Как уже отмечалось, в сегментах средней и большой мощности наибольшее распространение получили ИБП топологии двойного преобразования. Рассмотрим поведение ИБП этой топологии при внешнем коротком замыкании и перегрузке. В соответствии с классификацией, приведенной в таблице 1, возможно два варианта питания нагрузки: через инвертор или минуя последний:
· инверторный режим работы;
· режим работы от резервной сети, работа в режиме байпас в соответствии с классификацией, приведенной в стандарте для топологии двойного преобразования.
Для анализа понимания процессов происходящих в ИБП при перегрузке или внешнем КЗ рассмотрим перегрузочную характеристику ИБП (рисунок 2), которая представляет собой время-токовую зависимость (ток нагрузки и время его протекания), определяющую режим работы ИБП.
Рисунок 2 Перегрузочная характеристика ИБП
1 – область работы в инверторном режиме; 2 - область работы в режиме байпас; 3 – область автоматического отключения.
Важной особенностью работы ИБП в инверторном режиме является то обстоятельство, что при возникновении перегрузки или при внешнем КЗ, когда величина тока нагрузки превышает определенное значение, инвертор переходит в режим источника тока (рисунок 3), ограничивая максимальное значение тока нагрузки на величине ограниченного тока - Iогр.
Для современных ИБП инвертор обеспечивает ограниченный ток - Iогр в диапазоне 2-3 Iном в течение 1 с, в зависимости от производителя и марки ИБП. Данная характеристика указывается производителем в каталожных данных.
Режим токоограничения обусловлен тем, что для создания инвертора используют полупроводниковые элементы. На данном этапе наибольшее распространение получили IGBT транзисторы, биполярные транзисторы с изолированной базой. При протекании через них тока определенной величины транзисторы могут терять свои рабочие качества, то есть перестают соответствовать своим номинальным характеристикам. Поэтому необходимо ограничивать величину тока через транзисторы на уровне, при котором сохраняется их работоспособность. Поэтому, если величина выходного тока ИБП становится равной или превышает величину Iогр, то, как говорилось ранее, ИБП перейдет в режим источника тока и в течение времени, определяемого производителем (обычно 1 с), выдает в сеть Iогр. По истечении этого времени произойдет переключение ИБП на байпас, что соответствует области 2 на рисунке 2, или же произойдет автоматическое отключение ИБП, что соответствует области 3 на рисунке 2. Переключение на режим работы байпас возможно при наличии питания в резервной сети (байпас) и если выходное напряжение и частота инвертора согласованы с частотой и напряжением байпаса.
Следует отметить, что цепь байпаса так же обладает определенной перегрузочной способностью. Для ИБП фирмы Gutor номинальный ток цепи байпас составит 200% от номинального тока инвертора.
Перегрузочную способность байпаса необходимо учитывать при расчетах максимального тока КЗ за ИБП, так как при величине тока КЗ, протекающего по цепи байпас, равной 7-10 Iном ИБП, произойдет автоматическое отключение питания в течение 100мс (переход в область 3 на рисунке 2.1). В случае же расчета минимального тока КЗ для обеспечения защиты при косвенном прикосновении перегрузочную способность байпаса можно не учитывать, так как протекание тока однофазного КЗ не может привести к перегрузке байпаса.
Необходимо отметить, что в режиме токоограничения происходит искажение синусоидальности выходного напряжения, но действующее значение выходного напряжения, Uвых остается неизменным. Это связано с тем, что кроме токоограничения важной особенностью функционирования ИБП при внешнем коротком замыкании, перегрузке является поддержание выходного напряжения. В зависимости от типа инвертора можно использовать различные способы регулирования выходного напряжения, которые можно разделить на три группы:
1. регулирование напряжения на входе инвертора;
2. регулирование напряжения посредством воздействия на процессы в инверторе, влияющие на выходное напряжение;
3. регулирование напряжения непосредственно на нагрузке за счет использования стабилизаторов переменного напряжения на выходе инвертора.
Перечисленные особенности функционирования ИБП при внешнем коротком замыкании, перегрузке - поддержание выходного напряжения и токоограничение - существенно влияют на величину тока КЗ и, следовательно, их необходимо учитывать при расчете тока КЗ за ИБП.
Гибридные ИБП.
Рисунок 4 - Структура гибридного ИБП.
Отличия данных типов ИБП заключается в совместном использовании аккумуляторной батареи и двигатель-генератора.
Принцип работы данного типа ИБП напоминает ИБП статического типа с двойным преобразованием, в сочетании с динамическим фильтром. Питание гибридного ИБП осуществляется через выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный. Выпрямители бывают 6 и 12 импульсные, чем выше разрядность, тем ниже искажение напряжения. В нормальном режиме работы через выпрямитель осуществляется питание инвертера и батареи. При отключении сети, питание инвертера осуществляется с помощью батареи. На выходе из инвертера питание получает блок (синхронный двигатель-генератор), выполняющий роль динамического фильтра. Искажение входного напряжение не влияет на скорость вращения ротора синхронной машины, так как скорость определяется номинальной частотой двигателя, то на выходе генератора получаем качественную электроэнергию. Достоинства динамического фильтра - изоляция входного напряжения двигателя и выходного напряжения генератора.
Если есть отказ в электронике, установка выводится через байпас статической части, и напряжение подаётся сразу на двигатель, что даёт почти 100%-ую защиту линии электропередачи, за исключением аварии всей системы, что мало вероятно. Системный байпас, осуществляет полный обход системы от входа к выходу. Преимущества гибридного ИБП, в его высокой надежности.