3.1. Назначение основных элементов ибп 5115
Структурная схема ИБП 5115 приведена на рис. 3. Основными элементами ИБП являются: автотрансформатор (А), выпрямитель (В), инвертор (И), аккумуляторная батарея (АБ), блок контроля сети и управления (БКУ), переключатель (П).
Автотрансформатор стабилизирует выходное напряжение источника при колебаниях напряжения сети в широких пределах без переключения на АБ.
Выпрямитель осуществляет подзаряд батареи в нормальном режиме.
Инвертор включается переключателем П при значительном изменении или исчезновении входного напряжения.
Рис. 3. Структурная схема ИБП линейно-интерактивного типа
Аккумуляторная батарея состоит из герметизированных аккумуляторов.
Переключатель служит для переключения ИБП на работу от АБ и представляет собой быстродействующие реле.
Фильтр состоит из L-C элементов, свободно пропускающих колебания с частотой ниже 50 Гц.
Блок контроля и управления представляет собой микропроцессор, который следит за частотой сети, за величиной действующего и мгновенного значений напряжения сети, и выдает команду на переключение режимов работы. В состав БКУ входит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который несколько раз за полупериод производит измерение мгновенного значения напряжения сети, преобразует результат измерения в цифровую форму и передает его для анализа микропроцессору ИБП. В памяти микропроцессора хранится образ идеальной синусоиды, с которым сравниваются результаты измерения мгновенного значения напряжения, и выдается соответствующая команда на переключение.
Например, ИБП может переключиться на работу от батареи, если:
частота сети находится вне диапазона допустимых значений;
мгновенное значение напряжения отклонилось от мгновенного напряжения идеальной синусоиды, хранящейся в памяти ИБП, на величину больше допустимой;
действующее значение напряжения стало меньше или больше допустимого;
в сети появился импульс, не погашенный до конца фильтром импульсов.
3.2. Режимы работы ибп
ИБП имеет два режима работы: работа от сети и работа от батареи.
Питание нагрузки от сети является основным режимом работы ИБП. Напряжение фильтруется от шумов и импульсов фильтром и поступает на автотрансформатор. Часть мощности подается на выпрямитель и расходуется на подзаряд батареи ИБП или восстановление емкости АБ после разряда.
Регулирование напряжения на выходе ИБП осуществляется за счет переключения нагрузки на работу от повышающей (Boost) или понижающей (Buck) обмоток А. Такое переключение происходит в два этапа.
После того, как БКУ обнаружит снижение или повышение напряжения сети, происходит переключение ИБП на режим работы от батареи на время переключения обмоток трансформатора. Через 1-2 секунды ИБП снова переходит к работе от сети и начинает выдавать повышенное или пониженное с помощью А напряжение. Усложнение алгоритма переключения необходимо для того, чтобы при переключении не возникали импульсные нагрузки.
Питание нагрузки при работе от встроенных аккумуляторов осуществляется при отключении питания входной сети или выходе напряжения в сети за диапазон, определенный в технических данных (чрезмерном повышении или понижении).
Переход на батарею у ИБП 5115 происходит при понижении входного напряжения до 187 В и повышении напряжения до 274 В (при Uном=230 В). В этом случае выходное переменное напряжение генерируется инвертором, получающим энергию от аккумуляторных батарей.
Обратный переход на питание от сети происходит при повышении входного напряжения свыше 193 В и понижении до 251В.
Длительность работы от АБ зависит от емкости батареи и от величины нагрузки, и в данном ИБП составляет 5 минут при полной нагрузке. Если сетевое напряжение за это время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП отключает нагрузку.
Переход на аккумуляторы
Процесс переключения с режима работа от сети на режим работы от батареи для ИБП представлен на рис. 4.
При пропадании напряжения в момент времени t1 Uвх = 0, ИБП переключается на режим работы от батареи. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но остается под контролем БКУ. Переключатель П в момент времени t2 подключает инвертор, который начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Время срабатывания П примерно 2-5 мс, что обеспечивает переключение за 3-6 мс, включая время обнаружения сбоя.
Рис. 4. Процесс переключения на работу от АБ
Если сетевое напряжение становится нормальным, ИБП готовится к переключению на батарею: начинает синхронизацию переменного напряжения инвертора с сетевой синусоидой. Частота напряжения на выходе инвертора и частота сети не совпадают совершенно точно, поэтому разность фаз между этими напряжениями плавно меняется. Когда фаза напряжения инвертора с заданной точностью совпадет с фазой сетевого напряжения, происходит переключение ИБП на работу от сети.
Период времени с момента восстановления напряжения в сети до переключения к ней нагрузки может составить несколько секунд. При таком переключении не возникают фазовые и амплитудные скачки. Это позволяет избежать сильной эрозии контактов переключателей.