Источники бесперебойного питания (ИБП)

Реферат

В настоящее время наблюдается увеличение потребности в высокоскоростных центрах обработки данных, системах телекоммуникационной связи в реальном масштабе времени и применении систем с непрерывным автоматическим технологическим процессом. Рост потребности в таком оборудовании вместе с обеспечением большим количеством разнообразных возможностей выдвигает повышенные требования к источникам электропитания.

Невзирая на то, что при генерации электроэнергии, напряжение имеет отличные характеристики, в тот момент, когда электропитание достигает потребителя, его качество далекое от идеального. Большинство типов помех недопустимое, например, значительные провалы напряжения и колебания частоты, что может привести к непоправимым потерям, вызванным повреждением оборудования. Обычно же финансовые последствия этого могут быть существенными, влияя не только на текущую работу, но, что является серьезнее, и на развитие предприятия, которое понесло убытки.

При проектировании радиоэлектронной аппаратуры, одним из основных критериев экономичности является снижение потребляемой устройством мощности (в частности, применение новых технологий позволило сократить на несколько порядков потребление энергии бытовой аппаратурой, по сравнению, например с тем, что было десятки лет тому назад).

За прошедшие более чем 100 лет от момента появления первого электронного устройства (радио А.С. Попова) до наших дней изменилось несколько поколений электронных устройств, которые имеют принципиальные отличия по функциональным возможностям, типу применяемой элементной базы, конструктивно-техническому решению и т.д. Это равной мерой относится к радиоэлектронной аппаратуре бытового назначения, так и системам управления сложными техническими объектами, такими как воздушные лайнеры, космические аппараты и др. Однако каждый вид электронных средств, будь это компьютер, схема управления работой системы жизнеобеспечения, проигрыватель компакт дисков или радиолокационная станция, все они имеют устройство, которое обеспечивает электропитанием все узлы и элементы (электронных ламп, транзисторов, микросхем), устройств, которые входят в ту или другую систему. Следовательно, наличие источника питания в любом устройстве вещь вполне очевидная и требования к нему достаточно большие, ведь от его качественной работы зависит работа устройства в целом. Особенное внимание, при разработке источников питания, стали уделять при построении сложных цифровых устройств (персональный компьютер или любая другая микропроцессорная техника), где возникла потребность обеспечения этих устройств непрерывным и самое главное — качественным питанием. Пропадание напряжения для устройств этого класса может быть фатальным: медицинские системы жизнеобеспечения нуждаются в постоянной работе комплекса устройств, и требования к их питанию очень строги; системы банковской защиты и охранные системы; системы экстренной связи и передачи информации.

12 стр., 5911 слов

Системы контроля требований безопасности и экологичности

... и наличие самих требований безопасности и экологичности. Санитарно-токсический ... Росгидромет). Экологический мониторинг занимается определением изменений в экологических системах ( ... контроля качества воздуха населенных пунктов. Они устанавливают три категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стационарные, маршрутные, передвижные. Стационарный пост предназначен для непрерывной ...

При создании электронного устройства отдельного класса и назначения (электронно-вычислительные машины, медицинская и бытовая электронная техника, средства автоматизации) источник обеспечения гарантированного питания может быть подобран из тех, которые выпускаются серийно. В некоторых странах существуют фирмы, которые специализируются на промышленном выпуске источников бесперебойного питания, и потребитель имеет возможность выбрать тот, который ему больше всего подходит. Однако, когда по эксплуатационным, конструкторским или другим характеристикам источника бесперебойного питания, которые выпускаются серийно, не удовлетворяют потребностям потребителя, необходимо разработать новый, с учетом всех правил, специфических для этого вида.

Первое и самое главное назначение источника бесперебойного питания — обеспечить электропитание компьютерной системы или другого оборудования в то время, когда электрическая сеть по каким-то причинам не может это делать. Во время такого сбоя электрической сети ИБП питается сам и питает нагрузку за счет энергии, накопленной его аккумуляторной батареей.

1. ПРИЧИНЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИБП

Параметры электрической сети не являются стабильными по целому ряду объективных и субъективных причин. Отклонения величины или формы подаваемого напряжения принято называть искажениями или помехами. Эти искажения по-разному влияют на работу электроприборов и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку само по себе современное электронное оборудование достаточно дорого и наиболее подвержено губительному воздействию помех по входному напряжению, в некоторых случаях возникает необходимость защитить это оборудование от подобного рода воздействий. Наиболее требовательным к стабильности параметров электропитания является оборудование, применяемое для медицинских систем жизнеобеспечения, компьютерные системы банков, страховых компаний, офисные ЛВС и системы управления производством.

Основные причины:

 Обеспечение питанием нагрузки при пропадании основной сети – это классическая функция ИБП.

 Обеспечение высокого качества электропитания (фильтрованного и стабилизированного) от основного источника или генератора.

 Обеспечение независимого управления электропитанием. При пропадании и нестабильности сети ИБП автоматически защищает подключенную нагрузку и обеспечивает удаленное отображение состояния, включая сигналы неисправности.

 Улучшение надежности питающей системы при использовании параллельных систем и систем резервирования, которые могут продолжать обеспечивать высококачественное электропитание даже в случае неисправности в самой системе.

Виды сбоев электропитания

Таблица

Вид сбоя электропитания

Причина возникновения

Возможные последствия

Пониженное напряжение, провалы напряжения

 перегруженная сеть

 неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети

 подключение потребителей, совокупная мощность которых сравнима с общей мощностью участка электрической сети

 перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса

отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении

 выход из строя электродвигателей

 потери данных в компьютерах

Повышенное напряжение

 недогруженная сеть

 недостаточно эффективная работа системы регулирования

 отключение мощных потребителей

 выход из строя оборудования

 аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах

Высоковольтные импульсы

 атмосферное электричество

 включение и отключение мощных потребителей

 запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии

 выход из строя чувствительного к качеству питания оборудования

Электрический шум

 включение и отключение мощных потребителей

 взаимное влияние электроприборов, работающих неподалеку

 сбои при выполнении программ и передаче данных

 нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах

Полное отключение напряжения

 срабатывание предохранителей при перезагрузках

 непрофессиональные действия персонала

 аварии на линиях электропередач

 потери данных в компьютерах

 выход из строя жестких дисков на очень старых компьютерах

Гармонические искажения напряжения

 в сети преобладает нелинейная нагрузка, оснащенная импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование)

 неправильно спроектированная электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками

 перегрузка нейтрального провода

 помехи при работе чувствительного оборудования (радио- и телевизионные системы, измерительные приборы и т.д.)

Нестабильная частота

 сильная перегрузка энергосистемы в целом

 потеря управления системой

 перегрев трансформаторов

 нестабильная частота как индикатор неправильной работы всей энергосистемы или ее существенной части (для компьютеров изменение частоты само по себе не страшно)

2. СОСТАВ ИБП

ИБП состоит из трех основных компонентов:

 Выпрямитель – преобразует входное переменное напряжение питающей сети в постоянное напряжение, требуемое для заряда батарей и питания инвертора.

 Комплект батарей (обычно герметичные свинцово-кислотные) для сохранения электроэнергии и питания инвертора в течении периода времени – от нескольких минут до нескольких часов

 Статический конвертор (инвертор) преобразовывает накопленный запас энергии постоянного тока в переменный ток, и таким образом питает подключенную нагрузку стабилизированным, фильтрованным и регулируемым напряжением.

Кроме этого в состав ИБП к этим компонентам могут быть добавлены дополнительные устройства: автоматический байпас на случай перегрузки или неисправности ИБП, ручной байпас для обеспечения полного отключения ИБП для проведения работ по ремонту и обслуживанию, а также разнообразные возможности для местного и удаленного мониторинга.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ИБП ПО МОЩНОСТИ

Источник бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supplie, UPS) — статическое устройство, предназначенное, во-первых, для резервирования (защиты) электроснабжения электроприемников за счет энергии, накопленной в аккумуляторной батарее и, во-вторых, для обеспечения КЭ у защищаемых электроприемников.

Известны также ИБП, выполненные на основе вращающихся машин с накопителями энергии на основе маховиков и статических ИБП, с накопителями на основе аномальных конденсаторов большой емкости, исчисляемой фарадами. В литературе также применяется термин «агрегат бесперебойного питания» (АБП), но в настоящее время наиболее употребителен термин «ИБП». Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel.-М.: ИП Радиософт, 2005.

Существующая классификация ИБП производится по двум основным показателям — мощности и типу ИБП. Классификация ИБП по мощности носит отчасти условный характер и связана с исполнением (конструкцией) ИБП.

К маломощным ИБП принято относить устройства, предназначенные для непосредственного подключения к защищаемому оборудованию и питающиеся от электрической сети через штепсельные розетки. Можно встретить даже название «розеточные ИБП». Данные устройства изготавливаются в настольном, реже — напольном исполнении, а также в исполнении, предназначенном для установки в стойку (rackmount, RM).

Как правило, эти устройства выпускаются в диапазоне мощностей от 250 до 3000 ВА.

К ИБП средней мощности относятся устройства, питающие защищаемое оборудование от встроенного блока розеток либо подключаемые к групповой розеточной сети, выделенной для питания защищаемых электроприемников. К питающей сети эти ИБП подключаются кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат. Данные устройства изготавливаются в исполнении, пригодном для размещения как в специально приспособленных электромашинных помещениях, так и в технологических помещениях инфокоммуникационного оборудования, допускающих постоянное присутствие персонала. Как правило, эти устройства выпускаются в напольном исполнении или в исполнении RM. Типичный диапазон мощностей таких ИБП от 3 до 30 кВА.

К ИБП большой мощности принято относить устройства, подключаемые к питающей сети кабелем от распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат и питающие защищаемое оборудование через выделенную групповую розеточную сеть. Данные ИБП имеют напольное исполнение для размещения в специально приспособленных электромашинных помещениях. Типичный диапазон мощностей таких ИБП охватывает значения от 10 до нескольких сотен кВА (известны модели мощностью до 800 кВА).

Параллельные системы ИБП и энергетические массивы могут иметь мощности до нескольких тысяч кВА, но это уже характеристики системы, а не единичного ИБП или силового модуля энергетического массива.

4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИБП

На выбор наиболее подходящей модели ИБП влияет множество параметров, наиболее значимые из которых — уровень защиты, мощность устройства, схема его работы, форма выходного напряжения и т. д.

Если защищаемое устройство не содержит данных, которые могут быть потеряны при выключении питания, или оно необходимо только от случая к случаю (например, бездисковый терминал, сканер, модем или принтер), то достаточным уровнем защиты для него будет качественный сетевой фильтр типа Pilot. Для компьютера, на котором выполняется важная работа, и тем более для сервера локальной сети наличие ИБП обязательно. Никогда не следует подключать через ИБП лазерный принтер из-за больших мощностей, потребляемых им при работе.

Обычно мощность устройства ИБП указывается в вольт-амперах, для приведения которой к мощности в ваттах ее следует разделить примерно на 1,5.