Для чего в ибп трансформатор
В данной статье Вы найдете для себя информацию, насколько нужен вам разделительный трансформатор, установленный после выхода источника бесперебойного электропитания.
В нашем понимании присутствие разделительного трансформатора – это, прежде всего идеальная безопасная сеть, т.к. в этом случае мы получаем полностью изолированные друг от друга фазу, ноль и провод заземления. В этом случае пробой фазного провода или нулевого провода на землю не приведет к отключению сети. Как пример рассмотрим применение разделительных трансформаторов в цепях бесперебойного питания операционных комнат и оборудования жизнеобеспечения пациентов.
Здесь следует отметить, что в этом случае устанавливаются самые жесткие требования к трансформатору и сети. Это надежная двойная или усиленная изоляция между проводниками тока, а также постоянный контроль сопротивления, которое должно быть не ниже 50кОм.
О состоянии изоляции в бесперебойной сети должен информировать горящий светодиод на корпусе разделительного трансформатора. В случае, если ток утечки превышает 5мА, срабатывает аварийная сигнализация.
Отдельно отметим. Что практически все промышленные ИБП имеют на выходе разделительный трансформатор. В большинстве случаев он одновременно является и повышающим трансформатором. Для ИБП, работающих в тяжелых условиях с “грязной сетью”, разделительный трансформатор просто необходим , т.к. в противном случае может быть повышенное напряжение между нулевым проводом и контуром заземления, а это может привести к сбою в работе оборудования и выходу его из строя.
Если предусмотрена работа ИБП в режиме байпаса, то в этом случае рекомендуется установка отдельного разделительного трансформатора перед входом байпаса. В этом случае Вы защищаете свою сеть даже в случае перегрузки или выхода из строя источника бесперебойного питания.
Применение разделительных трансформаторов просто необходимо для организации бесперебойной сети на предприятиях с опасным производством, а также в местах с повышенной влажностью и запылением.
Но, если Вы имеете коммерческий ИБП и решите подключить к его выходу трансформатор, следует учитывать высокое значение пускового тока, который может превысить в 15-20 раз номинальное значение. Это может привести к срабатыванию защитного автомата или ухода источника бесперебойного питания в защиту по перегрузке или хуже того к выходу ИБП из строя.
Так, например, при работе ИБП от сети в момент подключения трансформатора ИБП может перейти в режим байпаса из-за перегрузки и затем вернуться в режим двойного преобразования, а если ИБП работает в автономном режиме, то здесь он либо отключится, либо есть шанс выхода его из строя.
Чтобы избежать последствия, которые может вызвать подключение трансформатора в сеть, мы рекомендуем еще раз обратить внимание на значения тока насыщения и в случае превышения мощности источника необходимо подумать об альтернативном решении с использованием дополнительного регулятора плавного старта трансформатора.
Но самый лучший путь, это использование штатного разделительного трансформатора в промышленном источнике бесперебойного питания.
ИБП: с трансформатором или без?
Говоря об источниках бесперебойного питания (ИБП), чаще всего сравнивают такие их характеристики, как мощность, время автономного питания, коэффициент нелинейных искажений (КНИ), массогабаритные параметры и т. д. При этом крайне редко заглядывают внутрь источников, чтобы описать схемы их построения. Попробуем восполнить этот недостаток, обсудив основные схемы онлайновых ИБП средней и большой мощности.
О братиться к этому вопросу меня заставило отнюдь не желание "покопаться в схемотехнике" — более того, я постараюсь вообще не напрягать читателя электрическими схемами. Дело в том, что особенности конкретной реализации во многом определяют как ключевые характеристики ИБП, так и область применения этого оборудования. Поэтому покупателям важно знать ограничения и преимущества каждой схемы. Да и вообще пора пролить свет на все эти бестрансформаторные и зеркальные "ноу-хау", о которых все чаще говорят специалисты отделов маркетинга компаний — производителей и поставщиков ИБП.
Полную версию данной статьи смотрите в 4-ом номере журнала за 2005 год.
Классическая схема — трансформаторная
Итак, классическая схема реализации онлайновых ИБП с двойным преобразованием энергии выглядит следующим образом:
Диодный/тиристорный выпрямитель — IGBT-инвертор — трансформатор
Это наиболее надежная, отработанная годами схема, которая применяется в "тяжелых" промышленных агрегатах, таких, как Hipulse компании Liebert-Hiross, SitePro компании General Electric Digital Energy (GE DE), ONL компании Powercom, Safe-Power Evolution компании N-Power и многих других. Вообще говоря, подавляющее большинство ИБП большой и сверхбольшой мощности выполнены именно по схеме с изолирующим трансформатором.
По утверждению Петра Вашкевича, главного инженера департамента автоматизации инженерных систем интеграторской компании "Крок", в выпрямителях ИБП, построенных по приведенной выше схеме, сейчас обычно применяются тиристоры, а не диоды, что позволяет улучшить входные характеристики без значительного удорожания конструкции и снижения ее надежности. В таких ИБП отсутствует звено, обеспечивающее управление потреблением тока инвертором (такое, как бустер или IGBT-выпрямитель в других схемах, см. ниже), поэтому их входной КНИ очень высок — может доходить до 20—30%. "Проблему высокого входного КНИ по току для этих ИБП можно решить, применив 12-пульсный выпрямитель или специальные фильтры (КНИ входного тока < 3%), но это неизбежно отразится на цене решения", — говорит Петр Вашкевич.
Простота конструкции ИБП рассматриваемого типа позволяет обеспечить очень высокую надежность системы, а применение выходного трансформатора придает повышенную "живучесть" их выходным транзисторам и делает более простой и надежной схему инвертора. Трансформатор на выходе ИБП не только обеспечивает гальваническую развязку, но и гарантирует отсутствие постоянной составляющей в выходном сигнале (наличие такой составляющей вполне может вывести нагрузку из строя). Однако масса и стоимость этих ИБП (выходной трансформатор весит много и стоит недешево) обычно существенно превышают массу и стоимость бестрансформаторных ИБП. Кроме того, для обслуживания трансформаторных ИБП часто требуется доступ к ним более чем с одной стороны, тем самым увеличивается занимаемая оборудованием сервисная зона. Однако ряд последних моделей снимают это ограничение, позволяя проводить все работы с фронтальной стороны.
Александр Лоза, генеральный директор компании N-Power, отмечает универсальность применения классических ИБП с выходным изолирующим трансформатором. Они могут быть задействованы для защиты нагрузки любого типа, будь то вычислительная или телекоммуникационная техника, промышленное, технологическое, медицинское либо иное оборудование. При этом он говорит о значительном снижении массогабаритных характеристик новых моделей трансформаторных ИБП. В качестве примера г-н Лоза приводит агрегаты бесперебойного питания N-Power серии Safe-Power Evolution (20—1000 кВА), выпущенные в 2004 г. За счет применения удвоенной частоты преобразования их разработчикам удалось повысить качество формы выходного напряжения и уменьшить габаритные размеры. Так, 40-кВА источник имеет размеры 550 * 850 * 1055 мм и весит всего 300 кг. Это действительно немного для трансформаторных устройств.
Появление бестрансформаторных схем связано со стремлением разработчиков уменьшить габаритные размеры и массу ИБП, а также снизить их стоимость. В схемах с выходным трансформатором последний одновременно обеспечивает и повышение напряжения, поэтому инвертор может работать при пониженном напряжении постоянного тока. Инвертор бестрансформаторных ИБП должен обеспечивать более высокое выходное напряжение, поэтому в цепи постоянного тока устанавливаются специальные устройства, повышающие напряжение (бустеры). Из-за этого такие агрегаты иногда называют "ИБП с тройным преобразованием". Вот их предельно упрощенная схема:
Диодный/тиристорный выпрямитель — IGBT-бустер — IGBT-инвертор
В таких ИБП управляемый бустер не только повышает постоянное напряжение на входе инвертора, но и в определенной степени корректирует характеристику потребления тока из питающей сети. По мнению Петра Вашкевича, данная схема позволяет достигать неплохих показателей КНИ тока по входу ИБП — 5. 7% (это гораздо лучше соответствующего показателя классических трансформаторных ИБП, но хуже показателя "зеркальной" схемы, см. ниже). Стоимость входной части ИБП в данном случае получается относительно низкой (практически на уровне стоимости трансформаторных ИБП и существенно ниже стоимости зеркальных ИБП), выходная же часть намного дешевле, чем у трансформаторных устройств.
Бестрансформаторный выход подобных ИБП позволяет достигать очень хороших выходных характеристик и достаточно высокого общего КПД (отсутствуют потери в выходном трансформаторе). Масса же таких ИБП практически в два раза меньше массы ИБП, построенных по классической трансформаторной схеме. "Таким образом, — делает вывод специалист компании "Крок", — основными преимуществами данной схемы следует признать очень хороший КПД, минимальную массу и невысокую стоимость. Недостатки заключаются в худшей защите выходного каскада (в сравнении с трансформаторным выходом) от аномальных нагрузок и более высоком уровне КНИ тока по входу по сравнению с соответствующими показателями зеркальных ИБП.
Что же представляют собой уже не раз упоминавшиеся зеркальные ИБП. Они появились в ходе дальнейшего развития бестрансформаторных ИБП, когда инженеры стремились еще больше уменьшить габаритные размеры и улучшить входные характеристики без применения громоздких и дорогостоящих фильтров. Упрощенно их схему можно представить так:
Примерами ИБП, построенных по такой схеме, являются NXa компании Liebert-Hiross, Platinum компании N-Power и Power Dialog Plus компании Riello. Выпрямители на базе IGBT-транзисторов позволяют эффективно управлять характеристиками потребления тока из питающей сети, что обеспечивает наилучшие входные параметры (КНИ < 5%). Правда, при этом зеркальные ИБП характеризуются большей ценой (IGBT-выпрямители дороже тиристорных) и более низким значением КПД. В остальном же такие ИБП имеют надежность и качественные характеристики, сходные с характеристиками ИБП, реализованных по бестрансформаторной схеме с бустером.
При всех своих достоинствах бестрансформаторные ИБП довольно ограниченны в применении. Александр Лоза из компании N-Power советует устанавливать их только для защиты компьютерной техники или других устройств с импульсными источниками питания. "Защищать контрольно-измерительную аппаратуру, медицинское диагностическое, промышленное оборудование, а также смешанную нагрузку (например, в централизованных системах защиты здания) с помощью бестрансформаторных онлайновых ИБП не рекомендуется", — говорит он.
Кроме того, при использовании бестрансформаторных схем имеются трудности с реализацией систем большой мощности. Максимальный уровень мощности для одиночных ИБП этого типа составляет 120—160 кВА.
Во всех представленных выше схемах в той или иной степени используются IGBT-транзисторы. Раскрывается эта аббревиатура как Insulated Gate Bipolar Transistors, или биполярные транзисторы с изолированным затвором. Их стали применять примерно 20 лет назад, однако сначала эти транзисторы в надежности уступали биполярным и полевым транзисторам. Но характеристики новых поколений IGBT-транзисторов постоянно улучшались, и сегодня их использование уже перестало считаться чем-то инновационным. Это необходимые и важнейшие элементы любого современного ИБП.
По мнению Ансси Лехмусваара (Anssi Lehmusvaara), менеджера по маркетингу продуктов компании Eaton (в прошлом году в ее состав вошла фирма Powerware), технология IGBT позволяет в первую очередь сократить потери энергии и получить высокие значения КПД. "Предыдущие поколения ИБП, ассоциирующиеся прежде всего с такими понятиями, как "феррорезонансные", "6-пульсные" и "12-пульсные", рассматриваются как устаревшие, когда возникает вопрос о выборе оптимальной и эффективной защиты электропитания центров обработки данных и других ИТ-систем, — считает он. — А компактность бестрансформаторных ИБП на базе IGBT-выпрямителей и инверторов позволяет сократить стоимость самого оборудования, владения системой, а также значительно уменьшить занимаемую площадь и массу — весьма существенные факторы для современных предприятий".
К преимуществам использования IGBT-транзисторов при создании выпрямителей ИБП специалист компании Eaton относит следующие: во-первых, они позволяют довольно просто обеспечить активную коррекцию коэффициента потребляемой мощности (типовое значение — 0,99), а во-вторых, добиться весьма малого значения КНИ входного тока (обычно не более 2—5%). Как следствие, ИБП вносит минимальные искажения в питающую силовую сеть и не требует применения дополнительных дорогостоящих фильтров. Немаловажным преимуществом ИБП с IGBT-выпрямителем является сокращение общих затрат на установку системы (кабели, силовые щиты, автоматы и пр.). Связано это с существенным уменьшением потребляемых токов — достаточно сравнить входной коэффициент мощно-сти 0,96 с коэффициентом 0,83, который характеризует ИБП с диодным и/или тиристорным выпрямителем.
Все последние ИБП компании Eaton (Powerware 9155, 9355 мощностью до 15 кВА и Powerware 9390 мощностью до 160 кВА) созданы на базе бестрансформаторной технологии, и в них используются только IGBT-выпрямители и IGBT-инверторы. "Мы рекомендуем ориентироваться на бестрансформаторные ИБП, поскольку только они обеспечивают высокую эффективность и являются сегодня самым компактным решением, — говорит Ансси Лехмусваара. — Такая топология идеально подходит для систем любой мощности, а современные электронные компоненты позволяют создавать на ее основе ИБП мощностью уже до 200 кВА".
Тем не менее, как отмечают специалисты Eaton, если к системе электропитания предъявляются специфические требования, при необходимости всегда можно установить дополнительный традиционный трансформатор на выходе ИБП — например, когда особо чувствительная нагрузка должна быть гальванически изолирована от первичной электросети или когда необходимо создать "чистую" выходную нейтраль для заводской измерительной лаборатории.
Рекомендации от компании Eaton довольно однозначно сводятся к применению зеркальной схемы (дополненной при необходимости трансформатором). А что же советуют эксперты других компаний?
Весь спектр мнений
Наиболее технологически перспективной считает зеркальную схему (IGBT-выпрямитель, IGBT-инвертор) и Андрей Воробьев, директор технической службы корпорации АРС в странах СНГ. По его мнению, к ее основным преимуществам относятся "бережное отношение к входным сетям и гибкость". Вместе с тем он отмечает, что реализации этой схемы являются самыми дорогостоящими.
Менеджер компании MGE UPS Systems Жан-Франсуа Кристин тоже отмечает тенденцию все более активного использования IGBT-выпрямителей. По мере того как производители компонентов встраивают все больше функций в одну интегральную микросхему, IGBT-решения дешевеют и становятся надежнее (меньше компонентов, меньше соединений и пр.). Однако он называет и серьезную проблему ИБП, использующих IGBT-выпрямители, — это низкий КПД, на уровне 90%. Даже у источников, построенных по классической схеме, он выше.
Вместе с тем г-н Кристин видит большие перспективы в использовании бестрансформаторных решений. Вот каковы его аргументы. Раньше силовые транзисторы инвертора управлялись относительно низкочастотными сигналами (частота не более 7—8 кГц), поэтому выдаваемую ими синусоиду требовалось "сглаживать", эту задачу выполняли установленные на выходе трансформаторы и конденсаторы. Теперь же, когда используется высокочастотное управление, потребность в установке трансформатора для этой цели отпадает. Единственное, для чего действительно требуется трансформатор, так это гальваническая развязка нагрузки с первичной сетью. Но эта задача по большому счету не должна затрагивать внутреннюю схемотехнику ИБП, поскольку может решаться внешними средствами. На настоящий момент компания MGE UPS Systems поставляет бестрансформаторные ИБП мощностью до 30 кВА, источники большей мощности идут уже с трансформаторами. Но Жан-Франсуа Кристин уверен, что со временем бестрансформаторные ИБП будут "подниматься вверх" по шкале мощностей.
"Каждая из схем имеет право на существование, у каждой есть свои плюсы и минусы, и в каждом конкретном случае имеет смысл выбирать тип ИБП исходя из технических требований и имеющихся финансовых ресурсов", — комментирует ситуацию Константин Соколов, начальник отдела экспертизы компании "Абитех", российского партнера фирмы GE DE. Его коллега, коммерческий директор "Абитех" Станислав Коларж более конкретен: "Если на первом месте — низкий входной КНИ и нет средств (и места) для установки 12-пульсного выпрямителя или активного/пассивного фильтра, то выбирают бестрансформаторные схемы. Классическая схема — если наиболее важна защита от пробоя постоянным током на выходе или установлена АКБ большой емкости и необходимо ее быстро заряжать".
Борис Осипов, директор компании "Ри-Электро" — дистрибутора ИБП фирмы Riello, наиболее перспективной для ИБП мощностью до 100 кВА считает зеркальную схему, по которой построены источники Power Dialog Plus (6—10 кВА). Для систем мощностью свыше 160 кВА, по мнению г-на Осипова, лучше подходит трансформаторная схема, обеспечивающая повышенную надежность. Она положена в основу ИБП Riello Master Dialog (10—800 кВА), использующих тиристорный 6- или 12-пульсный выпрямитель. Наконец, есть в линии продуктов Riello и источники, построенные по схеме с бустером, — это изделия Multi Dialog мощностью от 10 до 80 кВА.
Когда требуется модульность
Руководитель отдела специализированного электропитания компании "ЭкоПрог" Николай Трипольский относится с большим предпочтением к схеме, предусматривающей использование диодного/тиристорного выпрямителя, IGBT-бустера и IGBT-инвертора. "Большой опыт работы с разными производителями ИБП позволил сравнить различные варианты и сделать выбор, обусловленный объективными причинами, — говорит он. — Используемые нами ИБП швейцарской компании Newave выполнены именно по такой схеме, которая имеет значимые преимущества". ИБП Newave Conceptpower очень компактны — например, модульный источник с тремя модулями по 40 кВА весит всего 306 кг и умещается в 19-дюймовой стойке высотой 1,8 м — и имеют высокий КПД (до 96%), причем при нагрузке 25% значение КПД не падает ниже 90%. Также Николай Трипольский отмечает удобство доставки систем Newave Conceptpower в любые проблемные помещения по частям (корпус ИБП, модули, АКБ) и высокий уровень их масштабирования (в параллель включается любое число модулей).
Модульные системы Power+ израильской компании Gamatronic основаны на такой же схеме, что и швейцарские системы Newave Conceptpower (бестрансформаторная схема фактически единственно возможный вариант для модульных ИБП). По словам Уди Леви, R&D директора компании Gamatronic, им удалось создать очень компактное решение: 10-кВА трехфазный модуль имеет высоту всего 2U и весит 9 кг. Еще одно достоинство используемой схемы — высокий КПД, равный 96%.
Хотя система Power+ выполнена по бестрансформаторной технологии, существует опция подключения дополнительного входного и выходного трансформатора. "Основной недостаток трансформаторов — их большие габаритные размеры, масса и снижение КПД (обычно на 2%), — отмечает г-н Леви. — На практике это означает, что КПД системы, имеющей хотя бы один трансформатор, будет никак не выше 94%". Несмотря на это, бывают ситуации, когда трансформатор необходим. Например, при высоком уровне "загрязнения" сети бестрансформаторная система, в которой нейтральный проводник является сквозным, может пропустить помехи в нагрузку. Другая причина использования трансформатора — желание любой ценой заблокировать постоянную составляющую. "Но такое случается нечасто, и я думаю, что нет смысла ставить трансформаторы на все наши системы Power+", — делает вывод Уди Леви.
Источник бесперебойного питания (ИБП, бесперебойник) в домашних условиях можно переделать в самые различные устройства. Для некоторых понадобится даже не весь ИБП, а только его отдельные составные части (с корпусом или без), так что не стоит спешить выкидывать старый трансформатор от бесперебойника, ведь устройству еще можно найти достойное применение в быту.
Подробнее про изготовление
Что касается блока питания, то при помощи старого источника бесперебойного питания можно изготовить как простой блок, так и лабораторный. Естественно, лабораторный блок питания гораздо сложнее в сборке, установке, монтаже и настройке, а также потребует большего количества дополнительных деталей и инструментов. Тем не менее, в основе их изготовления лежит один принцип, к тому же при их использовании возникают одни и те же проблемы.
Первоначально приступим к рассмотрению простого блока питания и схемы его изготовления из старого ИБП от компьютера.
Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive)
Принцип действия
Аналогичен предыдущему варианту, за исключением того, что схема устройства дополнена входным регулятором напряжения. ИБП данного типа подразделяются на устройства с аппроксимированной синусоидой и полностью синусоидальным выходным напряжением.
Преимущества и недостатки
Преимущества линейно-интерактивных ИБП перед резервными:
- возможность нейтрализации сетевых колебаний (но не максимальной амплитуды!) без задействия АБ;
- сокращенное время переключения в автономный режим (за счёт синхронизации инвертора и входной сети).
Недостатками линейно-интерактивных ИБП являются:
- ступенчатое регулирование напряжения, приводящее к сильным искажениям выходного сигнала;
- перерыв в электропитании нагрузки при переходе на аккумуляторы (длительность переключения короче, чем у резервного ИБП, но ненулевая!);
- отсутствие коррекции формы входного напряжения и входной частоты в режиме работы от электросети, неполная фильтрация сетевых помех;
- большинство моделей не формируют идеальную синусоиду выходного напряжения в автономном режиме работы.
Применение
Далеко не всё электрооборудование будет успешно работать с линейно-интерактивными ИБП. Качество их выходного напряжения может просто не удовлетворить строгим требованиям современных потребителей электроэнергии как в бытовом, так и в промышленном секторе. В частности, линейно-интерактивный ИБП является не лучшим вариантом для котла отопительной системы, IT-аппаратуры и тем более для помеховосприимчивой научной, лабораторной и медицинской техники.
Кроме того, линейно-интерактивные ИБП не обеспечивают электропитание, полностью независимое от состояния внешней энергосистемы, что сохраняет риск повреждения нагрузки в результате, например, резкого сетевого перепада.
Схемы подключения и распиновка
Изготовление блока питания из трансформатора старого бесперебойника происходит по следующей схеме:
- с использованием омметра определяется обмотка с наивысшим сопротивлением (черные и белые провода, которые будут служить в качестве входа в блок питания) — при использовании устройства со стандартным корпусом этот шаг необязателен, поскольку гнездо в торце бесперебойника уже можно использовать в качестве входа;
- на трансформатор подается переменный ток 220 В;
- снимается напряжение с остальных контактов;
- производится поиск пары, для которой разность потенциалов составит 15 В (белый и желтый провода), — будущие выходы из блока питания;
- из проводов образуется вход в блок питания (с одной стороны от положения сердечника);
- из проводов с противоположной стороны по тому же принципу устраивается выход блока питания;
- на выходе устанавливается диодный мост;
- контакты диодного моста соединяются с потребителями.
Резервные ИБП (off-line, standby, back ups)
Принцип действия
Если внешняя сеть работает в штатном режиме, то ИБП питает нагрузку напрямую от входа и работает аналогично сетевому фильтру. В случае отклонения напряжения от допустимых пределов или при его полном отключении, резервный ИБП автоматически переключает нагрузку на аккумуляторные батареи (питание в таком режиме осуществляется через инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный). Обратное переключение выполняется также автоматически и производится после возвращения сетевого напряжения к норме.
Преимущества и недостатки
В настоящее время к весомым преимуществам off-line ИБП можно отнести только невысокую стоимость.
Недостатками резервных ИБП являются:
- перерыв в электропитании, возникающий при переключении нагрузки на АБ и обратно (составляет минимум 5 мс);
- отсутствие стабилизации напряжения и коррекции частоты при работе от электросети;
- переход на АБ даже при небольших сетевых скачках, приводящий, в условиях отечественной энергосистемы, к быстрому износу аккумуляторов;
- несинусоидальность выходного напряжения при работе в автономном режиме (аппроксимированная синусоида, иногда называемая производителями «модифицированной синусоидой» или «квази-синусоидой»);
- низкий уровень защиты от высоковольтных вбросов и электромагнитных помех.
Применение
Вышеназванные недостатки сужают область применения резервных ИБП. Данные приборы подходят для эксплуатации только в условиях стабильной электросети и только с оборудованием, способным функционировать при низком качестве питающего напряжения. Оff-line ИБП не стоит применять для защиты современной микропроцессорной техники или устройств, содержащих асинхронные и инверторные двигатели – насосы, холодильники, стиральные машины, кондиционеры, котлы систем отопления и т.д.
Возможные проблемы и нюансы
Проблемы, с которыми сталкивается большинство пользователей, схожи с проблемами при изготовлении простого блока питания. Они связаны с «просадкой» порогового напряжения и не имеют однозначного решения, кроме наладки в режиме осторожного экспериментального подбора.
Таким образом, из старого источника бесперебойного питания получится как простой самодельный блок питания, так и лабораторный блок питания.
Последний гораздо сложнее в изготовлении и потребует большего набора знаний и умений, а также дополнительного оборудования.
В настоящее время на рынке систем электропитания представлены ИБП трех типов: резервные, линейно-интерактивные и онлайн (с двойным преобразованием). Они различаются по внутреннему строению, принципу действия и техническим характеристикам.
В данной статье мы разберём все виды источников бесперебойного питания, определим в чём их особенности, достоинства и недостатки, а также рассмотрим, для какой нагрузки каждый тип устройств подходит больше всего.
- Резервные ИБП (off-line, standby, back ups)
- Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive)
- Онлайн ИБП (on-line, ИБП с двойным преобразованием энергии)
- Модельный ряд онлайн ИБП «Штиль»
- Классификация ИБП по мощности
- Классификация ИБП по типу корпуса
Как сделать лабораторный блок питания?
Изготовление лабораторного блока питания из старого бесперебойника — более сложная задача. Лабораторный блок питания зачастую используется радиолюбителями. Помимо трансформатора от старого ИБП, потребуются также:
- мощный транзистор;
- диоды для выпрямления напряжения;
- микросхема (от ОУ);
- реле;
- набор светодиодов;
- варистор;
- разъемы;
- оксидные конденсаторы;
- керамические конденсаторы.
Экспликация блока питания представлена на рисунке 2.
Первичная обмотка трансформатора получает напряжение от сети через вставленный элемент FU1 и выключатель подачи питания SА1. Подключенный параллельно RU1 (варистор) служит защитой от скачков напряжения.
При помощи R1 (резистор токоограничения) и VD1 (диод) происходит питание светодиода HL1, который выполняет роль индикатора наличия сетевого напряжения.
К обмотке || подключается выпрямитель напряжения, расположенный на VD2-VD5 (диодные сборы). Положение релейных контактов К 1.1 определяет работу трансформатора как двухполупериодного с напряжением в районе 10 В или как мостового с напряжением примерно 20 В. От выпрямителя напряжение поступает к полевому транзистору.
При помощи конденсаторов С1 и С3 сглаживаются пульсации. При помощи резистора R17 обеспечивается минимальная нагрузка стабилизатора напряжения.
От собранного на VD6-VD9 (диоды) выпрямителя при участии С2 и С5 (конденсаторы) происходит питание параллельного стабилизатора на:
- микросхемах (DA1, ОУ DA2);
- реле К1;
- вентиляторе M1.
Порог ограничения тока устанавливается резисторами:
Управление реле (К1) происходит при помощи резистора (VT2). Выходное напряжение устанавливается R19 (подстроечный резистор). При его превышении при помощи реле происходит переключение выходного напряжения. При превышении установленного R15 (резистор) значения максимальной температуры VT3 (транзистор) и RK1 (терморезистор) запускают в работу M1 (вентилятор). Чрезмерное напряжение реле и вентилятора распределяются, соответственно, на R13 и R18 (резисторы).
При превышении порогового значения тока нагрузки уменьшается напряжение выхода ОУ. VD 10 (диод) открывается, уменьшая напряжение на VT1 (затвор транзистора) до обеспечивающих протекание тока нормальных значений. Ограничение тока устанавливается R8 и R7 (резисторы) в интервалах 0-0,5 А и 0-5 А соответственно. При помощи конденсаторов обеспечивается устойчивое функционирование токоограничителя.
С увеличением их емкости значение устойчивости также увеличивается, однако уменьшается значение быстродействия токоограничителя.
На рисунке 3 изображены собранные выпрямители, транзисторы в монтаже с взаимосвязанными элементами. Выводы трансформатора оснащены гнездами, при необходимости их использования для них производится монтаж соответствующих им вилок, выпаянных из платы от старого ИБП.
Налаживание следует начинать с определения максимального значения напряжения на выходе при помощи R12 (резистор) с движком, расположенным сверху в схеме. При помощи подборки R13 (резистор) на К1 (реле) устанавливается номинальное значение напряжения. На вентиляторе напряжение устанавливает R18 (резистор).
Налаживание выходного токоограничителя происходит путем подключения последовательно соединенных амперметра и переменного резистора с сопротивлением 15 ом и мощностью 50 Вт.
Резисторы R1, R7 устанавливаются в положение в схеме слева, а R8 — справа, с его помощью происходит регулировка выходного тока.
Режим ограничения тока позволит зарядить аккумуляторы путем установки конечного напряжения и тока. В дальнейшем доработка осуществляется установкой оборудования:
- вольтметр;
- амперметр;
- комплексное измерительное устройство.
Пошаговый алгоритм действий
Алгоритм действий для самостоятельного изготовления блока питания из старого ИБП будет следующим:
- от ИБП отсоединяется трансформатор, подготавливается будущий корпус устройства;
- с использованием омметра определяется обмотка с самым высоким значением сопротивления: черный и белый провода, которые в будущем будут служить в качестве входа в устройство (если для изготовления используется старый корпус от ИБП, то входом будет соответствующее гнездо, расположенное в торцевой части бесперебойника и служащее для связи прибора и розетки);
- из проводов, расположенных с одной стороны от расположения сердечника, формируется «вход», из находящихся на противоположной стороне проводов обустраивается «выход» устройства;
- на трансформатор подается переменный ток с напряжением 220 вольт;
- снимается напряжение с незадействованных контактов;
- определяется пара, обладающая разностью потенциалов в 15 вольт (белый и желтый провода — «выход»);
- на «выход» устанавливается диодный мост;
- к его контактам подключаются потребители.
Варианты использования
Наиболее простой и потому распространенный вариант использования трансформатора старого бесперебойника — самостоятельное изготовление на его основе блока питания.
Разберемся с инструкцией по изготовлению, схемой подключения и возможными проблемами и нюансами.
Как можно использовать трансформатор?
У трансформатора от бесперебойника несколько вариантов применения.
Предварительно, в качестве подготовительного этапа следует разобрать устройство, оставив только корпус и трансформатор, или же сделать новый корпус под трансформатор.
Важно: ИБП и его составные части очень часто применяются не по прямому назначению. Из них также изготавливают преобразователи напряжения, зарядные устройства и т. д., однако эти устройства, помимо трансформатора, потребуют также использования других составных частей ИБП (для большинства самодельных устройств потребуется аккумулятор).
Правила безопасности и важные советы
При выполнении работы необходимо обладать базовыми знаниями в физике и электромеханике, а также соблюдать правила техники безопасности, использовать защитное обмундирование и пользоваться диэлектриками.
Что касается простого блока питания, то большинство сталкивается с одной и той же сложностью: на выходах из стандартных трансформаторов типовое значение напряжения составляет 15 В.
При подключении нагрузки к получившемуся блоку питания оно «проседает», так что нужный вольтаж подбирается экспериментальным путем.
Возможные проблемы и нюансы
Описанный процесс изготовления из трансформатора бесперебойника блока питания имеет, однако, существенные недостатки. В частности, они связаны с типовым напряжением, ограниченным на выходе до 15 В. При подключении к получившемуся блоку питания определенной нагрузки оно точно должно «просесть».
В связи с этим, придется экспериментальным путем подбирать вольтаж, необходимый на выходе, что потребует определенных навыков и знаний, а также сопряжено с определенными рисками.
Таким образом, хотя из трансформатора старого бесперебойника блок питания по вышеприведенной инструкции изготовить совершенно несложно, важно обладать хотя бы элементарными знаниями в физике и электронике, а также неукоснительно соблюдать технику безопасности, поскольку любые работы с электричеством потенциально связаны с серьезными рисками для жизни и здоровья.
Не каждый трансформатор ИБП подойдёт для этих целей. Некоторые производители ИБП халтурят при изготовлении магнитопровода (экономят на изоляции лаком, вместо стяжных шпилек проваривают магнитопровод), в таком случае трансформатор начнет существенно нагреваться даже на холостом ходу. Такой трансформатор не подойдет для продолжительной работы, либо придется придумывать охлаждение.
Онлайн ИБП (on-line, ИБП с двойным преобразованием энергии)
Принцип действия
Устройство выполняет двойное преобразование поступающего из сети напряжения. Сначала из переменного в постоянное, а затем обратно – из постоянного в переменное. В силовой цепи on-line ИБП аккумуляторы занимают промежуточное положение между непрерывно функционирующими выпрямителем и инвертором (батареи соединены с выходом первого и входом второго). Такая схема позволяет избежать задержек при переходе в автономный режим, так как инвертор подключен к АБ постоянно и каких-либо дополнительных коммутаций, в случае проблем с внешней электросетью, не требуется.
Преимущества и недостатки
Преимущества онлайн ИБП:
- мгновенный переключение на питание от батарей (без перерыва электроснабжении нагрузки);
- синусоидальная форма и максимально точное значение выходного напряжения (обеспечиваются как при работе от сети, так и от батарей);
- широкая амплитуда сетевых колебаний, нейтрализуемых без перехода в автономный режим;
- максимальная защита нагрузки (двойное преобразование энергии гасит все негативные входные воздействия и гарантирует полную независимость выходных характеристик ИБП от состояния внешней электросети);
- отсутствие влияние подключенного оборудования на основную электросеть.
Недостатки онлайн ИБП:
- более высокая, по сравнению с приборами других категорий, стоимость;
- низкий КПД (80-90%) у некоторых устаревших устройств (стоит отметить, что современные алгоритмы управления двойным преобразованием энергии, применяемые ведущими производителями on-line ИБП, позволяют значительно повысить КПД и довести его в ряде рабочих режимов до 99%).
Применение
Онлайн ИБП используются во всех сферах жизнедеятельности современного человека и являются лучшим решением для обеспечения бесперебойного электропитания. Только on-line ИБП могут эффективно работать с техникой, предъявляющей повышенные требования к качеству питающей электроэнергии: от оборудования домашних систем отопления и водоочистки до контрольно-измерительной аппаратуры и инфраструктуры ЦОДов.
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
Источник бесперебойного питания — вещь незаменимая. Причем применять его и его составные части можно очень по-разному. Из старого бесперебойника или его частей без особого труда получаются:
- инвертор;
- зарядное устройство;
- блок питания.
Схемы и пояснения
На рисунке 1 изображен стандартный трансформатор от ИБП с типичной расцветкой проводов, на которые даются ссылки в инструкции по самостоятельному изготовлению блока питания.
Что потребуется?
Для изготовления простого блока питания из бесперебойника своими руками потребуются:
- трансформатор от бесперебойника;
- корпус — подойдет и старый корпус от ИБП, и самостоятельно изготовленный для создания блока питания;
- диодный мост.
Читайте также: