2 Разработка функциональной, структурной схемы ибп и описание алгоритма работы
При построении систем бесперебойного питания необходимо определить первичную задачу, в некоторых случаях требуется обеспечить долговременную работу от аккумуляторной батареи, в других время переключения нагрузки на резервное питание уменьшив скорость переключения на АБ. Т.е. в каждом случае приходится решать разные технические задачи. Однако обеспечить 100% КПД по всем параметрам и функциям ИПБ невозможно, разработчики многих крупных фирм бьются над этим на протяжении долгого времени, мы же в свою очередь попробуем максимально обеспечить надежность нашего источника, добиваясь максимального результата.
В нашем случае мы занимаемся разработкой определенного блока, предназначенного для непрерывного питания промышленного контроллера BERNECKER & RAINER с стабилизированным напряжением +24 В.
Рассмотрим блоки входящие в состав устройства:
Входной фильтр;
Зарядное устройство;
Аккумуляторная батарея;
Преобразователь постоянного напряжения в постоянное;
Датчики тока и температуры;
Стабилизатор напряжения;
Устройство индикации и управления ИПБ.
Для того чтобы иметь представление о том, что следует разрабатывать необходимо найти связующее звено между всеми частями и функционированием всех частей ИПБ и в этом есть необходимость разработки структурной схемы, блоки которой мы рассмотрели выше (рисунок 2.1).
Рисунок
2.1 Структурная схема ИПБ
Рассмотрим
ряд схем, которые используются в многих
уже существующих ИПБ.
Аналоговые системы;
Цифровые системы;
Комбинируемые системы.
Каждая из систем имеет непосредственные операции управления, например, цифровыми величинами для цифровых систем, сравнения, усиления и преобразования аналоговых сигналов для аналоговых систем, рассматривая комбинируемые системы в свою очередь могут управлять или регулировать как цифровыми, так и аналоговыми устройствами.
При разработке были учтены многие факторы, которые привели к выбору аналоговых компараторов для построения схемы, а для стабильного выходного напряжения использован ИОН (источник опорного напряжения).
Схема управления контролирует напряжение на аккумуляторные батареи (далее АБ), в случае если напряжение на АБ ниже 10,5 В, следует звуковая сигнализация с последующим аварийным отключением ИПБ. Аварийное отключение производится так же при достижении максимальной температуры окружающей среды, данную функцию выполняет датчик температуры.
Выходную мощность контролирует датчик тока, в случае превышения допустимого тока схема управления отключает нагрузку, предотвращая этим выход устройства преобразования постоянного напряжения в постоянное.
Входное
напряжение 220В, 50Гц поступает через
сетевой фильтр на зарядное устройство,
фильтр в свою очередь предотвращает
поедание помех из сети электроснабжения,
которые могут нарушить стабильность
работы ИПБ. Зарядное устройство выполняет
важную роль, заряжает АБ, если в сети
есть напряжение тем самым поддерживает
ИПБ для работы в автономном режиме, при
исчезновении электроэнергии.
Преобразователь переменного напряжения
в постоянное, преобразует напряжение
сети 220В в постоянное 200В, устройство
преобразования выполнено по схеме
импульсного преобразователя с ШИМ. На
выходе преобразователя напряжение хоть
и выпрямлено, но все еще не стабильно,
для этого используем стабилизатор
постоянного напряжения, выполненного
по схеме однотактного, импульсного,
повышающего стабилизатора. На АБ
напряжение вирируется от 10,5 до 13,5 В, что
не выполняет условие стабильности, для
решения этой проблемы используем
преобразователь постоянного напряжения
в постоянное осуществляющий формирование
выходного постоянного напряжения
повышенного уровня. Синхронизация ИПБ
с сетью, а также управление осуществляет
устройство управления.
Для корректной эксплуатации аккумуляторной батареи, за ее параметрами следит МК.
При разработке алгоритма были учтены особенности создания ИПБ, контроль за параметрами и получение требуемого результата.
Устройство управления работой, измеряет входное напряжение сети, в случае существенного его отклонении, устройство управления измеряет напряжение АБ в том случае если на АБ напряжение находится в пределах нормы, заряжено, то устройство управления включает преобразователь постоянного напряжения в постоянное, контролируя напряжение на выходе АБ, для недопущения разряда АБ. Следующий этап измерение тока нагрузки, при его значительном превышении значения, устройство управления включает индикацию об ошибке, выключает преобразователь. Чтобы повторить цикл требуется перезагрузка ИПБ. Алгоритм работы ИПБ приведен на рисунке 2.2
При включении ИБП, напряжение сети окажется в норме, то устройство управления включает преобразователь постоянного напряжения в постоянное, измеряет выходной ток, если же ток нагрузки превышает норму, устройство управления включает индикацию соответствующей ошибки и выключает преобразователь. При работе от сети, ЗУ и АБ выступают как фильтр и происходит зарядка АБ.
Рисунок 2.2 Алгоритм работы ИПБ
Опираясь
на разработанную структурную схему и
алгоритм работы ИПБ, разрабатываем
функциональную схему устройства
(приведена на рисунке 2.3).
Рисунок 2.3. функциональная схема ИПБ
Разработка
принципиальной схемы ИБП
Схeма элeктричeская пpинципиальная, представлeна в графичeской чаcти дипломнoго проeкта. Соотвeтствуeт стpуктурной схeмe, истoчника бeсперебойного питaния и состoит из нeскольких функциoнальных узлoв. Раccмотрим сложныe yзлы, трeбующиe допoлнительнoй пpoработки, отдeльно.