En uninterruptible power supply (UPS ) er en strømforsyning, der har mindst to indgange fra primære strømkilder og en eller flere udgange, som sikrer overførsel af belastningseffekt fra en kilde til en anden for kontinuerlig strømforsyning af forbrugere i tilfælde af en strømafbrydelse eller forringelse af kvaliteten af elektrisk energi ved input fra den primære kilde [1] . Begrebet uafbrydelig strømforsyning bruges både i forhold til uafbrydelige strømforsyningssystemer og enkelte enheder, herunder indbyggede [2] :128 .
Uafbrydelige strømenheder er sammen med batterier indbygget i udstyret autonome kilder, men i modsætning til dem er de ikke strukturelt kombineret med forbrugeren. Autonomi bestemmes af tilstedeværelsen af en energikilde, der ikke er forbundet med det generelle energisystem. [3]
Kvaliteten af elektrisk energi er standardiseret til et generelt strømforsyningssystem. [4] :20 Visse grupper af forbrugere har særlige ernæringsmæssige krav [4] :17 . Alle forbrugergrupper kan opdeles i henhold til princippet om at bestemme varigheden af den tilladte strømforsyningsafbrydelse: elektromagnetisk inerti (dæmpningstid for elektromagnetiske processer); inerti af teknologiske strømme; inerti af teknologisk udstyr. Den eneste måde at sikre stabil drift af den første gruppe er at blive drevet af systemer eller uafbrydelige strømforsyninger [5] :233 .
Uafbrydelige strømforsyninger kan bruges til at eliminere afbrydelser, spike dips, fluktuationer, langvarige overspændinger og underspændinger; i tilfælde af impuls- og oscillerende interferens, støj [2] :20 .
Uafbrydelige strømforsyninger er opdelt i statiske og dynamiske. Statiske UPS'er kan bruge batterier, svinghjul og andre energilagringsteknologier som energilagring. Dynamiske UPS'er er kendetegnet ved tilstedeværelsen af deres egen generator. Fra 2008 var 95,2 % af verdens UPS'er statiske UPS'er. På samme tid, for ydelser på mere end 0,5 MW, var begge typer lige almindelige [6] .
I 1963-1967. UPS'er med strømredundans op til 500 kVA blev oprettet. De første UPS'er omfattede en elektrisk motor, en dieselmotor, et svinghjul og en generator. Efter fremkomsten af tyristorer opstod designs ved hjælp af batterier og spændingsomformere. Efterfølgende blev tyristorerne udskiftet i UPS'en med IGBT- transistorer [2] :130 . I øjeblikket er UPS-effekten i området 100-1000 kW (eller mere), forskellige udgangsspændinger er mulige [2] : 142 .
Direkte akkumulering af elektrisk energi er kun mulig med jævnstrøm [7] . Behovet for opbevaring opstår under en strømafbrydelse, de spiller en vigtig rolle i at sikre uafbrudt strømforsyning. For effektiv brug af lagerenheder er der brug for strømelektroniske omformere: ensrettere, invertere, DC-til-DC-konvertere [8] . Spændingen på drevene varierer afhængigt af, hvor opladet de er. For uafbrydelig strømforsyning til forbrugeren er der behov for en stabil spænding, det er nødvendigt at bruge justerbare omformere [9] .
Kortvarige forstyrrelser i den normale drift af det elektriske netværk er uundgåelige. De fleste kortvarige strømafbrydelser skyldes kortslutninger. Det er praktisk talt umuligt helt at beskytte det elektriske netværk mod dem, eller under alle omstændigheder ville det være meget dyrt [10] : s. 6 . Korte pauser er meget mere almindelige end lange. En lang strømafbrydelse kan undgås ved at bruge en automatisk overførselskontakt (ATS) . I dette tilfælde vil kortvarige strømafbrydelser ikke kun forekomme i tilfælde af en kortslutning på nogen af ATS-forsyningsledningerne, men også på de ledninger, der forsyner naboforbrugere [10] : s. 8 .
En uafbrudt strømforsyning adskiller sig fra en garanteret strømforsyning ved, at der i tilfælde af en garanteret strømforsyning tillades en pause i det tidsrum, backupkilden sættes i drift. I tilfælde af en uafbrydelig strømforsyning kræves en "øjeblikkelig" idriftsættelse af en backupkilde. Dette vigtige krav begrænser rækken af backupkilder, der er egnede til brug i uafbrydelige strømforsyninger. I praksis kan der normalt kun bruges én sådan kilde - batteriet [11] .
UPS'ens hovedfunktion er at give kontinuitet i strømforsyningen gennem brug af en alternativ energikilde. Derudover forbedrer UPS'en kvaliteten af strømforsyningen ved at stabilisere dens parametre inden for de fastsatte grænser. UPS'er bruger typisk kemiske strømkilder som energilagring. Ud over dem kan andre drev bruges [12] : s. 1.1 . Som primær kilde kan strømforsyning fra lysnettet eller generator bruges [12] :s. 3.1.3 .
Hvis den tilladte strømafbrydelsestid er mindre end 0,2 s, kan der kun bruges uafbrydelige strømforsyninger, beskyttelse af kredsløbsafbrydere med kortslutning for at reducere strømafbrydelsestiden i dette tilfælde er umulig eller ineffektiv. Hvis den tilladte tid er mere end 0,2 s, er det muligt at bruge strømbeskyttelse eller bruge uafbrydelige strømforsyninger. Med en tilladt tid på 5-20 s er det muligt at opgive uafbrydelige strømforsyninger og bruge ATS [10] : s. 61 .
Det komplekse teknologiske udstyr i moderne industriel produktion kan ikke fungere normalt, hvis strømforsyningen ikke er uafbrudt. For mange industrivirksomheder fører en strømafbrydelse på få sekunder eller endda tiendedele af et sekund til en afbrydelse i den kontinuerlige teknologiske proces og til et stop i produktionen [10] : s. 5 .
For elektriske motorer kan spændingsfald i netværket på 0,4 kV med en varighed på 0,3-0,5 s føre til, at vektorerne af den resterende EMF af elektriske motorer kan være i modfase med netværkets spændingsvektorer. Som et resultat, når strømmen er genoprettet, vil de elektromagnetiske udløsninger af afbryderne fungere og den endelige nedlukning af de elektriske motorer. Samtidig udgør spændingsfald med en varighed på mindre end 0,3 s ikke en fare, derfor er kampen mod spændingsfald normalt for elektriske motorer rettet mod at forhindre kontaktorerne i at slukke i 0,4 kV hovedstrømkredsløbet. En af disse foranstaltninger er forsyningen af kontaktorstyrekredsløb fra en uafbrydelig strømforsyning [13] : s. 251 .
Nedbrud af kontaktorer og relæer kan forekomme, når spændingen afbrydes 5-10 ms og 80-120 ms. Forskellen i drift af den samme enhed skyldes forskellen i den øjeblikkelige værdi af AC-spændingen, da spændingsfaldet begyndte. Når spændingen går gennem nul, er stabiliteten mere end 10 gange større [2] :165 .
Uafbrydelige strømforsyninger er et lovligt etableret (i EAEU) begreb inden for lavspændingsudstyr forbundet til personlige elektroniske computere, [14] en enhed, der automatisk leverer reservestrøm, hvis spændingen i netværket falder til et kritisk lavt niveau [ 14] 15] .
Impulsspændingsforstyrrelser, der opstod i AC-netværket som følge af skift, udgjorde en trussel mod pålideligheden af selv den første generation af computere baseret på lampelogiske elementer (for eksempel BESM-2). Et yderligere fald i informationssignalernes effekt øgede risikoen for ekstern interferens fra strømforsyningsnetværket, der påvirker driften af digital teknologi [16] :3 . Også manglen på krav ikke kun til uafbrudt strømforsyning, men også til pålideligheden af strømforsyningen til computere var kendt i USSR allerede i 1975. Der blev installeret computere på anlæg, for hvilke strømafbrydelser i henhold til reglerne for elektriske installationer kunne være væsentlige [16] :11 .
Den væsentlige forskel mellem ekstern interferens i strømforsyningsnetværket og ekstern interferens fra kommunikationskanalen er, at strømmen påvirker hele den digitale enhed som helhed [16] :3 . Støjimmuniteten for en digital enhed vil være jo højere, jo lavere induktansen er på de sekundære strømledere [16] :133 .
Uafbrydelige strømforsyninger har udviklet sig parallelt med computere og andre højteknologiske enheder for at levere pålidelig strøm til dette udstyr, som standard strømnetværk ikke kan levere [2] :128 . Den mest almindelige brug i hjem og kontorer er at slukke for en computer uden at miste data under en strømafbrydelse. Med spændingsfald, der varer 0,2 s, stopper computerens læse-/skriveprocedurer; 0,25 s - blokering af operativsystemet; 0,4 s - genstart [2] :158 .
Modtageligheden af industrielle controllere baseret på logiske kredsløb til spændingsfald svarer til computerens [2] :160 .
På medicinske hospitaler (hospitaler) er det ofte nødvendigt at sørge for en stabil strømforsyning, især belysning og strømforsyning til udstyr under kirurgiske operationer. Til dette bruges kraftfulde UPS'er, både statiske og DDIBP [17] .
I tilfælde af et uheld i de primære kredsløb, hvorigennem elektrisk energi overføres, er det for at bevare muligheden for at skifte og beskytte udstyr mod skader nødvendigt at have spænding på de sekundære kredsløb. I elindustrien kaldes udstyr, der leverer strøm til sekundære kredsløb, kilder til driftsstrøm [18] :3 .
Internationale ISO-standarder :
IEC internationale standarder :
IEC 62040-3 -standarden introducerede følgende UPS-klassificering:
Eksempel på UPS-typebetegnelse: VFI SS 111
Den 1. gruppe af symboler er afhængigheden af UPS-udgangssignalet på indgangen (netværket).
Den anden gruppe af tegn er formen af UPS-udgangssignalet.
3. gruppe af karakterer - UPS'ens dynamiske egenskaber. Sikring af stabiliteten af UPS-udgangsspændingen under tre typer transienter (1 - klasse 1, fremragende; 2 - klasse 2, god; osv.):
Sikkerhedskopieringsskema ( engelsk Off-Line, Standby ) - i normal tilstand forsynes den tilsluttede belastning direkte fra det primære elektriske netværk, som UPS'en filtrerer (højspændingsimpulser og elektromagnetisk interferens) med passive filtre. Når strømforsyningen går ud over de normaliserede spændingsværdier (eller fejler), tilsluttes belastningen automatisk til strøm fra et kredsløb, der modtager elektrisk energi fra sine egne interne eller eksterne batterier ved hjælp af en simpel inverter . Når spændingen vises inden for det normale område, skifter den belastningen tilbage til strøm fra det primære netværk .
Fordele:
Fejl:
Oftest bruges UPS'er bygget i henhold til denne ordning til at drive flygtige husholdningsgaskedler, personlige computere eller lokale netværksarbejdsstationer på startniveau , for hvilke rettidig nedlukning i tilfælde af netværksfejl ikke er kritisk. Næsten alle billige UPS'er med lav effekt, der tilbydes på hjemmemarkedet, er bygget i henhold til denne ordning.
Interaktivt skema ( engelsk Line-Interactive ) - enheden ligner den tidligere ordning; derudover er der en trinspændingsregulator baseret på en autotransformer ved indgangen , så du kan få en justerbar udgangsspænding (VI i henhold til IEC -klassificering ). Under normal drift korrigerer sådanne UPS'er ikke frekvensen, passive filtre filtrerer den indkommende AC-spænding. I tilfælde af strømsvigt skifter UPS'en til inverterstrøm på samme måde som før .
Inverterne på nogle modeller af line-interaktive UPS'er giver spænding som en rektangulær eller trapezformet form, som i den tidligere version, og en sinusformet form. Koblingstiden er kortere end i den tidligere version, da inverteren er synkroniseret med indgangsspændingen. Effektiviteten er lige så høj som standby-enhedens [21] .
Ulemper: i "on-line"-tilstand udfører den ikke spidsfiltreringsfunktionen og giver kun ekstremt primitiv spændingsstabilisering (normalt 2-3 relæ-switchede autotransformertrin, funktionen kaldes "AVR").
I batteritilstand giver nogle, især billige, kredsløb belastningen en frekvens, der er meget højere end 50 Hz, og en AC-bølgeform, der ikke har meget at gøre med en sinusbølge. Dette skyldes brugen af en klassisk stor transformer i kredsløbet (i stedet for en inverter baseret på halvlederkontakter). På grund af det faktum, at en transformer af denne størrelse har (på grund af forekomsten af hysterese i kernen) en begrænsning på den transmitterede effekt, som vokser lineært med frekvensen, denne transformer (optager 1/3 af volumen af hele UPS'en) er nok til at forsyne batteriets ladekredsløb ved 50 Hz i offline-tilstand. Men i batteritilstand skal der føres hundredvis af watt strøm gennem denne transformer, hvilket kun er muligt ved at øge frekvensen.
Dette fører til umuligheden af at drive apparater ved hjælp af for eksempel asynkrone motorer (næsten alle husholdningsapparater , inklusive varmesystemer).
Faktisk er det kun enheder, der ikke stiller krav til strømkvaliteten, der kan strømforsynes fra sådan en UPS, det vil sige for eksempel alle enheder med skiftende strømforsyninger, hvor forsyningsspændingen straks rettes op og filtreres. Det vil sige computere og meget af nutidens forbrugerelektronik. Du kan også forsyne lys- og varmeenheder.
Dobbeltkonverteringstilstand [22] ( engelsk online , dobbeltkonvertering, online) - bruges til at forsyne belastede servere (for eksempel filservere ), højtydende arbejdsstationer i lokale netværk, samt alt andet udstyr, der stiller høje krav om kvaliteten af strømforsyningen. Funktionsprincippet er dobbeltkonvertering (dobbeltkonvertering) af den slags strøm. Først konverteres AC-indgangen til DC , derefter tilbage til AC med en flyback-konverter ( inverter ). I tilfælde af en indgangsspændingsfejl er det ikke nødvendigt at skifte belastningen til batteristrøm, da batterierne konstant er forbundet til kredsløbet (den såkaldte batteribuffertilstand), og for disse UPS'er er parameteren "omskiftertid" ikke giver mening. Til markedsføringsformål kan udtrykket "overførselstid er 0" bruges, hvilket korrekt afspejler hovedfordelen ved denne type UPS: der er ingen tidsforskel mellem tab af ekstern spænding og start af batteristrøm. Dobbeltkonverterede UPS'er har en lav effektivitet (fra 80 til 96,5%) i online-tilstand, hvorfor de er kendetegnet ved øget varmeafledning og støjniveau. Men nutidens førende UPS'er i mellemklassen og høj kapacitet har en række intelligente tilstande, der automatisk justerer driftstilstanden for at øge effektiviteten op til 99 %. I modsætning til de to foregående ordninger er de i stand til at korrigere ikke kun spændingen, men også frekvensen (VFI i henhold til IEC- klassificeringen ).
Fordele:
Fejl:
I øjeblikket bruges jævnstrøm i energikilder uafhængigt af elektriske kraftsystemer. Jævnstrømsnet findes på kraftværker og transformerstationer. De er beregnet til kontroludstyr, automatisering og signalering, belysning, strømforsyning af særligt kritiske arbejdsmaskiner i tilfælde af afbrydelse af normal drift [23] :11 . De operationelle DC-kredsløb er underlagt særlige krav til pålidelighed. Systemet bruger genopladelige batterier og opladere, redundans af disse enheder er mulig. Når de er redundante, kan enhederne skiftes manuelt eller hot standby med diodeforbindelse [10] :223 . Til DC-styrestrømsystemer anvendes 24 V, 48 V, 110 V, 220 V batterier [18] :6 .
DC-kilder anvendes til telekommunikationssystemer, varslingssystemer og telefonkommunikation, brand- og sikkerhedsalarmer [4] :28 . DC-netværk med backup-batterier findes på telefoncentraler. De kan have spændinger på 24, 48, 54, 60, 110, 125 V og effekt op til titusinder af kW [4] :56 .
Strømbackup ved hjælp af et batteri i en UPS med DC-udgang kan udføres med batteriet tændt i fravær af hovedkildespændingen (nødbatteri), i reserven er batteriet i opladet tilstand. Eller med en permanent forbindelse parallelt med hovedkildens udgange for at reducere effekten af energiudsving på kilden (bufferbatteri) [24] :16 [25] .
Det er muligt permanent at tilslutte batteriet via afkoblingsdioder parallelt med belastningen til udgangen af den sekundære strømkilde [26] :216 eller uden dioder - i dette tilfælde kan batteriet oplades direkte fra udgangen af kilden. Hvis strømmen i kilden overstiger strømmen i belastningen, vil der opstå en ladestrøm i batteriet. Når udgangsspændingen pulserer, kan batteriet fungere pulserende i afladnings-opladningstilstand [24] :16 .
Til backup strømforsyning af lavt strømforbrug husholdningsudstyr (routere, trådløse telefoner osv.) med en spænding på 12 volt produceres en UPS klasse med det veletablerede navn Mini UPS.
Brugen af batterier til at forbedre strømkvaliteten har en lang historie. I de sidste to årtier af 1800-tallet blev der bygget mange jævnstrømsværker, batterier i sådanne kraftværker fungerede som reserve - de dækkede belastningstoppe. For at øge strømforsyningens radius blev der installeret batterier ved transformerstationer. Grupper af batterier, når de var forbundet i serie, blev opladet fra centralstationen, og når de var forbundet parallelt, fodrede de den lokale belastning [27] .
Til nødbelysning, strømforsyning til udstyr i lang tid (over en time) og i andre tilfælde, hvor der er behov for en lang periode med opbevaring af elektricitet med tilstrækkelig kompakthed af batteriet, sjældent gentagne opladnings- og afladningscyklusser og en stille indlæsningstilstand. kraftværk, er det tilrådeligt at bruge et elektrokemisk batteri [28] :147 : 16 . Afhængigt af frekvensen og intensiteten af indlæsning af batterierne er deres enhed anderledes. Batterier brugt i belysningssystemer adskiller sig fra startbatterier der bruges til at starte bilmotorer [28] :24 .
Elektrokemiske batterier er meget udbredt til at give autonom drift [29] :4 . I stand-alone systemer fungerer batteriet sammen med et jævn- eller vekselstrømsanlæg. Den matchende blok indstiller driftstilstanden for batteriet, som bruges som start-, backup- eller nødanordning. Det er nødvendigt at sikre rettidig opladning af batteriet [29] :55 .
Induktiv KapacitivDen største forskel mellem kondensatorer og batterier er, at kondensatorer direkte lagrer elektrisk ladning, mens batterier omdanner elektrisk energi til kemisk energi, lagrer den, og derefter finder den omvendte transformation sted. Imidlertid har elektrolytiske kondensatorer utilstrækkelig kapacitans til brug i langsigtede uafbrydelige strømforsyninger. Ionistorer har en meget større kapacitet [30] .
Ved brug af ATS kan jævnstrøm ved hjælp af et relækredsløb bruges til at eliminere strømafbrydelser til tiden for omskiftning af en stor kondensator [13] : s. 229 .
KinetiskNødstrømssystemer med høj pålidelighed - anvendelsesområdet for svinghjulsbatterier . [28] :17 Hoveddelen af et svinghjulsbatteri er svinghjulet. Svinghjulsbatteriet adskiller sig fra det, der findes på næsten alle maskiner for at udligne svinghjulets slaglængde med det antal omdrejninger, det foretager for at levere kraft. Det er konventionelt sædvanligt at betragte svinghjul, der laver mindst 10 omdrejninger, som batterier [28] :65 .
Dynamisk uninterruptible power supply (DIBP), eng. Rotary UPS ( russisk roterende eller roterende UPS ) er en motorgenerator med et mekanisk batteri (svinghjul). Fordelen ved DIBP frem for en statisk UPS er elimineringen af interferens fra både netforsyningen og konverteringskredsløbet, den producerer en ren sinusbølge til belastningen [31] .
Diesel dynamisk uninterruptible power supply (DDIBP). Kombineret svinghjul og diesel. Den adskiller sig fra andre uafbrydelige strømforsyningssystemer i relativ pålidelighed og nem vedligeholdelse. Ligesom DIBP udsender den en ren sinusbølge til belastningen [17] .
Til redundant strømforsyning af industrielle og militære faciliteter bruges ofte DDIBP. Især arbejder de på Baikonur Cosmodrome [17] .
En bypass er en af de enheder, der udgør UPS'en. Bypass -tilstand ( eng. Bypass , "bypass") - fodring af belastningen med filtreret netspænding, omgåelse af hoved-UPS-kredsløbet. Skift til bypass-tilstand udføres automatisk eller manuelt (manuel aktivering leveres i tilfælde af forebyggende vedligeholdelse af UPS'en eller udskiftning af dens komponenter uden at afbryde belastningen). Kan gøre såkaldte. fazanul ("gennem nul"). Det bruges i online kredsløb, desuden forbliver UPS'en slukket af OFF online-knappen i bypass-tilstand, det samme sker, når strømkomponenterne i kredsløbet ødelægges, bestemt af kontrolkredsløbene, såvel som når kredsløbet er i nødsituationer nedlukning på grund af udgangsoverbelastning. I en line-interaktiv UPS er "on-line"-tilstanden bypass.
Anvendes i UPS'er, der fungerer på et interaktivt kredsløb. Ofte er en UPS kun udstyret med en step-up "booster" ( eng. booster ), som kun har et eller flere boost-trin, men der findes modeller, der er udstyret med en universalregulator, der både virker til at øge (boost) og at reducere (buck) spænding. Brugen af stabilisatorer gør det muligt at skabe et UPS-kredsløb, der kan modstå lang dyb "genplantning" og "sagning" af indgangsspændingen (et af de mest almindelige problemer i hjemmenetværk) uden at skifte til batterier, hvilket kan øges betydeligt batteriets "levetid".
En inverter er en enhed, der konverterer typen af spænding fra DC til AC (tilsvarende AC til DC). De vigtigste typer af invertere:
En indikator, der karakteriserer i hvilken grad spændingen eller strømbølgeformen adskiller sig fra den ideelle sinusformede bølgeform - koefficienten for ikke-lineær forvrængning ( eng. Total Harmonic Distortion, THD ). Typiske værdier:
For at reducere indflydelsen på spændingsbølgeformen i forsyningsnettet (hvis indgangsknuden på en dobbeltkonverterende UPS er en tyristor -ensretter, et ikke-lineært element, der forbruger en stor impulsstrøm, forårsager en sådan UPS højere ordens harmoniske) en speciel THD er installeret i indgangskredsløbet til UPS-filteret . Ved brug af transistor -ensrettere er koefficienten for ikke-lineær forvrængning ( engelsk Total Harmonic Distortion, THD ) omkring 3%, og filtre bruges ikke.
Galvanisk isolation mellem input og output (som regel i UPS'en sker dette slet ikke ud fra de grundlæggende overvejelser om at springe "gennem nul" til belastningen, det vil sige fraværet af enhver omskiftning af den neutrale ledning fra UPS-input til dens udgang) udføres af UPS'en installeret i indgangskredsløbet (mellem lysnettet og ensretteren) input-isolationstransformator . I overensstemmelse hermed er der i UPS'ens udgangskredsløb mellem konverteren og belastningen placeret en udgangsisolationstransformator , som giver galvanisk isolation mellem input fra UPS-kredsløbet og udgangen til den tilsluttede belastning.
Til udvidet overvågning af selve UPS'ens tilstand (for eksempel batteriernes ladningsniveau, parametrene for den elektriske strøm ved udgangen) bruges forskellige grænseflader : til at forbinde til en computer - en seriel ( COM ) port eller USB , mens UPS-producenten leverer proprietær software , der ved at analysere situationen gør det muligt at bestemme driftstiden og give operatøren mulighed for sikkert at lukke computeren ned og afslutte alle programmer. For at overvåge status for uafbrydelige strømforsyninger og andet udstyr gennem et lokalt netværk , bruges SNMP -protokollen og specialiseret software.
For at øge pålideligheden af hele systemet som helhed anvendes redundans - en ordning, der består af to eller flere UPS'er.
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
Kvaliteten af elektrisk energi | |
---|---|