Одной из наиболее важных и сложных задач проектирования силового канала является защита электропривода от недопустимых токов и напряжений в рабочих режимах, в режимах перегрузки и аварий.
Причем сложность заключается в оптимизации способов и средств защиты по критериям их эффективности (достаточности) и экономичности. На схеме электропривода (рис. 1) цифрами 1–8 обозначены вероятные цепи протекания аварийных токов и соответствующие им аварийные режимы.
· Появление аварийных токов может быть вызвано:
o короткими замыканиями входных цепей преобразователя и обмоток двигателя (1,7);
o выходом из строя (пробоем) силовых полупроводниковых приборов преобразователя (3, 6);
o несанкционированным (ложным) включением транзистора АИН (5);
o нарушением изоляции и замыканием на корпус (землю) цепей преобразователя и двигателя (2, 4, 8) при питании от сетей с заземленной нейтралью.
Следствием отключения аварийных токов средствами защиты является возникновение недопустимых перенапряжений, что требует принятия мер по их ограничению в цепях вентилей выпрямителя и, особенно, транзисторов АИН.
Рис. 1
Аварийные режимы 1–4 (рис. 1) опасны для вентилей выпрямителя. Благодаря большим кратностям допустимых ударных токов и значениям интегралов I2t этих вентилей (диодов, тиристоров) их защита может быть обеспечена автоматическим выключателем либо быстродействующими плавкими предохранителями во входных цепях преобразователя (на рис. 1 не показаны).
Нижний отрезок мощностного ряда Триол АТ (до 90 кВт) ориентирован на защитный автоматический выключатель либо предохранители Заказчика, которые, как показывает практика, имеются на подавляющем большинстве объектов эксплуатации. Исполнения верхнего отрезка мощностного ряда (110–315 кВт) имеют встроенные предохранители во входных цепях.
Ограничение неповторяющихся коммутационных перенапряжений в цепях вентилей обеспечено защитными
RC(цепями либо варисторами.
Аварийные токи режимов 5–8 протекают в цепях транзисторов АИН, существенно более уязвимых к токовым перегрузкам. Защитить IGBT аппаратными средствами силовых цепей практически невозможно. В режимах 5–7 ситуация усугубляется огромной энергией мощного конденсатора Cd (тысячи микрофарад) фильтра звена постоянного напряжения: Cd*Ud2/2. Здесь возможно лишь быстродействующее (1–3 мкс) выключение транзисторов по цепям управления. Для этих целей в цепи силового канала электропривода включены безинерционные датчики тока. Кроме того, аварийное выключение транзисторов может осуществляться специальными формирователями управляющих сигналов — интеллектуальными драйверами с функциями защиты. На схеме (рис. 1) показаны два варианта включения датчиков тока: А1 во входных цепях (постоянного тока) АИН либо А2 в выходных цепях (переменного тока) АИН. Датчики А1 фиксируют аварийные токи всех режимов 5–8. Включение двух датчиков А1 обусловлено режимом 8, в котором аварийный ток протекает лишь по одной из двух входных цепей АИН. В остальных режимах достаточно одного датчика А1. Датчики А2 фиксируют аварийные токи режимов 6–8 (в режиме 6 фиксируется дисбаланс управления, а также специальной схемой включения и свойствами драйверов. С позиций минимизации паразитной индуктивности входных цепей АИН и соответствующего уменьшения коммутационных перенапряжений на IGBT предпочтительнее вариант включения датчиков А2.Тем не менее, в некоторых исполнениях нижнего отрезка ряда АТ использовано включение датчиков А1 в сочетании с «легкими» защитными RCD(цепями на зажимах IGBT-модулей. В верхнем отрезке ряда использовано включение датчиков А2. Это обусловлено типами применяемых модулей и компоновочными решениями.
Следует отметить особенность режима 8: скорость di/dt нарастания аварийного тока ограничена индуктивностями Ld и сети. Время достижения этим током значения уставки срабатывания защиты может оказаться достаточным для теплового пробоя IGBT. Это обстоятельство актуально при использовании датчиков А1, датчики А2 сразу же зафиксируют дисбаланс трех токов. К аварийным относятся также режимы исчезновения и внезапного появления напряжения питающей сети и двигателя (обрыв фазы). Контроль входного и выходного напряжений электропривода, в т. ч. и недопустимых отклонений напряжения сети, осуществляют специальные датчики напряжения в силовом канале электропривода, воздействующие на систему управления и защитные аппараты.
Во всех электроприводах АТ предусмотрена возможность автоматического повторного включения при восстановлении напряжения питающей сети (режим программируемый).
Всесторонние исследования аварийных процессов и испытания в аварийных режимах различных исполнений электроприводов АТ подтвердили высокую надежность и эффективность принятых схемотехнических решений и устройств защиты.
9.Силовые схемы для регулирования тока.
Простейшей мерой подавления помех является, например, постановка шунтирующих RC-цепен в силовой схеме преобразователя. [ 1 ]
В книге изложены основные положения промышленной электроники, касающиеся работы тиристоров и построенных на их базе силовых схем преобразователей. Рассмотрены следующие схемы работы электроприводов переменного тока со статистическими преобразователями: с частотным управлением при помощи преобразователей частоты со звеном постоянного тока и с непосредственной связью, электроприводы с вентильными двигателями, с тиристорными регуляторами напряжения, схемы асинхронного вентильного каскада, а также импульсного управления в цепи статора и ротора асинхронного двигателя. [ 2 ]
| Схема устройства векторного поворота.| Схема блока развязки. |
Принципы построения САУ асинхронным электроприводом с автономным инвертором тока видим на примере функциональной схемы, представленной на рис. 8.18. Силовая схема преобразователя содержит управляемый выпрямитель V и автономный инвертор тока UZ. Внутренний контур регулирования тока включает управляемый выпрямитель V с импульсно-фазовой системой управления AU1 и регулятор тока АА. [ 3 ]
В замкнутых системах автоматического регулирования с вентильным преобразователем необходимо в связи с изложенным в этом параграфе учитывать специфику динамических свойств силовой схемы преобразователя. [ 4 ]
Генераторы одиночных импульсов (ГОИ), реализующие один или два следующих через заданный интервал времени импульса одной полярности, длительность каждого из которых постоянна или изменяется в зависимости от режимов силовой схемы преобразователя. [ 5 ]
| Принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока. |
В последнее время в связи с разработкой более мощных транзисторов, рассчитанных на напряжение до 1000 В и на ток в несколько десятков и даже сотен ампер, стало возможным производство транзисторных преобразователей частоты. На рис. 4.57 показана принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока и с ШИР. [ 6 ]
Ввиду того что электроприводы прокатных станов потребляют значительные мощности, при их работе от тиристорных преобразователей будет генерация высших гармоник, которые отрицательно влияют на питающие системы электроснабжения. Поэтому помимо общих требований к тиристорным силовым схемам преобразователей предъявляются дополнительные требования по минимальному содержанию высших гармоник. [ 7 ]
Уровень, достигнутый в развитии электроприводов постоянного и переменного тока, различен. В электроприводе постоянного тока основные вопросы силовых схем преобразователей решены, вследствие чего появились предпосылки для создания наиболее рациональных систем регулирования. В электроприводе переменного тока с преобразователями пониженной частоты предстоит решить ряд вопросов, относящихся к наиболее рациональному выбору силовых схем и разработке систем регулирования. [ 8 ]
| Типичная схема защиты полупроводниковых вентилей. |
Преобразователь ПЧ в этом случае питается постоянным током с постоянной величиной напряжения. На рис. 7 - 31, б представлена принципиальная силовая схема преобразователя, осуществленная фирмой AEG для аккумуляторного электровоза. Такой электровоз, как и двухсистемный электровоз, питается от источника постоянного тока постоянного напряжения. [ 9 ]
В преобразователях с промежуточным звеном постоянного тока фазовый способ управления иногда используется не только в выпрямителе, но и в инверторе. Фазовое регулирование выходного напряжения привлекает тем, что упрощается силовая схема преобразователя (неуправляемый выпрямитель), уменьшаются габариты и вес дросселя фильтра выпрямителя, а для регулирования напряжения используются те же силовые элементы, что и для инвертирования, улучшается cos p для сети, приближаясь к единице. [ 10 ]
Разработано большое число подобных преобразователей и режимов управления ими. Достоинством подобных способов повышения коэффициента мощности является то, что силовые схемы преобразователей при этом не содержат дополнительных элементов и капитальные затраты на создание таких преобразователей не увеличиза-ются по сравнению с симметричными преобразователями той же мощности. [ 11 ]
Разработано большое число подобных преобразователей и режимов управления ими. Достоинством подобных способов повышения коэффициента мощности является то, что силовые схемы преобразователей при этом не содержат дополнительных элементов и капитальные затраты на соадание таких преобразователей не увеличиваются по сравнению с симметричными преобразователями той же мощности. [ 12 ]
75.Сглаживающие фильтры. Коэффициент сглаживания.
Сглаживающий фильтр — устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром являетсяэлектролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке, соблюдая полярность конденсатора. Нередко устанавливается параллельно электролитическому конденсатору плёночный (или керамический) для переменного тока ёмкостью 0,01 микрофарады, для устранения помех сети 220.
В любой схеме выпрямления на выходе выпрямленное напряжение помимо постоянной составляющей содержит переменную, называемую пульсацией напряжения.[1] Пульсация напряжения столь значительна, что непосредственно питание нагрузки от выпрямителя, возможно,относительно редко(при зарядке аккумуляторных батарей, для питания цепей сигнализации, электродвигателей и т.д.) там, где приёмник энергии не чувствителен к переменной составляющей выпрямленного напряжения.При питании аппаратуры связи и радиоаппаратуры пульсация напряжения резко ухудшает, а чаще вообще нарушает работу радиоэлектронных устройств.Для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр, который обычно состоит из реактивных сопротивлений(т.е. те которые включают в себя индуктивность и ёмкость).Данный фильтр действует как фильтр нижних частот, [2] [3]обрезая лишние гармоники.
Переменная составляющая выпрямленного напряжения в общем случае представляет собой совокупность ряда гармоник с различными амплитудами, сдвинутых по отношению к первой на разные углы.При этом первая гармоника имеет амплитуду во много раз превосходящую амплитуды высших гармоник. В зависимости от назначения аппаратуры связи предъявляют различные требования к величине и характеру пульсации выпрямленного напряжения. Чаще всего для радиотехнической аппаратуры качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой амплитуды переменной составляющей. В этом случае фильтры рассчитывают на максимальное подавление основной гармоники
При оценке помех, проникающих из цепей питания в телефонные каналы, необходимо учитывать не только амплитуду напряжения данной гармоники,но и такой параметр,какчастота.Это объясняется тем, что микротелефонные цепи и ухо человека обладают различной чувствительностью к колебаниям разной частоты, даже если их амплитуда одинакова.В связи с этим вводят понятие псофометрического коэффициента помех 
[4],который зависит от частоты и величина которого определяется экспериментально с учётом микротелефона и человеческого уха. Эффективное значение псофометрического напряжения пульсации U на выходе выпрямителя будет равно: 
где у нас 
- псофометрические коэффициенты для соответствующих гармоник; 
- амплитуды соответсвтующих гармоник выпрямленного напряжения.
11.Резонансный фильтр. Фильтры для подавления помех.
Форма сигнала переменного напряжения промышленной питающей сети (~'220 В, 50 Гц) в течение коротких промежутков времени может сильно отличаться от синусоидальной — возможны выбросы или «врезки», снижение амплитуды одной или нескольких полуволн и т. д. Причины возникновения таких искажений связаны обычно с резким изменением сетевой нагрузки, например при включении мощного электродвигателя, печи, сварочного аппарата. Поэтому следует по возможности осуществлять развязку от таких источников помех по сети (рис. 4.1).
Рис. 4.1 Варианты подключения цифрового устройства к первичной питающей сети
Помимо указанной меры, возможно, потребуется введение сетевого фильтра на вводе питания устройства с целью подавления кратковременных помех. Резонансная частота фильтра может лежать в пределах 0,1,5—300 МГц; широкополосные фильтры обеспечивают подавление помех во всем указанном диапазоне. На рис 4.2 приведен пример схемы сетевого фильтра. Этот фильтр имеет габариты 30хЗ0х20 мм и смонтирован непосредственно на колодке ввода сети в устройство. В фильтрах должны использоваться высокочастотные конденсаторы и индуктивности либо без сердечников, либо с высокочастотными сердечниками.
В некоторых случаях обязательным является введение электростатического экрана (обычной водопроводной трубы, соединенной с заземленным корпусом щита питания) для прокладки внутри него проводов первичной питающей сети. Как отмечается в [35], коротковолновый передатчик таксомоторного парка, расположенный на противоположной стороне улицы, способен при определенной взаимной ориентации наводить на отрезке провода сигналы амплитудой несколько сотен вольт. Этот же провод, помещенный в электростатический экран, будет надежно защищен от такого рода наводок.
Рис. 4.2. Пример схемы сетевого фильтра
Рассмотрим методы подавления сетевых помех непосредственно в блоке питания устройства. Если первичная и вторичная обмотки силового трансформатора расположены на одной и той же катушке (рис. 4.3, а), то за счет емкостной связи между обмотками импульсные помехи могут проходить из первичной цепи во вторичную. Согласно [35] рекомендуются четыре способа подавления таких помех (в порядке возрастания эффективности).
<
1. Первичная и вторичная обмотки силового трансформатора выполняются на разных катушках (рис. 4.3, б). Проходная емкость С уменьшается, однако снижается КПД, так как не весь магнитный поток из области первичной обмотки попадает в область вторичной обмотки из-за рассеяния через окружающее пространство.
2. Первичная и вторичная обмотки выполняются на одной и той же катушке, но разделяются экраном из медной фольги толщиной не менее 0,2 мм. Экран не должен представлять собой короткозамкнутый виток. Он соединяется с корпусной землей устройства (рис. 4.3, в).
3. Первичная обмотка полностью заключается в экран, не являющийся короткозамкнутым витком. Экран заземляется (рис. 4.3, г).
4. Первичная и вторичная обмотки заключаются в индивидуальные экраны, между которыми прокладывается разделительный экран. Весь трансформатор заключается в металлический корпус (рис. 4.3, д). Экраны и корпус заземляются. Этот тип трансформатора в силу предельной защищенности от прохождения помех получил название «ультраизолятор».
При всех перечисленных способах подавления помех разводку сетевых проводов внутри устройства следует выполнять экранированным проводом, соединив экран с корпусной землей. Недопустима укладка в один жгут сетевых и прочих (питающих платы, сигнальных и т. п.) проводов даже в случае экранирования тех и других.
Рекомендуется параллельно первичной обмотке силового трансформатора в непосредственной близости от выводов обмотки установить конденсатор емкостью примерно 0,1 мкФ и последовательно с ним — токоограничивающий резистор сопротивлением порядка 100 Ом. Это позволяет «замыкать» энергию, накопленную в сердечнике силового трансформатора, в момент размыкания сетевого выключателя.
Рис. 4.3. Варианты защиты силового трансформатора от передачи импульсных помех из сети во вторичную цепь (и обратно): а—защита отсутствует; б — разнесение первичной и вторичной обмоток; в— прокладка экрана между обмотками; г — полная экранировка первичной обмотки; д — полная экранировка всех элементов трансформатора
Рис. 4.4. Упрощенная схема блока питания (а) и диаграммы (б, в), поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя.
Блок питания является тем большим источником импульсных помех по сети, чем больше емкость конденсатора С.
В отсутствие конденсатора эта энергия растекается через паразитные элементы, что может привести к сбоям соседних устройств, связанных с данным по общей сети или (и) по общей земле. Кроме того, уменьшается вероятность сбоев соседних устройств при включении нашего устройства.
Отметим, что с увеличением емкости С фильтра (рис. 4.4, а) блока питания нашего устройства увеличивается вероятность сбоев соседних устройств, так как потребление энергии от сети нашим устройством все в большей степени приобретает характер ударов. Действительно, напряжение и на выходе выпрямителя растет в те интервалы времени, когда энергия отбирается от сети (рис. 4.4, б). Эти интервалы на рис. 4.4 заштрихованы. С увеличением емкости конденсатора С периоды его заряда становятся все меньшими (рис. 4.4, в), а ток, отбираемый в импульсе от сети, — все большим. Таким образом, внешне «безобидное» устройство может создавать в сети помехи, «не уступающие» помехам от сварочного аппарата.
12.Инверторы ведомые сетью. Однофазные и трёхфазные инверторы.
Принципиальная схема преобразователя представлена на рис. 5.24. Трехфазный инвертор работает по принципу инвертора тока. Стабилизация выходного напряжения осуществляется на стороне низшего напряжения с помощью трехфазных регуляторов переменного напряжения, осуществляющих наряду с фазовым регулированием переключение отводов на вторичных обмотках трансформатора. [ 1 ]
Таким образом, для построения силовой части трехфазного инвертора потребуется шесть ключей, подключение которых может быть различным в зависимости от особенностей входного источника и нагрузки. Возможно получение трехфазного напряжения при использовании трех мостовых транзисторных каскадов, при этом требуется удвоенное количество ключей - 12 и можно показать избыточность половины ключей в данном случае. Для управления трехфазными выходными каскадами требуется сдвигать сигналы, поступающие на входы данной ячейки, на треть периода по отношению к управляющим сигналам соседней ячейки. [ 2 ]
Существует большое количество приложений, где необходимо использовать трехфазные инверторы: двигатели различных электромеханических систем; гироскопы; трехфазные двигатели, требующие изменения частоты для регулирования скорости; системы, в которых требуются как однофазное, так и многофазное напряжение. Требования к выходным параметрам трехфазных инверторов могут быть различными. Это касается формы выходного напряжения (приближения ее к синусоиде), стабильности, отклонения напряжений отдельных фаз. [ 3 ]
РВ) с об вдиненныи катодом осуществляется схемой параллельного автономного трехфазного инвертора, включенного по нулевой схеме. Принцип действия такой схеш общеизвестен. [ 4 ]
Какие факторы влияют на симметрию выходного напряжения в трехфазных инверторах тока. [ 5 ]
| Статическая система Краммера. |
Мощность потерь в роторе за счет скольжения можно с помощью трехфазного инвертора возвратить обратно в источник переменного тока. [ 6 ]
| Зависимость Км / № o Omin для трехфазного выпрямителя.| Зависимость поправочного. |
В [56.31] был сделан вывод о том, что / в трехфазных инверторах с ШИМ по синусоидальному закону реактивная энергия полностью скомпенсирована по выходной частоте. [ 7 ]
В связи с большими искажениями формы кривой тока однофазных инверторов на практике чаще применяют трехфазные инверторы, ведомые сетью. [ 8 ]
В связи с большими искажениями формы кривой тока однофазных инверторов на практике чаще применяют трехфазные инверторы, ведомые сетью. [ 9 ]
Управляющие импульсы с выхода преобразователя фаз через усилители мощности поступают на вход силовых полупроводниковых элементов трехфазного инвертора. [ 10 ]
В зависимости от того, где происходит формирование трехфазного напряжения, можно выделить системы с трехфазным инвертором на стороне высшего или на стороне низшего напряжения. Так каждое вентильное плечо преобразователя на стороне высшего напряжения состоит из 3 - 10 последовательно включенных тиристоров или диодов, формирование трехфазного напряжения на стороне низшего напряжения может оказаться более выгодным несмотря на необходимое при этом многократное преобразование энергии. [ 11 ]
Функциональная схема OVF 20 представлена на рис. 4.132. Силовая часть состоит из схемы подключения к электрической сети и преобразователя, состоящего из неуправляемого трехфазного двухполупериодного выпрямителя, линии связи по постоянному току и трехфазного инвертора. [ 12 ]
RQ - разрядное сопротивление для конденсатора СQ; FU1, FU2, FU3 - предохранители; R, С - цепь защиты (снаббер) от перенапряжений на транзисторах ЮВТ; RS - датчик тока для организации защиты (FA) от сквозных и недопустимых токов перегрузки через IGBT; VT - VD - трехфазный инвертор на IGBT с обратным диодным мостом. [ 13 ]
13.Схемы с двойным преобразованием инергии.
ИБП по технологии двойного преобразования. Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т.е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом. ИБП с двойным преобразованием энергии может работать в трех режимах. Выпрямитель преобразует напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока. Оно используется для заряда батареи и для питания инвертора. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, которым и питается нагрузка. Работа от батареи Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием выдает стабилизированное напряжение постоянного тока. Т.е. независимо от величины напряжения переменного тока на входе выпрямителя напряжение постоянного тока на его выходе сохраняется постоянным. Естественно, напряжение остается стабильным только если входное напряжение не выходит из некоторого диапазона допустимых напряжений. Этот диапазон называется диапазоном входных напряжений ИБП. Диапазон входных напряжений ИБП с двойным преобразованием не остается постоянным. Его величина (или вернее его нижняя граница) зависит не только от конкретной модели ИБП, но и его нагрузки. Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений (т.е. выпрямитель уже не может стабилизировать напряжение), напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя уменьшается и становится ниже напряжения заряженной батареи ИБП. Никакого переключения не происходит. Просто инвертор начинает частично питаться от батареи, а батарея начинает разряжаться. При дальнейшем уменьшении напряжения или если напряжение пропадает совсем, инвертор начинает полностью питаться от батареи. Говорят, что ИБП перешел на режим работы от батареи. Работа ИБП от батареи продолжается некоторое время, определяемое зарядом батареи и нагрузкой. После того, как батарея разрядится до напряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБП будет отключен автоматикой, защищающей батарею от необратимого переразряда. Если напряжение на входе ИБП снова поднимется до нормального, выпрямитель опять начнет заряжать батарею и питать инвертор. Режим работы через статический байпас Основные элементы ИБП с двойным преобразованием при работе от сети постоянно находятся под нагрузкой. Если бы ИБП с двойным преобразованием был построен по схеме, придуманной нами во второй главе, то он имел бы низкую надежность. Ведь при выходе из строя инвертора, подача напряжения к нагрузке прервалась бы и ИБП не только не выполнил бы своего предназначения, но даже сам из-за своей поломки мог бы стать причиной потери данных в подключенных к нему компьютерах или отключения каких-либо подключенных к нему важных устровйств. Для того, чтобы этого не происходило, в ИБП введена еще одна линия электроснабжения нагрузки - статический байпас. Некоторые ИБП имеют возможность настройки пределов допустимых изменений частоты. Например они могут быть настроены на допустимые колебания частоты 0.5, 1 или 2 Герца в каждую сторону. Казалось бы, чем уже диапазон допустимых колебаний частоты, тем лучше для чувствительной нагрузки. На самом деле улучшение качества стабилизации частоты происходит за счет общей надежности системы. Ведь если диапазон допустимых изменений частоты установлен меньше реального диапазона изменения частоты сети в месте установки ИБП, то ИБП большую часть времени работает без синхронизации инвертора с линией байпаса. Это снижает общую надежность системы, защищаемой с помощью ИБП, поскольку во время независимой работы инвертора невозможно переключение на статический байпас. В случае если ИБП имеет возможность настройки диапазона допустимых изменений частоты, пользователь имеет возможность выбирать выгодный для себя компромисс. Он может установить очень узкий диапазон частот для чувствительной нагрузки, сознательно пойдя на некоторое снижение надежности системы, или расширить этот диапазон для получения максимальной надежности, если нагрузка не слишком чувствительна к изменениям частоты. Как мы выяснили, основное назначение статического байпаса - это увеличение надежности ИБП и компьютерной системы в целом за счет организации резервного источника электроснабжения, который вступает в действие при выходе из строя инвертора. В рассмотренном простейшем случае таким источником является та же электрическая сеть, которая питает выпрямитель ИБП. (Заметим в скобках, что это не единственный возможный источник). Выход из строя какой-либо из систем ИБП вещь, в общем-то, довольно маловероятная. Хорошие ИБП с двойным преобразованием имеют среднее время наработки на отказ до 10 лет. Но статический байпас имеет еще одну функцию, которая используется буквально при каждом включении сильно нагруженного ИБП. Инвертор естественно имеет ограничение по допустимой нагрузке. При постоянной нагрузке этой границей является номинальная мощность ИБП. Кратковременно инвертор способен выдерживать большие токи. Обычно допускается перегрузка около 50-150 % на несколько миллисекунд и около 10-50 % на несколько секунд или десятков секунд. Практически любому потребителю электроэнергии известно такое явление, как стартовый ток. Под этим понимается ток, возникающий при включении потребителя электроэнергии в отличие от тока на установившемся режиме работы. Для компьютеров и других часто питаемых от ИБП устройств характерен довольно большой стартовый ток. При каждом включении компьютер потребляет в несколько раз больший ток, чем после запуска (как мы увидим далее, стартовый ток легко может превысить номинальный ток в 10 раз). Таким образом при запуске потребителей, мощность которых составляет хотя бы 10 % номинальной мощности ИБП, возможна перегрузка инвертора. Если перегрузка возникла, ИБП для предохранения своего инвертора от перегрузки переключается на работу через байпас. Через несколько секунд ИБП снова переключается на работу от инвертора. Этот режим работы предохраняет инвертор от выхода из строя и увеличивает общую надежность компьютерной системы, защищенной с помощью ИБП с двойным преобразованием энергии. Другие элементы ИБП с двойным преобразованием Сравним еще раз схемы ИБП с двойным преобразованием и взаимодействующего с сетью. У ИБП с двойным преобразованием отсуствуют (хотя и не у всех моделей) некоторые элементы: фильтры шумов и импульсов. В ИБП этого типа импульсы и шумы фильтруются в результате выпрямления напряжения переменного тока: на выходе выпрямителя имеются схемы подавления пульсаций напряжения, выполняющие роль фильтров. В процессе второго преобразования энергии шумы и импульсы еще раз уменьшаются и нагрузка питается чистым синусоидальным напряжением. Поэтому отсутствие в схеме фильтров можно считать своего рода фокусом: внутри ИБП есть элементы, выполняющие эти функции, но называющиеся по другому. Кроме того, в некоторых ИБП с двойным преобразованием энергии установлены варисторные шунты. Блок управления ИБП с двойным преобразованием энергии не анализирует состояния электрической сети (вы видите, что на блок-схеме нет соответствующей стрелки). В этом нет необходимости, ведь нам не нужно управлять переключением (или, вернее, переходом) ИБП с двойным преобразованием на работу от батареи - этот переход производится или, вернее, происходит, без участия управляющей электроники. Нет необходимости и производить анализ формы напряжения переменного тока на входе ИБП: выпрямитель ИБП с двойным преобразованием энергии может питаться напряжением переменного тока практически любой формы - все равно на выходе выпрямителя будет стабилизированное напряжение постоянного тока, а на выходе инвертора - чистая синусоида. Задача блока управления - регулировать напряжение на выходе выпрямителя, напряжение на выходе инвертора (как и у других, рассмотренных ранее ИБП) и не пропустить момент, когда понадобится произвести переключение на работу через статический байпас. Батарея Батарея ИБП с двойным преобразованием не имеет никаких отличий от батарей ИБП других типов. Все силовые элементы ИБП с двойным преобразованием энергии работают под нагрузкой все время, пока ИБП включен (в отличие, например, от инвертора и выпрямителя ИБП с переключением, которые простаивают, пока ИБП работает от сети). Поэтому все полупроводники и другие силовые элементы ИБП с двойным преобразованием рассчитаны на длительную работу по полной нагрузкой. Это позволяет, не внося значительных изменений в ИБП, подключать к нему дополнительные аккумуляторы для увеличения длительности работы от батареи. Большинство ИБП с двойным преобразованием имеют такую возможность. Индикация и управление Органы индикации и управления ИБП с двойным преобразованием не имеют принципиальных отличий от панелей управления других ИБП. Стандартный набор включает клавиши включения и выключения прибора, индикаторы сети, заряда батарей и нагрузки (для некоторых моделей). Коэффициент полезного действия ИБП с двойным преобразованием энергии имеют не слишком высокий КПД, по сравнению с ИБП других типов. Тем не менее, их КПД довольно велик. Он составляет примерно 90% при полной или близкой к полной мощности. При уменьшении мощности КПД уменьшается. На примерно 50 % мощности КПД может составлять около 70 %. Исходя из КПД, можно оценить максимальное тепловыделение ИБП. Оно примерно равно 10 % от номинальной мощности ИБП. Преимущества ИБП с двойным преобразованием: К положительным свойствам ИБП с двойным преобразованием следует отнести следующие. • Хорошая защита от шумов и наносекундных импульсов. • Очень хорошая защита от искажений формы кривой напряжения и микросекундных импульсов. • Возможность работы в сетях с нестабильной частотой. • Самая лучшая плавная стабилизация напряжения с высокой точностью. • Возможность наращивания батареи практически для всех моделей ИБП.
76 Резонансный фильтр
ысоко-добротный резонансный фильтр 50Гц восстанавливает (регенерирует, исправляет) форму синусоиды электросети.
Подавляет низкочастотные и высокочастотные помехи и гармоники в электросети, по сути это высоко-добротный, сетевой низкочастотный фильтр 50Гц.
Мощность нагрузки в диапазоне 0 ÷ 225Вт рекомендуется, если газовый котёл отопления не работает от аварийного генератора (не видит генератор) или котёл не работает от источников бесперебойного питания с несинусоидальным выходным напряжением.
Так же применяется, если котёл при работе от плохой электросети сильно гудит и затем показывает аварию или ошибку.
В резонансном фильтре 50Гц предусмотрен сквозной проход нулевого провода, необходимый для правильной работы фазозависимых котлов отопления.
|
В электросети форма питающего напряжения не всегда синусоидальная - есть гармоники, помехи более того некоторые тиристорные (симисторные) стабилизаторы за счёт искажения формы синусоиды стабилизируют напряжение электросети, причём это относится даже к стабилизаторам элитного класса.
То есть они стабилизируют напряжение с помощью искажения формы синусоиды.
Также очень плохую форму синусоиды выдают недорогие источники бесперебойного питания (ИБП) и генераторы резервного питания. Причём во всех вышеперечисленных случаях помехи и искажения низкочастотны - их трудно подавить.
Чем это плохо:
Платы газовых котлов отопления отказываются работать - уходят в ошибку (напр. F13), а если котел работает, то насос гудит и быстро изнашивается (износ в 10 раз быстрее, потому что любая гармоника это постоянный механический удар по обмоткам и подшипникам двигателя).
Также и дорогая HI-FI аудио аппаратура начинает фонить, гудеть, более того могут противно гудеть даже провода и нагревательные приборы.
То есть слух позволяет человеку без всяких приборов диагностировать наличие гармоник в электросети и также после установки резонансного фильтра человек слышит, что гармоники подавлены, и форма синусоиды электросети исправлена.
Единственный способом исправить - восстановить синусоиду электросети (до разработки резонансного фильтра) была установка стабилизатора с двойным преобразованием (ИБП он лайн), причём КПД этих стабилизаторов очень плохой - не более 70%, да и форма синусоиды их далека от идеальной. Кроме того на выходе недорогих бесперебойников присутствуют гармоники частот дискретизации на которых формируется выходной сигнал, эта частота может быть не слышна её специально уводят по частоте за порог слышимости, но эти гармоники также ускоряют износ насосов и двигателей.
Резонансный фильтр восстанавливает (исправляет) форму синусоиды абсолютно другим, причём более надёжным и естественным способом, с высоким КПД более 90%.
При резонансе чистая, синусоидальная энергия циркулирует между индуктивностью и ёмкостью. Эта синусоидальная энергия, сформированная естественным образом, и выдаётся