП 1. Цель работы Изучение принципа работы ИБП 2. Теоретические сведения Составные части ИБП Реализация основной функции достигается работой устройства от аккумуляторов установленных в корпу...

Русский

2013-04-24

116.11 KB

38 чел.

Лабораторная работа №19

Строение, принцип действия и тех.обеспечение ИБП

1. Цель работы

Изучение принципа работы ИБП

2. Теоретические сведения

Составные части ИБП

Реализация основной функции достигается работой устройства от аккумуляторов, установленных в корпусе ИБП, под управлением электрической схемы, поэтому в состав любого ИБП, кроме схемы управления, входит зарядное устройство, которое обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей при наличии напряжения в сети, обеспечивая тем самым постоянную готовность к работе ИБП в автономном режиме. Для увеличения автономного режима работы, можно оснастить ИБП дополнительной (внешней) батареей.

Режим байпас (англ. Bypass, „обход“) — питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass выполняется автоматически или вручную (ручное включения предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки). Байпасом называется один из составляющих ИБП блоков.

Бустер“ (англ. booster) — ступенчатый автоматический регулятор напряжения (англ. Automatic Voltage Regulation, AVR), имеющий автотрансформатор в своей основе. Используется в ИБП, которые работают по интерактивной схеме. Часто ИБП оснащается только повышающим „бустером“, который имеет всего лишь одну либо несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения. Использование бустеров позволяет создать схему ИБП, способную выдержать долгие глубокие „подсадки“ и „проседания“ входного сетевого напряжения (одной из наиболее распространенных проблем отечественных электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи, что позволяет значительно увеличить срок „жизни“ аккумуляторной батареи.

Схема инвертора 12 Вольт постоянного в 230 Вольт переменного напряжения

Инверторустройство, которое преобразует род напряжения из постоянного в переменное (аналогично переменное в постоянное). Основные типы инверторов:

  1.  инверторы, которые генерируют напряжение прямоугольной формы;
  2.  инверторы с пошаговой аппроксимацией;
  3.  инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Показатель, который характеризует степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоидальной формы — коэффициент нелинейных искажений (англ. Total Harmonic Distortion, THD). Типовые значения:

  1.  0 % - форма сигнала полностью соответствует синусоиде;
  2.  порядка 3 % - форма близкая к синусоидальной;
  3.  порядка 5 % - форма сигнала приближенная к синусоидальной;
  4.  до 21 % - сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму;
  5.  43 % и свыше - сигнал явно выраженной прямоугольной формы.

Для уменьшения влияния на форму напряжения в питающей электросети, (если входным узлом ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием, является тиристорный выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной появления гармоник высшего порядка) во входной цепи ИБП устанавливается специальный THD-фильтр. При использовании транзисторных выпрямителей коэффициент нелинейных искажений (англ. Total Harmonic Distortion, THD) составляет порядка 3 % и фильтры не используют.

Гальваническую развязку между входом и выходом, осуществляет установленный во входной цепи ИБП (между электросетью и выпрямителем) входной изолирующий трансформатор. Соответственно, в выходной цепи ИБП между преобразователем и нагрузкой размещён выходной изолирующий трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку между входом со схемы ИБП и выходом на подключенную нагрузку.

Для расширенного мониторинга состояния самого ИБП (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) применяются различные интерфейсы: для подключения к компьютеру — USB и последовательный (COM) порт, при этом производителем ИБП поставляется фирменное программное обеспечение, которое позволяет проанализировав ситуацию, определить время работы и дать оператору возможность безопасно выключить компьютер, завершив работу всех программ. Для наблюдения за состоянием источников бесперебойного питания ) и другого оборудования через локальную вычислительную сеть используется протокол SNMP и специализированное программное обеспечение.

Для того, чтобы повысить надежность всей системы в целом, применяется резервирование — схема, которая состоит из двух или более ИБП.

ИБП APC RS500 - небольшой ИБП для персонального применения (габариты 165×91×284 мм, вес 5,89 кг, мощность подключенной нагрузки 300 Ватт / 500 В·А)

Вид спереди

Вид сзади

Размещение аккумуляторной батареи

Схемы построения ИБП

Существует три схемы построения ИБП:
1)
резервный (англ. Off-Line, Standby) — питание подключенной нагрузки осуществляется из первичной электрической сети, ИБП обеспечивает минимальные изменения — производится фильтрация высоковольтных импульсов и электромагнитных помех. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения (или его полном отсутствии), автоматически переподключает нагрузку к питанию от схемы, получающей электрическую энергию от собственных аккумуляторов с помощью простого инвертора. При появлении напряжения в пределах нормы, снова переключает нагрузку на питание от первичной сети.

Недостатки

  1.  несинусоидальная форма выходного напряжения (аппроксимированная синусоида, квази синусоида);
  2.  относительно долгое время (свыше 4..5 мс) переключения на питание от батарей;
  3.  невозможность корректировать ни напряжение, ни частоту (VFD по классификации МЭК).

Достоинства

  1.  За счёт КПД около 99 % практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение;
  2.  невысокая стоимость ИБП в целом.

Итог

Чаще всего ИБП, построенные по такой схеме, используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных вычислительных сетей начального уровня, для которых не критично своевременное отключения в случае неполадки в сети. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по данной схеме.

2) интерактивный (англ. Line-Interactive) — устройство аналогично предыдущей схеме; дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. (VI по классификации МЭК). Инверторы некоторых моделей линейно-интерактивных ИБП выдают напряжение как прямоугольной или трапецеидальной формы, как у предыдущего варианта, так и синусоидальной формы. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД ниже, чем у резервных.

3) неавтономный режим[1] (англ. online, он-лайн) — используется для питания нагруженных серверов (например, файловых), высокопроизводительных рабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании (double conversion) рода тока. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем обратно в переменное напряжение с помощью обратного преобразователя (инвертора). Время переключения тождественно равно нулю. ИБП двойного преобразования имеют невысокий КПД (от 80 % до 94 %), из-за чего отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. В отличие от двух предыдущих схем, способны корректировать не только напряжение, но и частоту. (VFI по классификации МЭК)

„Резервная“ схема построения ИБП

„Интерактивная“ схема построения ИБП

Схема построения ИБП с двойным преобразованием рода тока

[править] Международная классификация ИБП по стандарту IEC 62040-3

Промышленный ИБП для монтажа в 19-дюймовую стойку (изображение сверху — вид спереди, изображение снизу — вид сбоку)

Стандартом IEC 62040-3 введена следующая классификация ИБП:

Пример обозначения типа ИБП VFI SS 111

1-я группа символов — зависимость выходного сигнала ИБП от входного (сети).

  1.  Класс VFI (Voltage and Frequency Independent) — напряжение и частота на выходе ИБП не зависят от входной сети.
  2.  Класс VI (Voltage Independent) — выход ИБП зависит от частоты входа, но напряжение поддерживается в заданных пределах пассивным или активным регулированием.
  3.  Класс VFD (Voltage and Frequency Dependent) — напряжение и частота на выходе ИБП зависят от входной сети.

2-я группа символов — форма выходного сигнала ИБП.

  1.  SS — синусоидальная форма выходного сигнала (коэффициент гармонических искажений Kги<8%) при линейной и нелинейной нагрузке.
  2.  XX - несинусоидальная форма выходного сигнала при нелинейной нагрузке (синусоидальная при линейной).
  3.  YY - несинусоидальная форма сигнала при любой нагрузке.

3-я группа символов - динамические характеристики ИБП. Обеспечение стабильности выходного напряжения ИБП при трёх типах переходных процессов (1 - класс 1, отлично; 2 - класс 2, хорошо; и т. д.):

  1.  1-я цифра: нормальный режим -> автономный режим -> режим bypass,
  2.  2-я цифра: 100 % изменение линейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр),
  3.  3-я цифра: 100 % изменение нелинейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр).

Характеристики ИБП

  1.  выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W);
  2.  выходное напряжение, (измеряется в вольтах, V);
  3.  время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);
  4.  время автономной работы, определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования (измеряется в минутах, мин.), у большинства офисных ИБП оно равняется 4-15 минутам;
  5.  ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);
  6.  срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи значительно теряют свою ёмкость уже через 3 года).

Интеграторы

В 2007 году компания MGE была приобретена двумя другими участниками рынка: подразделение MGE, занимающееся трехфазными ИБП большой мощности было приобретено компанией Schneider Electric (которая владеет APC), а однофазный бизнес был приобретён компанией Eaton (оборудование под маркой Powerware)

ИБП производства General Electric также известны по предыдущему производителю как Victron или IMV (Invertomatic Victron).

Распределение продаж ИБП по производителям (2008 г., IT Research)

Вендор

Млн.долл.

 %

APC

233,7

55,6%

Ippon

42,0

8,3%

Powercom

24,1

4,9%

GM

22,3

5,5%

Eaton Powerware

20,4

5,0%

Emerson NP

18,2

4,5%

Powerman

16,8

4,1%

MGE UPS Systems

12,2

3,01%

GE Digital Energy

9,1

2,2%

Chloride

6,7

1,66%

Inelt

4,9

1,21%

AEG Power Solutions

3,7

0,91%

NeuHaus

3,7

0,90%

Newave

3,1

0,76%

Socomec Sicon UPS

2,3

0,58%

Sven

1,9

0,46%

Riello

1,8

0,45%

Tripp Lite

0,5

0,13%

Lighthouse

0,5

0,13%

BlueWalker

0,2

0,04%

Inform Elektronik

0,1

0,03%

Infosec

0,04

0,01%

Всего

428,24

100,00%

3 Подготовка к выполнению работы

3.1 Ознакомиться с инструкцией.

3.2 Проработать теоретический материал за темой работы.

3.3 Дать ответы на контрольные вопросы входного контроля.

3.4 Продумать методику выполнения работы.

3.5 Подготовить бланк отчета.

                                         4 Оборудование:

ИБП

                                            5 Оформление отчета:

5.1 Цель работы.

5.2 Теоретические сведения.

5.3 Оборудование.

5.4 Задание.

5.5 Описание проделанной работы.

6 Контрольные вопросы:

6.1 Что такое инвертор?

6.2 Для чего предназначен ИБП?

6.3 Какие существуют схемы построения ИБП?

6.4 Какие основные характеристики ИБП?

6.5 Что такое „Бустер“?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45107. Judicial system of the Russian Federation 27 KB
  Usully these tke the form of hierrchy of courts. In Russi there re bout 14000 judges in 2500 courts of generl jurisdiction on vrious levels. There re courts of first nd second instnce. court of second instnce is one which exmines ppels nd protests ginst sentences nd decisions of courts of first instnce.
45108. The Russian Federation 16.87 KB
  The country is multintion stte. Stte structure The Russin Federtion is democrtic federl stte with republicn form of power. The Hed of Stte is president. The stte emblems re two heded egle three colored flg with: white red nd blue stripes.
45109. The Ural State Law Academy 15.26 KB
  Lter it ws reorgnized into the Siberin Institute of Soviet Lw. In 1934 the Institute moved into Sverdlovsk got the nme of the Sverdlovsk Institute of Lw nd bore this nme till 1992 Now it is clled the Urls Stte Lw cdemy. Till 1976 there ws only one fculty t the Sverdlovsk Lw Institute – the Lw fculty. The cdemy hs three Institutes t the dy deprtment: the Institute of the Prosecutor’s Office the Institute of Justice nd the Institute of Business nd Lw.
45111. English is a world language 15.09 KB
  English hs become world lnguge becuse of its estblishment s mother tongue outside Englnd. English hs lredy become world lnguge by virtue of the politicl nd economic ntions. People who spek English fll into one of three groups: who hve lerned it s their ntive lnguge; those who hve lerned it s second lnguge in society tht is minly bilingul; nd those who re forced to use it for prticulr purpose – dministrtive professionl or eductionl.
45113. Basic characteristics of English. Can you say that it is an easy language to learn? 15.1 KB
  For me, English is very difficult language. Old English, like modern German, French, Russian, and had many Inflictions to show singular and plural, tense, person, etc, but over the centuries words have been simplified. Verbs now have very few inflections, and adjectives do not change according to the noun
45114. Do you have any arguments in favor of a universal language? Could Esperanto become a common language? 15.08 KB
  Such lnguge would help promote understnding nd better feeling mong ntions. universl lnguge lso would increse culturl nd economic ties mong vrious countries. Through the yers t lest 600 universl lnguges hve been proposed.
45115. The United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland 26 KB
  Great Britain is situated on the British Isles. They lie to the west of the continent of Europe. The larger of the two big islands is known as Great Britain. The smaller island is Ireland, with Northern Ireland and the Irish Republic