Крест фактор ибп что это
Система бесперебойного питания (СБП)
Автоматическое устройство, обеспечивающее нормальное питание нагрузки при полном обесточивании внешней электросети в результате аварии или недопустимо высоком отклонении параметров сетевого напряжения от номинальных значений (см. "Неполадки в сети"). Различают два основных типа СБП: источники бесперебойного питания и генераторные установки.
Источник бесперебойного питания (ИБП, UPS)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей.
Дизель-генераторная установка (ДГУ)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию электрогенератора, ротор которого приводится в движение дизельным двигателем.
ИБП резервного типа (Off-Line или standby)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.
Достоинством ИБП резервного типа является его простота и, как следствие, невысокая стоимость, а недостатком - ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от батарей и более интенсивная их эксплуатация, так как источник переводится в аварийный режим при любых неполадках в электросети.
ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электрической сети.
Линейно-интерактивный (Line-Interactive) ИБП (UPS)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line), дополненной стабилизатором входного напряжения (бустером) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками.
Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.
По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования.
По линейно-интерактивной схеме собраны выпускаемые компанией Powerware ИБП серии PW5115 и PW5125.
Бустер (booster)
Автоматический регулятор напряжения, построенный на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (см. рисунки). Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (пониженное входное напряжение) или понижения (повышенное входное напряжение). Число обмоток бустера определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы. У ИБП серии PW5155 производства Powerware такой диапазон допустимого изменения входного напряжения составляет -20% и +20% от номинального значения 220 В.
ИБП (UPS) с двойным преобразованием энергии (On-Line)
Источник бесперебойного питания, в котором поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.
Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства.
К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение общего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразовании напряжения. ИБП типа On-Line применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам предъявляются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, каковой могут быть узлы локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.
По схеме с двойным преобразованием (On-Line) построены, например, модели PW9120 компании Powerware. Они оснащены плавным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому диапазон допустимых значений входного напряжения, при которых источник не переходит на питание от батарей, составляет 160 … 276 В.
Bypass ("обход")
Режим питания нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, поддерживаемый внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, имеющий соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления при перегрузке выходных цепей или при обнаружении неисправности в жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без обесточивания нагрузки.
Активная мощность
Полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.). Вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).
Полная мощность
Кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической. Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: ВА (вольт х ампер).
Коэффициент мощности (Power Factor)
Комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП). Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной.
Типичные значения коэффициента мощности:
В случае линейных искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от значения этого угла может характеризоваться как опережающий или отстающий. Если имеют место только нелинейные искажения формы тока, коэффициент мощности определяется отношением мощности первой гармоники тока к общей активной мощности, потребляемой нагрузкой.
Неполадки в электросети
Любые отклонения параметров питающего напряжения от установленных стандартом значений. На территории России ГОСТ 13109-87 определяет в качестве стандартных следующие параметры электросети:
коэффициент нелинейных искажений формы напряжения - менее 8% в течение длительного промежутка времени и менее 12% кратковременно.
Основные неполадки сетевого питания:
Наиболее распространенным видом неполадок в больших городах являются долговременные проседания напряжения, а в сельской местности к ним добавляются аварии в электросети и высоковольтные импульсные помехи.
Выпрямитель
Устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное. Однофазные ИБП оснащаются двух- или четырехполупериодными выпрямителями, а трехфазные ИБП - шести- или двенадцатиполупериодными.
Инвертор
Устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой аппроксимацией и инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя шириной отдельных импульсных составляющих ШИМ-сигнала, "интеллектуальные" инверторы, применяемые в сериях Powerware 9120, Powerware 9125, Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powreware 9370 компании Powerware, автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.
Выходной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)
Трансформатор, включаемый во выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между самим ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор "треугольник-звезда". Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП. Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных в промышленных районах. Выходными изолирующими трансформаторами оснащены все ИБП серий PW9340, PW9370 компании Powerware.
КПД
Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение выходной мощности устройства к потребляемой им от сети. Выпускаемые компанией Powerware ИБП с двойным преобразованием (On-Line) имеют достаточно высокие значения КПД, укладывающиеся в диапазон 90 … 95%.
Нормальный режим работы ИБП (UPS)
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.
Аварийный (автономный) режим работы ИБП (UPS)
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.
Виртуальная батарея
Конденсатор большой емкости, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее ИБП и выполняющий ее функции при непродолжительных (длительностью не более 1 … 2 с) неполадках в электросети. В результате уменьшается число случаев кратковременного использования основной батареи и увеличивается срок ее службы. Применение виртуальной батареи в сочетании с технологией температурной компенсации зарядного тока - одно из наиболее эффективных решений, позволяющих продлить жизненный цикл аккумуляторных батарей. Подобное решение реализовано в ИБП серий Powerware 9120, Powerware 9125, Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305 компании Powerware
Критичная нагрузка
Нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети, грозящим выходом оборудования из строя, нарушением технологического процесса или утратой важной информации. Чтобы предотвратить подобные случаи, для питания такой нагрузки (файловых серверов, рабочих станций, персональных компьютеров, телекоммуникационного и офисного оборудования и др.) следует применять ИБП.
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ)
Показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной. Типовые значения КНИ:
THD-фильтр
Устройство, устанавливаемое во входной цепи ИБП для уменьшения ее влияния на форму напряжения в питающей электросети. Поскольку входным узлом любого мощного ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием (On-Line), является выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной "загрязнения" электросети. Применение THD-фильтра позволяет в существенной мере ослабить подобное "загрязнение".
Мощные системы бесперебойного питания серий Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware комплектуются фильтрами, уменьшающими КНИ входного тока до 5 … 10%.
Температурная компенсация зарядного тока батарей
Технология, применяемая ведущими производителями ИБП, в т.ч. компаниями Powerware, для продления срока службы аккумуляторных батарей. Как известно, герметичные батареи крайне чувствительны к величине зарядного тока, оптимальное значение которого зависит от температуры окружающей среды. Технология температурной компенсации зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз.
Последовательное резервирование
Техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП, один из которых является основным, а другие - резервными (см. рисунок). Для соединения по такой схеме каждый ИБП должен иметь отдельный вход цепи Bypass. В то время как основной ИБП питает нагрузку, резервные источники работают в холостом режиме, потребляя минимальную мощность. При обнаружении признаков неисправности внутренних узлов основной ИБП переключается в режим Bypass, и всю нагрузку берет на себя следующий по схеме резервный источник.
ИБП, соединенные по схеме с последовательным резервированием, могут иметь собственные аккумуляторы или подключаться к единому для всех комплекту батарей для увеличения времени работы системы в автономном режиме. По такой схеме можно включать все устройства серий Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware.
Параллельное резервирование, наращивание мощности системы
Техническое решение, направленное либо на повышение надежности (аппаратное резервирование), либо на увеличение общей выходной мощности системы (масштабирование). Оно предусматривает параллельное соединение нескольких одноранговых ИБП с объединением их входов и выходов. Работоспособность такой системы обеспечивается специальной схемой синхронизации фаз выходного напряжения. В случае аппаратного резервирования при исправности всех соединенных параллельно ИБП нагрузка равномерно распределяется между ними, а в случае выхода из строя одного из источников - перераспределяется между исправными.
В схеме с параллельным резервированием допускается применение как отдельных аккумуляторов для каждого ИБП, так и общего комплекта батарей. Устройства серий Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware разработаны с учетом возможности их объединения по такой схеме.
Крест-фактор нагрузки (Crest Factor)
Показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток. Определяется как отношение амплитуды импульсного тока в нелинейной нагрузке Im (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Im (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности (см. рисунки). ИБП компаний Powerware способны питать нелинейную нагрузку с крест-фактором до 3:1.
13.05.2011 16:00 |
Коэффициент амплитуды сигнала (крест-фактор)
Crest Factor*, Crest-factor* – англ.
Cross Ratio – англ.
Peak-to-average ratio (PAR) – англ.
Peak-to-average Power Ratio (PAPR) – англ.
*Crest – вершина, гребень, пик – англ.
Коэффициент амплитуды (крест-фактор) – это показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.
Определяется как отношению амплитуды (мгновенного максимального/пикового значения) сигнала к действующему (эффективному, среднекв.,скз/rms) значению сигнала. В электротехнике обычно применяется для характеристики формы тока в сети. Определение для коэффициента амплитуды для этого случая приведено ниже.
ИБП компании N-Power способны питать нелинейную нагрузку с крест-фактором до 3.5:1.
Определение коэффициента амплитуды
Коэффициент амплитуды сигнала равен отношению амплитуды (максимального значения) сигнала к действующему (эффективному, среднекв.,скз/rms) значению сигнала.
Ка = Amax / Arms= Aмакс. / Aэфф.
В электротехнике наиболее часто термин применяется для характеристики сигнала тока нагрузки или характеристики сигнала нагрузочного тока ИБП допустимого для данного типа ИБП. Таким образом коэффициент амплитуды характеризует способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.
Ниже представлены различные примеры форм сигнала и их коэффициенты амплитуды:
С достаточной точностью коэффициент амплитуды (Crest-factor) также может быть определён как корень из двух умножить на отношение амплитуды импульсного тока в реальной нелинейной нагрузке Iмакс (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Iмакс (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности.
Так же форму сигнала может характеризовать коэффициент формы кривой , равный отношению действующего значения сигнала к среднему за полупериод: Kф = Aэфф. / Aсредн.
В случае синусоидальных сигналов:
Однако, в силовой электротехнике этот термин коэффициент формы кривой используется редко.
Дополнительная информация для технических специалистов
из учебника Г.И. Атабекова «Основы теории цепей»
В радиотехнике и электротехнике пользуются также коэффициентами формы кривой (Kф) и амплитуды (Kа).
Коэффициент амплитуды определяется как отношение максимального значения функции к действующему значению:
Для гармонической функции:
Коэффициент формы кривой определяется как отношение действующего значения функции к среднему значению функции, взятой по абсолютной величине:
Система бесперебойного питания (СБП)
Автоматическое устройство, обеспечивающее нормальное питание нагрузки при полном обесточивании внешней электросети в результате аварии или недопустимо высоком отклонении параметров сетевого напряжения от номинальных значений (см. "Неполадки в сети"). Различают два основных типа СБП: источники бесперебойного питания и генераторные установки .
Источник бесперебойного питания (ИБП, UPS)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей.
Дизель-генераторная установка (ДГУ)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию электрогенератора, ротор которого приводится в движение дизельным двигателем.
ИБП резервного типа (Off-Line или standby)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.
Достоинством ИБП резервного типа является его простота и, как следствие, невысокая стоимость, а недостатком - ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от батарей и более интенсивная их эксплуатация, так как источник переводится в аварийный режим при любых неполадках в электросети.
ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электрической сети.
Линейно-интерактивный (Line-Interactive) ИБП (UPS)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line), дополненной стабилизатором входного напряжения (бустером) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками.
Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.
По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования.
По линейно-интерактивной схеме собраны выпускаемые компанией Powerware ИБП серии PW5115 и PW5125.
Бустер (booster)
Автоматический регулятор напряжения, построенный на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (см. рисунки). Применяется в ИБП , собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (пониженное входное напряжение) или понижения (повышенное входное напряжение). Число обмоток бустера определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы. У ИБП серии PW5155 производства Powerware такой диапазон допустимого изменения входного напряжения составляет -20% и +20% от номинального значения 220 В.
ИБП (UPS) с двойным преобразованием энергии (On-Line)
Источник бесперебойного питания, в котором поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.
Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства.
К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение общего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразовании напряжения.
ИБП типа On-Line применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам предъявляются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, каковой могут быть узлы локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.
По схеме с двойным преобразованием (On-Line) построены, например, модели PW9120 компании Powerware . Они оснащены плавным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому диапазон допустимых значений входного напряжения, при которых источник не переходит на питание от батарей, составляет 160 . 276 В.
Bypass ("обход")
Режим питания нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП . Переключение в режим Bypass, поддерживаемый внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП , имеющий соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления при перегрузке выходных цепей или при обнаружении неисправности в жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП . Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без обесточивания нагрузки.
Активная мощность
Полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП , из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.). Вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).
Полная мощность
Кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП ) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической. Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: ВА (вольт х ампер).
Коэффициент мощности (Power Factor)
Комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП ). Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной. Типичные значения коэффициента мощности:
1 - идеальное значение; 0.95 - хороший показатель; 0.9 - удовлетворительный показатель; 0.8 - плохой показатель; 0.7 - влияние компьютерной нагрузки; 0.65 - влияние двухполупериодного выпрямителя.
В случае линейных искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от значения этого угла может характеризоваться как опережающий или отстающий. Если имеют место только нелинейные искажения формы тока, коэффициент мощности определяется отношением мощности первой гармоники тока к общей активной мощности, потребляемой нагрузкой.
Неполадки в электросети
Любые отклонения параметров питающего напряжения от установленных стандартом значений. На территории России ГОСТ 13109-87 определяет в качестве стандартных следующие параметры электросети:
- напряжение - 220 В ±10%;
- частота - 50 Гц ±1 Гц;
- коэффициент нелинейных искажений формы напряжения - менее 8% в течение длительного промежутка времени и менее 12% кратковременно.
Основные неполадки сетевого питания:
- полное пропадание напряжения в сети (авария в сети);
- долговременные и кратковременные проседания и всплески напряжения;
- высоковольтные импульсные помехи;
- высокочастотный шум;
- отклонение частоты за пределы допустимых значений.
Наиболее распространенным видом неполадок в больших городах являются долговременные проседания напряжения, а в сельской местности к ним добавляются аварии в электросети и высоковольтные импульсные помехи.
Выпрямитель
Устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное. Однофазные ИБП оснащаются двух- или четырехполупериодными выпрямителями, а трехфазные ИБП - шести- или двенадцатиполупериодными.
Инвертор
Устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой аппроксимацией и инверторы с широтно-импульсной модуляцией ( ШИМ ). Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя шириной отдельных импульсных составляющих ШИМ-сигнала, "интеллектуальные" инверторы, применяемые в сериях Powerware 9120, Powerware 9125, Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powreware 9370 компании Powerware , автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.
Выходной изолирующий трансформатор ИБП (UPS)
Трансформатор, включаемый во выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между самим ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор "треугольник-звезда". Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП . Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных в промышленных районах. Выходными изолирующими трансформаторами оснащены все ИБП серий PW9340, PW9370 компании Powerware.
КПД
Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение выходной мощности устройства к потребляемой им от сети. Выпускаемые компанией Powerware ИБП с двойным преобразованием (On-Line) имеют достаточно высокие значения КПД, укладывающиеся в диапазон 90 . 95%.
Нормальный режим работы ИБП (UPS)
Режим работы ИБП , при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.
Аварийный (автономный) режим работы ИБП (UPS)
Режим работы ИБП , при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.
Виртуальная батарея
Конденсатор большой емкости, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее ИБП и выполняющий ее функции при непродолжительных (длительностью не более 1 . 2 с) неполадках в электросети. В результате уменьшается число случаев кратковременного использования основной батареи и увеличивается срок ее службы. Применение виртуальной батареи в сочетании с технологией температурной компенсации зарядного тока - одно из наиболее эффективных решений, позволяющих продлить жизненный цикл аккумуляторных батарей. Подобное решение реализовано в ИБП серий Powerware 9120, Powerware 9125, Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305 компании Powerware
Критичная нагрузка
Нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети, грозящим выходом оборудования из строя, нарушением технологического процесса или утратой важной информации. Чтобы предотвратить подобные случаи, для питания такой нагрузки (файловых серверов, рабочих станций, персональных компьютеров, телекоммуникационного и офисного оборудования и др.) следует применять ИБП .
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ)
Показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной. Типовые значения КНИ:
- 0% - синусоидальная форма сигнала;
- 3% - форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз;
- 5% - отклонение формы сигнала от синусоидальной заметно на глаз;
- до 21% - сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму;
- 43% - сигнал имеет прямоугольную форму.
THD-фильтр
Устройство, устанавливаемое во входной цепи ИБП для уменьшения ее влияния на форму напряжения в питающей электросети. Поскольку входным узлом любого мощного ИБП , построенного по схеме с двойным преобразованием (On-Line), является выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной "загрязнения" электросети. Применение THD-фильтра позволяет в существенной мере ослабить подобное "загрязнение".
Мощные системы бесперебойного питания серий Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware комплектуются фильтрами, уменьшающими КНИ входного тока до 5 . 10%.
Температурная компенсация зарядного тока батарей
Технология, применяемая ведущими производителями ИБП , в т.ч. компаниями Powerware , для продления срока службы аккумуляторных батарей. Как известно, герметичные батареи крайне чувствительны к величине зарядного тока, оптимальное значение которого зависит от температуры окружающей среды. Технология температурной компенсации зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз.
Последовательное резервирование
Техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП, один из которых является основным, а другие - резервными (см. рисунок). Для соединения по такой схеме каждый ИБП должен иметь отдельный вход цепи Bypass. В то время как основной ИБП питает нагрузку, резервные источники работают в холостом режиме, потребляя минимальную мощность. При обнаружении признаков неисправности внутренних узлов основной ИБП переключается в режим Bypass, и всю нагрузку берет на себя следующий по схеме резервный источник.
ИБП , соединенные по схеме с последовательным резервированием, могут иметь собственные аккумуляторы или подключаться к единому для всех комплекту батарей для увеличения времени работы системы в автономном режиме. По такой схеме можно включать все устройства серий Powerware 9150, Powerware 9155, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware .
Параллельное резервирование, наращивание мощности системы
Техническое решение, направленное либо на повышение надежности (аппаратное резервирование), либо на увеличение общей выходной мощности системы (масштабирование). Оно предусматривает параллельное соединение нескольких одноранговых ИБП с объединением их входов и выходов. Работоспособность такой системы обеспечивается специальной схемой синхронизации фаз выходного напряжения. В случае аппаратного резервирования при исправности всех соединенных параллельно ИБП нагрузка равномерно распределяется между ними, а в случае выхода из строя одного из источников - перераспределяется между исправными.
В схеме с параллельным резервированием допускается применение как отдельных аккумуляторов для каждого ИБП , так и общего комплекта батарей. Устройства серий Powerware 9155, Powerware 9170, Powerware 9305, Powerware 9340, Powerware 9370 компании Powerware разработаны с учетом возможности их объединения по такой схеме.
Крест-фактор нагрузки (Crest Factor)
Показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток. Определяется как отношение амплитуды импульсного тока в нелинейной нагрузке Im (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Im (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности (см. рисунки). ИБП компаний Powerware способны питать нелинейную нагрузку с крест-фактором до 3:1.
Рассмотрены вопросы эффективности использования и потребления электрической энергии, нагрузочные, перегрузочные и переходные характеристики современных источников бесперебойного питания (ИБП) переменного тока.
Основные понятия и соотношения
Энергетические показатели источников бесперебойного питания (ИБП , UPS) характеризуют эффективность использования, эффективность потребления электрической энергии, нагрузочные и перегрузочные характеристики системы.
Коэффициент полезного действия (К.П.Д.) характеризует эффективность использования оборудования и представляет отношение выходной активной мощности к входной:
Тепловые потери - активная мощность, рассеиваемая оборудованием:
Полная мощность (S) - характеризует величину загруженности сети оборудованием, равна произведению действующих значений напряжения и тока:
и определяется тремя составляющими мощности:
где P - активная мощность (Вт), Q - реактивная мощность (ВА р ), Т - мощность искажения (ВА). Для линейных нагрузок имеем Т=0.
Коэффициент мощности (Кр) - характеризует эффективность потребления энергии и представляет отношение активной мощности к полной:
где ? 1 - фазовый сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока, К ни - коэффициент нелинейности:
где I 1 - действующее значение первой (основной) гармоники тока, I - действующее значение несинусоидального периодического тока:
I n - действующее значение "n "- гармоники тока, n - порядок высшей гармоники тока.
Энергетический коэффициент - обобщенный показатель эффективности оборудования:
Коэффициент искажения синусоидальности - характеризует степень отклонения формы периодической кривой тока от синусоидальной.
По определению ГОСТ 13109-97 [1] имеем:
Без учета гармонических составляющих, значения которых менее 0,1%, допускается расчет коэффициента искажения по следующему выражению:
Коэффициент нелинейности , влияющий на значение коэффициента мощности, может быть представлен через коэффициенты искажения синусоидальности:
Коэффициент амплитуды (крест-фактор) представляет отношение амплитудного (пикового) значения тока к действующему:
Для синусоидальной формы тока имеем
, а при несинусоидальной -
Коэффициент нагрузки - полная мощность нагрузки, отнесенная к номинальной мощности оборудования:
Коэффициент передачи полной мощности в нагрузку - отношение предельно допустимой мощности нагрузки к номинальной полной мощности оборудования:
Нагрузочная характеристика - зависимость коэффициента передачи полной мощности от значения коэффициента
Внешняя характеристика - зависимость выходного напряжения от коэффициента нагрузки при номинальном входном напряжении и заданном коэффициенте мощности нагрузки.
Перегрузочная характеристика ИБП - время-токовая зависимость, определяющая способность ИБП выдерживать перегрузку в течение некоторого времени.
Ток короткого замыкания инвертора I кз - способность инвертора при его внешнем коротком замыкании отдавать ток, кратный номинальному значению выходного тока, в течение определенного времени. Согласно ГОСТ 27699-88 [2] инвертор должен обеспечить I кз = 2xI ном в течение 0,1секунды.
Представление ИБП электрическим многополюсником
цепь двойного преобразования энергии от сети (U вх 1);
цепь BYPASS, обеспечивающая прямую передачу энергии от вспомогательного источника переменного тока к нагрузке (U вх 2);
цепь преобразования энергии источника постоянного тока - аккумуляторной батареи (U вх 3).
Передача энергии в нагрузку одновременно разрешена только по одному из входов ИБП.
Рис.1 Структурная схема ИБП с двойным преобразованием
В-ККМ - выпрямитель и корректор коэффициента мощности,
ИНВ - инвертор, ППН - преобразователь постоянного напряжения.
В зависимости от мощности ИБП, в структуре может присутствовать преобразователь постоянного напряжения ППН1 или ППН2.
Назначение ППН в структуре ИБП - поднять до определенного уровня напряжение от аккумуляторной батареи (ППН1) и стабилизировать напряжение питания инвертора, одновременно выполняя функцию ККМ (ППН2).
На рисунке 1 условно не обозначен блок зарядного устройства (ЗУ). Последний может быть реализован либо модулем AC/DC, подключенным ко входу U вх 1, либо модулем DC/DC, подключенным к шине питания инвертора, либо использован заряд аккумуляторной батареи (АБ) непосредственно от силового выпрямителя ИБП.
Современная топология ИБП с двойным преобразованием энергии рассмотрена в работе [3]. Для обобщения анализа энергетических показателей при разнообразии схемотехнических решений при реализации ИБП воспользуемся его представлением в виде электрического многополюсника (см. рис.2), свойства которого можно описать семейством характеристик: выходных, входных и переходных (системных).
Рис.2 Представление ИБП многополюсником
Рассмотрим особенности характеристик ИБП с двойным преобразованием энергии и показатели его эффективности.
Выходные характеристики ИБП
для однофазных ИБП : 700 ВА, 1000 ВА, 1500 ВА, 2000 ВА, 3000 ВА, 5 кВА,6 кВА, 10 кВА, (15) кВА;
для ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом: 8 кВА,10 кВА, 12 кВА,15 кВА, 20 кВА;
для трехфазных ИБП: 8 , 10, 12, 15, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800 кВА.
Выходной коэффициент мощности (Кр вых ), указанный производителем, соответствует тому значению коэффициента мощности нагрузки, при котором обеспечивается максимальная эффективность потребления нагрузкой электроэнергии от ИБП.
Значения Кр вых для современных ИБП с двойным преобразованием приняты в диапазоне от 0,7 (для ИБП мощностью до 10-20 кВА) до 0,8 (для ИБП 30 кВА и более).
Номинальная активная выходная мощность (Р вых.ном ) - максимальная активная мощность, отдаваемая в нагрузку:
Внешняя характеристика характеризует степень статической точности выходного напряжения ИБП. В общем случае, жесткость внешней характеристики определяется внутренним сопротивлением силовой цепи, включающей выпрямитель, корректор коэффициента мощности, преобразователь постоянного напряжения и инвертор. Однако, в связи со стабилизирующими свойствами ККМ - ППН, обеспечивающими стабильное напряжение питание инвертора, можно считать, что основным параметром, определяющим внешнюю характеристику ИБП, является выходное сопротивление инвертора. Современные инверторы на IGBT-транзисторах с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения обладают низким значением внутреннего сопротивления. По сравнению с силовыми трансформаторами, инвертор обладает внутренним сопротивлением в 5 раз меньше [5], что обеспечивает не только высокую точность стабилизации выходного напряжения (1-2)%, но и низкие значения коэффициента искажения синусоидальности выходного напряжения (менее 3%) при токах в нелинейных нагрузках с коэффициентом амплитуды до 3.
Нагрузочная характеристика представляет нелинейную зависимость коэффициента передачи полной мощности от коэффициента мощности нагрузки. Значение коэффициента передачи полной мощности в нагрузку достигает 100% при равенстве коэффициента мощности линейной нагрузки индуктивного характера выходному коэффициенту мощности ИБП.
На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики при различных типах линейной нагрузки RL, RC и нелинейной нагрузки RCD. При чисто активной нагрузке коэффициент передачи мощности соответствует значению Кр вых 100%.
Рис.3 Нагрузочные характеристики ИБП
При нелинейной нагрузке коэффициент передачи мощности снижается. Наиболее распространены однофазные нелинейные нагрузки типа RCD - неуправляемые выпрямители с емкостным фильтром. Коэффициент амплитуды тока такой нагрузки достигает 2,5 - 3 при коэффициенте мощности 0,7 - 0,6.
На рисунке 4 приведены зависимости коэффициента мощности и коэффициента амплитуды RCD-нагрузки в функции длительности импульса тока на полупериоде сетевого напряжения [4].
Рис.4 Зависимости Кр и Ка от длительности импульса тока в RCD-нагрузке
При работе ИБП на разнотипные нагрузки за эквивалентную нелинейную нагрузку принимают сумму нагрузок: 50% - RL - линейная нагрузка с Кр н =0,8 и 50% - RCD - нагрузка - неуправляемый выпрямитель с емкостью фильтра 2,5 мкФ/Вт. Коэффициент передачи мощности в нелинейную нагрузку при токе с коэффициентом амплитуды К а =3 не превышает значения К s =70 - 80%.
Перегрузочные характеристики ИБП и ток короткого замыкания инвертора
Различают перегрузочные способности инвертора и цепи Bypass. При значительных и длительных перегрузках ИБП переходит в режим автоматического Bypass, отличающийся большой перегрузочной способностью. Однако, современные инверторы на IGBT-транзисторах с ШИМ регулированием обладают так же достаточно высокими перегрузочными характеристиками и значениями токов короткого замыкания (I кз ), достигающими 300% номинального выходного тока. При перегрузках, не превышающих 5-10% номинальной мощности, ИБП могут работать в инверторном режиме длительное время, не переходя в режим автоматического Bypass. На рисунке 5 приведены типичные перегрузочные характеристики ИБП. Следует иметь в виду, что количественные показатели приведенных время-токовых зависимостей могут отличаться для разных моделей ИБП различных производителей. Знание перегрузочных характеристик позволяет оптимально выбирать необходимую номинальную мощность ИБП для нагрузок, обладающих большими пусковыми токами, исключая низкий коэффициент загрузки ИБП в статическом режиме при номинальных токах нагрузки.
На рисунке 5 обозначены допустимые области работы ИБП: 1- в инверторном режиме, 2 - в режиме автоматического Bypass, 3 - область отключенного ИБП.
Рис.5 Перегрузочные характеристики ИБП
Вопрос ограничения тока инвертора в режиме перегрузки является важным в понимании перегрузочных свойств ИБП. При росте тока нагрузки свыше номинального значения инвертор переходит в режим генератора тока, ограничивая максимальное значение тока на определенной величине I огр .
Экспериментально показано [6]: для того, чтобы искажение синусоидальности выходного напряжения не превышало 5%, необходимо устанавливать порог ограничения максимального (амплитудного) значения выходного тока в 1,5 раза больше амплитудной величины номинального тока инвертора при линейной нагрузке:
Соответственно, коэффициент амплитуды тока ограничения будет:
На рисунке 6 приведены кривые выходного напряжения и тока инвертора с номинальной мощностью 5 кВА при работе на нелинейную нагрузку типа RCD при различных значениях тока нагрузки. Инвертор с ШИМ регулированием выходного напряжения способен реагировать на изменения тока нагрузки, ограничивая его по амплитуде. При этом происходит увеличение длительности импульса тока на полупериоде выходного напряжения. (см. рис.6 б,в,г).
Рис.6 Кривые изменения напряжения и тока инвертора при RCD нагрузке
В таблицу 1 сведены электрические параметры, характеризующие режимы работы инвертора в соответствии с кривыми напряжения и тока на рисунке 6.
Источник бесперебойного питания (ИБП) Uninterruptible Power Supply (UPS)
Устройство, использующее для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей. Их основной задачей является поддержание работоспособности критичной нагрузки в течение незначительного времени от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от ее мощности и емкости батарейного комплекта. Этого времени достаточно либо для устранения неполадок в линии электропередачи, либо для штатного отключения критичной нагрузки.
Критичная нагрузка (Critical Load)
Нагрузка, чувствительная к неполадкам в электросети, грозящим выходом оборудования из строя, нарушением технологического процесса или утратой важной информации. Чтобы предотвратить подобные случаи, для питания такой нагрузки (файловых серверов, рабочих станций, персональных компьютеров, телекоммуникационного и офисного оборудования и др.) следует применять ИБП.
ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП резервного типа является его простота и, как следствие, невысокая стоимость, а недостатком — ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от батарей и более интенсивная их эксплуатация, так как источник переводится в аварийный режим при любых неполадках в электросети. ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электрической сети.
Линеино-интерактивныи (Line-interactive) ИБП
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-line), дополненной стабилизатором входного напряжения (бустером) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей. По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования.
Бустер (Booster)
Автоматический регулятор напряжения, построенный на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (пониженное входное напряжение) или понижения (повышенное входное напряжение). Число обмоток бустера определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы.
ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line)
Источник бесперебойного питания, в котором поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в аварийном режиме. Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства. К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение общего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразовании напряжения. ИБП типа On-line применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам предъявляются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, каковой могут быть узлы локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.
Bypass(обход)
Режим питания нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, поддерживаемый внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, имеющий соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления при перегрузке выходных цепей или при обнаружении неисправности в жизненно важных узлах. Таким образом нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без обесточивания нагрузки.
Коэффициент мощности - величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП, как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии.
Коэффициент мощности (Power Factor)
Комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП). Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной. Типичные значения коэффициента мощности: 1 _ идеальное значение; 0.95 — хороший показатель; 0.9 — удовлетворительный показатель; 0.8 — плохой показатель; 0.7 — влияние компьютерной нагрузки; 0.65 — влияние двух-полупериодного выпрямителя. В случае линейных искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от значения этого угла может характеризоваться как опережающий или отстающий. Если имеют место только нелинейные искажения формы тока, коэффициент мощности определяется отношением мощности первой гармоники тока к общей активной мощности, потребляемой нагрузкой.
Электрическая мощность (э. м.) - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.
Активная мощность (P) - среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j - угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. - ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м. характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.
Реактивная мощность (Q) - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.
Полная мощность
Кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической. Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: ВА (вольт х ампер).
Выпрямитель
Устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное. Однофазные ИБП оснащаются двух- или четырехполупери-одными выпрямителями, а трехфазные ИБП — шести- или двенадцатиполупериодными.
Инвертор
Устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой аппрокси-мацией и инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя шириной отдельных импульсных составляющих ШИМ-сигнала, инверторы автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.
Выходной изолирующий трансформатор
Трансформатор, включаемый во выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между самим ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор "треугольник-звезда". Он образует выходную нейтраль нагрузки, полностью изолированную от входной нейтрали ИБП. Таким образом, удается полностью защититься от помех по входной нейтрали, широко распространенных в промышленных районах.
- Возможность работы с нагрузками любых типов, имеющих различные коффициенты мощности
- Стабильность выходных параметров как при статической, так и динамической нагрузке
- Позволяет реализовать любую из известных питающих силовых схем (систем заземления): TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT
- Гальваническая изоляция увеличивает помехозащищенность нагрузки как по фазам, так и по нейтрали. Исключается постоянная составляющая выходного напряжения
- Возможность работы с нелинейной и импульсной нагрузкой за счет широкого диапазона допустимого крест-фактора и КНИ тока нагрузки
- Возможность питания как любых однофазных, так и трехфазных нагрузок
- В связи с использованием выходного трансформатора типа «треугольник-звезда» выходная нейтраль формируется заново и все фазные напряжения жестко балансируются
- Возможность работы с несбалансированными до 100% трехфазными нагрузками типа «звезда» и «треугольник»
КПД
Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение выходной мощности устройства к потребляемой им от сети.
Нормальный режим работы
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи отключены или подзаряжаются.
Аварийный (автономный) режим работы
Режим работы ИБП, при котором нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной в переменное напряжение.
Виртуальная батарея
Конденсатор большой емкости, подключаемый параллельно аккумуляторной батарее ИБП и выполняющий ее функции при непродолжительных (длительностью не более 1 . 2 с) неполадках в электросети. В результате уменьшается число случаев кратковременного использования основной батареи и увеличивается срок ее службы. Применение виртуальной батареи в сочетании с технологией температурной компенсации зарядного тока — одно из наиболее эффективных решений, позволяющих продлить жизненный цикл аккумуляторных батарей.
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ)
-
Показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной. Типовые значения КНИ:
- 0% — синусоидальная форма сигнала;
- 3% — форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз;
- 5% — отклонение формы сигнала от синусоидальной заметно на глаз;
- до 21% — сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму;
- 43% — сигнал имеет прямоугольную форму;
ТНD-фильтр
Устройство, устанавливаемое во входной цепи ИБП для уменьшения ее влияния на форму напряжения в питающей электросети. Поскольку входным узлом любого мощного ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием (Оп-Ыпе), является выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной "загрязнения" электросети. Применение ТНО-фильтра позволяет в существенной мере ослабить подобное "загрязнение".
Температурная компенсация зарядного тока батарей
Технология, применяемая ведущими производителями ИБП, для продления срока службы аккумуляторных батарей. Как известно, герметичные батареи крайне чувствительны к величине зарядного тока, оптимальное значение которого зависит от температуры окружающей среды. Технология температурной компенсации зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз.
Последовательное резервирование
Техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП, один из которых является основным, а другие — резервными (см. рисунок). Для соединения по такой схеме каждый ИБП должен иметь отдельный вход цепи Bypass. В то время как основной ИБП питает нагрузку, резервные источники работают в холостом режиме, потребляя минимальную мощность. При обнаружении признаков неисправности внутренних узлов основной ИБП переключается в режим Bypass, и всю нагрузку берет на себя следующий по схеме резервный источник. ИБП, соединенные по схеме с последовательным резервированием, могут иметь собственные аккумуляторы или подключаться к единому для всех комплекту батарей для увеличения времени работы системы в автономном режиме.
Параллельное резервирование, наращивание мощности системы
Техническое решение, направленное либо на повышение надежности (аппаратное резервирование), либо на увеличение общей выходной мощности системы (масштабирование). Оно предусматривает параллельное соединение нескольких одноранговых ИБП с объединением их входов и выходов. Работоспособность такой системы обеспечивается специальной схемой синхронизации фаз выходного напряжения. В случае аппаратного резервирования при исправности всех соединенных параллельно ИБП нагрузка равномерно распределяется между ними, а в случае выхода из строя одного из источников — перераспределяется между исправными. В схеме с параллельным резервированием допускается применение как отдельных аккумуляторов для каждого ИБП, так и общего комплекта батарей.
Крест-фактор нагрузки (Crest Factor)
Показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.
Читайте также: