20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор статей

Электродиетическое питание

elektropitanie.jpg

УГРОЗА ИЗ РОЗЕТКИ

Современная радиоэлектронная аппаратура «умнеет» буквально на глазах, расширяется круг и степень сложности задач, которые она позволяет нам решать. Платой за это является усложнение и удорожание аппаратуры. Использование в ней микросхем высокой степени интеграции и специализированных микропроцессоров стало обычным делом. Производители не устают выбрасывать на рынок все новые и новые, более совершенные устройства, способные угодить самым искушенным и придирчивым пользователям, но… все это великолепие в одну несчастливую секунду может превратиться в груду высокотехнологичного металлолома, стоимость ремонта которого может оказаться соизмеримой со стоимостью новой аппаратуры. И причина этого – в электропитании. Точнее, в нарушении параметров качества электропитания.

Пожалуй, самой «безобидной» из всех энергетически стрессовых ситуаций является отключение электричества на продолжительное время. Куда худшие последствия могут наступить при появлении других «сюрпризов» в электросети. Например, скачков напряжения, изменений частоты, а также появления различные видов помех. Не так уж редки случаи, когда реальное напряжение в сети вместо положенных 220 В оказывается раза в полтора меньше. Могут «гулять» и другие параметры. Производители радиоаппаратуры, конечно, знают о существовании этих проблем и стараются защищать свои изделия от угроз из розетки, но полагаться на эту защиту полностью не стоит.

Практика показывает, что в большинстве случаев собственных возможностей радиоэлектронной аппаратуры по защите от некачественного электропитания оказывается недостаточно

В нашей стране действует ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», требования которого в целом соответствуют требованиям аналогичных документов стран Западной Европы.

ГОСТ устанавливает следующие основные показатели и нормы качества электрической энергии:

  • установившееся отклонение напряжения;
  • размах изменения напряжения;
  • доза фликера;
  • коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
  • отклонение частоты;
  • длительность провала напряжения ;
  • импульсное напряжение;
  • коэффициент временного перенапряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения должны быть равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической сети. Иными словами, при номинальном напряжении сети 220 В нормальным считается, если это напряжение находится в пределах 209-231 В и предельно допустимым – в пределах 198-242 В.

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера.

Фликером называют субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники, а дозой фликера – меру восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Колебания светового потока из-за колебаний напряжения в сети обычно носят низкочастотный характер, и если при освещении бытовых помещений они вызывают только досаду, то в телевизионных и видеостудиях они совершенно неприемлемы, поскольку ведут к браку.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения. Для напряжения сети 220 В нормально допустимыми считается значение коэффициента искажения в 2%, а предельно допустимым – 3%. Для современной радиоаппаратуры такие искажения синусоидальности особого значения не имеют, однако более существенные искажения могут вызвать перегрев и даже выход из строя сетевых трансформаторов питания.

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ± 0,2 и ± 0,4 гц соответственно.

Большая часть современной радиоэлектронной аппаратуры не используют синхронизацию путем привязки к частоте сети, поэтому такими колебаниями частоты можно пренебречь. Если же колебания частоты напряжения сети становятся значительно большими, то это уже опасно, поскольку ЭДС витка трансформаторов питания прямо пропорционально частоте напряжения на первичной обмотке.

На практике опасные отклонения частоты питающего напряжения при работе от промышленной сети встречаются крайне редко – энергетики следят за ней предельно внимательно, а вот при работе от автономных источников тока, например, бензоэлектрических агрегатов, они совсем не редкость

Провал напряжения – это внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 номинального напряжения, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд. Провалы напряжения характеризуются длительностью провала напряжения – интервалом времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня и частостью появления провалов напряжения, то есть числом провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени по отношению в общему числу провалов за этот же промежуток времени. Провалы напряжения – довольно опасное явление. Если провал напряжения достаточно велик, то встроенные стабилизаторы питания аппаратуры уже не могут его компенсировать. Происходит сброс настроек приборов, потеря обрабатываемой в них информации, нарушение синхронизации, а иногда и аварийное отключение аппаратуры.

Импульс напряжения – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд. Если промежуток времени восстановления превышает несколько миллисекунд, то такое понижение напряжение называют провалом.

Импульсы напряжения характеризуются амплитудой – максимальным мгновенным значением импульса и длительностью импульса – интервалом времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Используют также термин временное перенапряжение – это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 номинального напряжения продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях. Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения – величиной, равной отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети и длительностью временного перенапряжения – интервалом времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

КТО ВИНОВАТ И ЧТО ДЕЛАТЬ?

Что же является причинами нарушения качества электропитания? К сожалению, причин великое множество, и большинство из них мы без помощи энергетиков устранить не способны. Так, провалы напряжения обычно бывают вызваны подключением к подстанции недостаточной мощности чрезмерно мощных потребителей. С этим эффектом знакомы все дачники: когда на одной даче включают циркулярную электропилу мощностью в несколько киловатт, на всех остальных участках тухнет свет.

Искажения синусоидальной формы напряжения обычно бывают вызваны подключением потребителей, имеющих значительную реактивную составляющую в электрическом сопротивлении.

Перенапряжения в сети обычно бывают вызваны аварийными отключениями потребителей, грозовым электричеством и переходными процессами в электрических сетях.

Чрезвычайно широк круг причин, вызывающих электрические помехи в сети. Прежде всего, провода электрической сети – это антенны, «собирающие» все помехи, блуждающие в эфире. Трамваи и троллейбусы, сварочные аппараты, электромедицинская аппаратура – все это создает помехи в широком диапазоне частот. Сильно засоряют сеть потребители, генерирующие помехи через цепи питания. Неисправная электробритва, электродрель или светорегулятор способны вызвать серьезные сбои в работе телевизоров, ресиверов и аудиоаппаратуры, а уж в промышленных условиях мощные станки и механизмы могут сделать питающую сеть настолько «грязной», что работа прецизионного оборудования станет просто невозможной.

Особую опасность представляют импульсы напряжения, амплитуда которых может достигать киловольта, а длительность порядка 10 мс. Если не принимать мер защиты потребителей электроэнергии, то отказ дорогостоящей радиоэлектронной аппаратуры – вопрос не слишком отдаленного времени.

Что же делать, как защитить компьютеры, видеосерверы, наконец, просто домашние кинотеатры? Ответ на второй извечный русский вопрос заключается в использовании особых устройств – автоматических регуляторов напряжения (AVR, Automatic Voltage Regulators) и источников бесперебойного питания (UPS, Uninterruptible Power Supplies).

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Автоматические регуляторы напряжения – это простейшие из устройств, защищающих потребителей электроэнергии (рис. 2). главным элементом автоматического регулятора напряжения является автотрансформатор.

Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что у него обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения. Коэффициент трансформации n равен:

elektropitanie_1.jpgelektropitanie_2.jpg

Рис. 1. Автотрансформатор

Перемещая точку отвода, можно изменять напряжение UН в широких пределах.

Автоматический регулятор напряжения работает так. Схема управления и контроля непрерывно измеряет входное напряжение, и если оно становится больше или меньше предельно допустимого значения, подает сигнал на следящий электронный ключ, который перемещает точку отвода путем ступенчатого подключения к одному из заранее сформированных выводов обмотки автотрансформатора.

К достоинствам такого устройства можно отнести его простоту, дешевизну и надежность, однако оно способно защитить потребителя только от провалов напряжения и перенапряжений. В случае пропадания напряжения питания устройство бесполезно.

elektropitanie_3.jpg

Рис. 2 Блок-схема автоматического регулятора напряжения

В качестве бонуса в таких устройствах используют варисторный фильтр импульсных помех и обычный фильтр питающего напряжения.

Фильтр питающего напряжения предназначен для подавления помех, проникающих из сети к потребителю и помех, создаваемых потребителем и через схемы питания попадающих в сеть. Представляет собой обычный пассивный многозвенный LC-фильтр.

А вот варисторный фильтр импульсных помех устроен более интересно и предназначен для подавления упомянутых выше импульсных помех.

elektropitanie_4.jpgelektropitanie_5.gif

Рис. 3 Варисторы; внешний вид (а) и вольт-амперная характеристика (б)
(Нажмите на изображение для увеличения)

Варистор – (от англ. Vari(able) (resi)stor) – это непроволочный резистор объемного типа (Рис. 3а), вольт-амперная характеристика которого представляет собой кривую, близкую по форме к многостепенной параболе (рис. 3б). Электрическое сопротивление варистора быстро уменьшается при увеличении приложенного к нему напряжения.

Варисторы подключаются параллельно цепи входного напряжения. Параметры варистора подбирают так, что для номинального входного напряжения его сопротивления очень велико, и он представляет собой практически разрыв цепи. Как только на вход фильтра поступает высоковольтный помеховый импульс, сопротивление варистора резко падает, и он шунтирует импульс, преобразуя его энергию в тепло. Если энергия помехового импульса окажется чрезмерно велика, варистор перегреется и выйдет из строя – сгорит. На практике варисторные фильтры строят из комбинации варисторов и других радиокомпонентов.

На рис. 2 показано, что кроме регулируемого выхода в автоматических регуляторах напряжения есть и нерегулируемый выход, защищенный только обычным фильтром и фильтром импульсных помех. Такой выход может использоваться для питания периферийного оборудования, малочувствительного к колебаниям питающего напряжения, но требующего защиты от сетевых помех (см. рис 5).

гораздо больший интерес представляют источники бесперебойного питания, к рассмотрению которых мы и переходим.

ИБП С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ

Простейшим и наиболее распространенным вариантом ИБП является ИБП с переключением (Offline UPS, StandBy UPS, Back UPS), который часто называют оффлайновым ИБП. Блок-схема оффлайнового ИБП показана на рис. 4. В обычном, т.н. дежурном режиме работы (рис. 4а) входное напряжение через варисторный фильтр импульсных помех, фильтр и следящий электронный ключ поступает на выход ИБП, то есть пока входное напряжение не опустилось ниже точки срабатывания ИБП, потребитель защищается только от сетевых помех.

elektropitanie_6_1.gif

Рис.4а Блок-схема оффлайнового ИБП при работе от сети

Микропроцессор с помощью блока контроля заряда/разряда следит за тем, чтобы аккумулятор был полностью заряжен.

В случае, если входное напряжение падает ниже точки срабатывания, логика работы ИБП меняется (рис 4б). Микропроцессор дает команду следящему реле, которое размыкает цепь питания потребителя от сети и подключает к выходу ИБП инвертор. ИБП переходит в автономный режим.

elektropitanie_6_2.gif

Рис.4б Блок-схема оффлайнового ИБП при работе в автономном режиме

Инвертор – это электронная схема, преобразующая постоянное низкое напряжение аккумулятора в переменное напряжение 220 В.

Особенностью инверторов является то, что на выходе ИБП будет присутствовать не обычная, а т.н. аппроксимированная синусоида, поскольку инвертор генерирует сигнал, близкий к меандру

Для импульсных блоков питания компьютеров это не имеет никакого значения, а вот другие устройства вроде аудиокомплексов, домашних кинотеатров и т.п. могут отнестись к такому напряжению питания весьма болезненно, вплоть до выхода из строя. Производители ИБП об этом прекрасно знают, поэтому оборудуют их специальными «компьютерными» разъемами питания (рис. 5а). Для защиты аудио- видеоаппаратуры выпускают специальные ИБП.

elektropitanie_7.gif elektropitanie_8.gif

Рис 5. ИБП оффлайнового типа, вид сзади (а); подключение потребителей к ИБПоффлайногового типа (б)

Нижний разъем на рис. 5а – это разъем нерегулируемого выхода, к нему обычно подключают периферийное оборудование, например, принтер (рис. 5б). Микропроцессор выбирает момент коммутации так, чтобы момент перехода напряжения инвертора «через ноль» совпал с моментом перехода через ноль питающего напряжения, поэтому переключение занимает заметное время – 3-4 мс

После восстановления входного напряжения до номинального значения ИБП автоматически вернется в дежурный режим – следящий электронный ключ отключит инвертор и подключит к выходу ИБП входное напряжение.

Если входное напряжение питания колеблется вблизи точки срабатывания ИБП, то переключения будут происходить очень часто, что сделает работу потребителей практически невозможной и приведет к быстрому выходу из строя аккумуляторной батареи.

Оффлайновые ИБП не обеспечивают длительную работу потребителей в автономном режиме. Энергии аккумулятора обычно хватает на 10-15 минут работы, что позволяет корректно завершить текущие операции и штатно выключить аппаратуру, что имеет особое значение для компьютеров.

Достоинствами оффлайновых ИБП является простота, низкая стоимость и способность обеспечивать работу потребителей в автономном режиме в течение времени, достаточного для их корректного выключения.

ЛИНЕЙНО-ИНТЕРАКТИВНЫЕ ИБП

Более сложными и совершенными устройствами являются т.н. линейно-интерактивные ИБП (Smart UPS, Matrix UPS). Они включают в себя элементы автоматических регуляторов напряжения и оффлайновых ИБП (рис. 6).

elektropitanie_9_1.gif

Рис.6а Блок-схема линейно-интерактивного ИБП при работе от сети

В дежурном режиме, когда входное напряжение находится в пределах 170-260 В, ИБП работает точно также, как описанный выше автоматический регулятор напряжения. По командам микропроцессора следящий электронный ключ управляет автотрансформатором таким образом, чтобы защитить потребителя от провалов входного напряжения и перенапряжений. Если переключением обмоток автотрансформатора поддерживать требуемое значение выходного напряжения уже не удается, следящий электронный ключ отключает потребителя от входного напряжения и подключает к выходу инвертора, работающего от аккумулятора, то есть, по сути ИБП работает как оффлайновый.

elektropitanie_9_2.gif

Рис.6б Блок-схема линейно-интерактивного ИБП при работе в автономном режиме

Линейно-интерактивные ИБП обладают более «интеллектуальными» микропроцессорами, способными отслеживать больше параметров входного напряжения, поэтому работают они более корректно, не допуская даже кратковременного пропадания напряжения на выходе ИБП в момент коммутации.

Поскольку автотрансформатор постоянно подключен к сети, а его КПД составляет 70-90%, для линейно-интерактивных ИБП характерен повышенный нагрев и акустический шум, вызванный магнитострикционным эффектом в автотрансформаторе

Линейно-интерактивные ИБП значительно дороже оффлайновых и имеют худшие массогабаритные характеристики. Например, ИБП с выходной мощностью 1 кВт может весить 15-20 кг. По соотношению цена-качество эти ИБП считаются оптимальными для защиты персональных компьютеров и дорогостоящей бытовой радиоаппаратуры.

ОНЛАЙНОВЫЕ ИБП

Выше упоминалось, что при работе ИБП от инвертора на его выходе получается не «чистая» синусоида, а т.н. аппроксимированная. В ряде случаев, например, при питании электродвигателей, это является недопустимым. В этих случаях применяют т.н. онлайновые ИБП (Online UPS) или ИБП с цепью обхода, байпасные ИБП (Bypass UPS).

В дежурном режиме ИБП работает следующим образом (рис. 7а). Входное напряжение через фильтр помех поступает на выпрямитель/стабилизатор и преобразуется в постоянное напряжение 12-24 В. Постоянное напряжение поступает на инвертор, с помощью которого преобразуется в синусоиду частотой 50 гц и формой, близкой к идеальной. Поскольку в этом ИБП входное напряжение претерпевает два преобразования, их также называют ИБП с двойным преобразованием. Понятно, что эти ИБП способны защитить потребителя практически от всех угроз со стороны сети – от провалов напряжения, перенапряжений и импульсных помех до изменения частоты питающего напряжения и искажений формы синусоиды.

elektropitanie_10_1.gif

Рис.7а Блок-схема байпасного ИБП при работе от сети

Такие ИБП гораздо безопаснее, потому что обладают гальванической развязкой с сетью, что принципиально недостижимо для автотрансформаторных схем питания. Даже пробой цепей питания потребителей на корпус не приведет к поражению человека электрическим током. В автономном режиме (рис. 7б) постоянное напряжение начинает поступать на инвертор от аккумулятора, причем в данном случае нет никакой необходимости в наличии электронного следящего ключа и схем управления им, поскольку аккумулятор всегда подключен ко входу инвертора. Блок контроля заряда/разряда аккумулятора должен следить за тем, чтобы при автономной работе аккумулятор полностью не разрядился – это приведет к его быстрому отказу.

elektropitanie_10_2.gif

Рис.7а Блок-схема байпасного ИБП при работе в автономном режиме

Поскольку в отличие от описанных ранее ИБП в онлайновом ИБП все узлы работают постоянно и под значительной нагрузкой, его надежность оказывается ниже.

Чтобы избежать сбоев в электропитании потребителей при отказе онлайнового ИБП в нем предусмотрены цепи обхода (байпаса), поэтому такие ИБП еще называют байпасными

В случае отказа ИБП (рис. 7б) микропроцессор включает цепь обхода и потребитель переводится на питание от сети. Поскольку инвертор генерирует синусоидальный сигнал строго синфазно с сетью, никаких проблем при переключении не возникает. Если надежность электропитания потребителя, например, видеосервера, очень важна, в цепь обхода может включаться другой ИБП. Его можно включать и в рабочем режиме, например, для замены аккумулятора и профилактики основного ИБП.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИБП

За многолетнюю историю существования технологии двойного преобразования были разработаны источники бесперебойного питания, имеющие повышенную надежность, гарантирующие высокое качество выходного напряжения и долговечность работы. За это время потери энергии на тепловыделение, объем и масса ИБП сократилась в несколько раз. Примерами последних разработок в системах электропитания с двойным преобразованием является массив электропитания Symmetra производства АРС и ИБП с технологией «Дельта-преобразование».

Symmetra – это массив устройств электропитания, предназначенный для защиты групп серверов и другого критичного к качеству питания оборудования. Symmetra имеет четыре главных преимущества по сравнению с традиционными ИБП: высокие уровни масштабируемости, избыточности и управляемости, а также удобство эксплуатации.

Symmetra, аналогично RAID-массиву жестких дисков, представляет собой большой ИБП, состоящий из меньших модульных компонентов. Symmetra состоит из двух основных типов модулей: модулей-ИБП мощностью 4 кВА и модулей-батарей. Модули каждого типа подключаются параллельно, распределяя между собой нагрузку. «Мозгом» системы является модуль Main Intelligence. В системе с избыточностью N+1 он дублируется модулем Redundant Intelligence. Масштабируемость массива позволяет расширить или перестроить его конфигурацию, добавляя или удаляя модули. Если необходимо увеличить мощность системы, достаточно приобрести и установить дополнительные блоки.

Symmetra – однофазный источник бесперебойного питания с мощностью от 4 до 16 кВА. Трехфазные ИБП с высоким КПД выпускает компания Silcon.

Принципиально новый подход к решению проблемы минимизации потерь электроэнергии при сохранении принципа двойного преобразования предложила компания Silcon (Дания), недавно приобретенная АРС. Основная идея заключается в следующем. Подобно волнам, существующими только на поверхности океана, в потоке электроэнергии присутствуют разнообразные помехи и искажения формы напряжения.

Чтобы добиться ровной и чистой поверхности, нет смысла преобразовывать всю «массу» энергии, достаточно успокоить ее «верхний слой». Эта идея составляет основу нового принципа преобразования, который был назван «Дельта-преобразованием» и запатентован компанией Silcon

ИБП с технологией «Дельта-преобразование» работает в дежурном режиме, как схема с двойным преобразованием (рис. 8), но при этом он преобразует не всю электроэнергию, а только ее «зашумленную» и нестабильную часть, которая приводит к снижению ее качества.

elektropitanie_11.gif

Рис.8 блок-схема ИБП с дельта-преобразованием

Новая технология устраняет недостатки, присущие ИБП традиционного двойного преобразования. ИБП с «Дельта-преобразованием» включает два инвертора, выполненных по особой схеме, и системы управления. В идеальных условиях, когда параметры электросети соответствуют требованиям качества питания нагрузки (напряжение и ток соответствуют номиналу, отсутствуют провалы, выбросы, помехи и шум) электроэнергия полностью передается в нагрузку, а не преобразуется дважды, как в ИБП с двойным преобразованием, поэтому потерь на преобразование нет.

elektropitanie_12.gif

Рис.9 Сравнение потерь ИБП с двойным и Дельта-преобразованием

В реальной ситуации, когда параметры сети не идеальны, происходит двойное преобразование электроэнергии. Отличие состоит в том, что система с «Дельта-преобразованием» намного «умнее», чем классическая схема двойного преобразования, так как преобразует не всю энергию, а только ту часть, которую необходимо. Так, например, при отклонениях входного напряжения на 15% , двойному преобразованию подвергнется только 15% электроэнергии. Если принять суммарные потери как в традиционном ИБП двойного преобразования равными 10%, то в схеме с «Дельта-преобразованием» энергопотери составят: 0,15 х 10% = 1,5%. (рис. 9).

В случае перехода в автономный режим, основной инвертор получает энергию от аккумуляторной батареи, и схема работает по тому же принципу, что при классическом двойном преобразовании.

Таким образом, ИБП с «Дельта-преобразованием» работает в дежурном режиме как традиционная схема двойного преобразования и имеет все присущие ей достоинства, но при этом обладает большим коэффициентом полезного действия (КПД источника равен 97%) и меньшими энергопотерями. Как известно, в цепях переменного тока только при активной нагрузке напряжение и ток совпадают по фазе. Во всех остальных случаях существует фазовый сдвиг между током и напряжением. Из-за этого сдвига снижается эффективность доставки электроэнергии, что приводит ее к дополнительным энергопотерям. Степень фазового сдвига измеряется коэффициентом мощности. Чем меньше сдвиг по фазе между током и напряжением, тем выше значение коэффициента мощности, а, следовательно, выше эффективность ИБП.

В ИБП с «Дельта-преобразованием» коэффициент мощности равен практически единице в широком диапазоне изменения нагрузки. Схемное решение, реализованное в этом ИБП, не требует применения дополнительных дорогих устройств, так как схема «Дельта-преобразование» не обладает собственной реактивностью, обеспечивая синфазность протекания тока и напряжения и увеличение коэффициента мощности практически до единицы. Технология ИБП с «Дельта-преобразованием» имеет следующие преимущества:

  • За счет высокого КПД ИБП имеет высокую эффективность. При эксплуатации такого ИБП происходит значительная экономия электроэнергии.
  • Из-за малых потерь энергии ИБП с «Дельта-преобразованием» имеет гораздо меньшее тепловыделение и существенно меньшие затраты на кондиционирование помещений, где установлены ИБП.
  • ИБП с «Дельта-преобразованием» имеет хорошую электромагнитную совместимость с электросетью и значительно лучше ослабляет помехи в виде гармоник тока как со стороны входа, так и со стороны выхода.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИБП

Мощность ИБП выражается в ваттах (Вт, W) и вольт-амперах (ВА, VA). В ваттах измеряется активная мощность, которую способен развить инвертор UPS при работе на активную (линейную) нагрузку. Вольт-ампер – это более сложная единица измерения. Если мощность измеряется в ВА, то в расчете учтено то, что нагрузка может быть не только линейной. Полная мощность для нелинейных нагрузок указывается именно в ВА, и это значение учитывает все составляющие нагрузки, активную и реактивную. Чтобы рассчитать по активной мощности полную, нужно знать коэффициент мощности. Полная мощность (ВА) всегда оказывается больше, чем активная (в Вт).

Активная мощность (в ваттах) равна произведению полной мощности на коэффициент мощности.

Нелинейная (реактивная) нагрузка – прибор, в состав которого входят индуктивные и емкостные элементы. Из вышеизложенного следует, что потребление тока, поступающего из сети, будет неравномерным. Для расчета мощности реактивных нагрузок применяется коэффициент мощности.

Коэффициент мощности (PF) – величина, показывающая, насколько потраченная энергия используется нагрузкой. Узнать PF можно, разделив активную мощность (в Вт), на полную (в ВА) или найдя нужное значение в паспорте прибора. Коэффициент мощности, принятый для компьютерной нагрузки, – 0,7.

Мощность рассеивания фильтра – выраженная в джоулях величина, показывающая эффективность работы фильтра высоковольтных помех, а именно то, сколько энергии выброса напряжения он безопасно рассеивает.

Время работы в автономном режиме обычно измеряется минутами и зависит от мощности нагрузки и емкости батареи, а также ее состояния. Типичные значения – от 3 до 30 минут.

Напряжение перехода на аккумулятор – напряжение, при котором ИБП переключается на аккумулятор. Если этот параметр равен 190-200 В, аккумулятор будет интенсивно эксплуатироваться, а значит, раньше выйдет из строя.

Время переключения, или время коммутации, – период, за который нагрузка переключается с дежурного режима питания на автономный или, наоборот, переходит в режим питания от сети после аварии. Измеряется в миллисекундах. Если на переключение уходит более 20 мс (один период частоты сети 50 гц), могут возникнуть сбои и зависание компьютеров и другого оборудования.

АККУМУЛЯТОРЫ

Важнейший элемент любого ИБП – его аккумулятор. От его емкости, надежности, долговечности во многом зависят параметры «бесперебойника». В настоящее время наиболее распространены свинцовые герметичные необслуживаемые батареи. Несмотря на то, что батареи являются необслуживаемыми, при работе с ними необходимо соблюдать несколько правил.

  • Установив в ИБП новый аккумулятор, включите ИБП без нагрузки и оставьте на 15-20 часов, чтобы аккумулятор полностью зарядился.
  • Храните запасные аккумуляторы полностью заряженными, раз в месяц подзаряжайте их, устанавливая в рабочие ИБП.
  • Храните аккумуляторы в прохладном, затененном месте, при повышенных температурах аккумуляторы быстрее разряжаются.
  • Не допускайте перегрева аккумуляторов в рабочих ИБП.
  • Периодически выполняйте тренировку аккумулятора, разряжая его путем перевода ИБП в автономный режим, а потом полностью заряжайте, это значительно продлит срок его службы.
  • Помните, что срок службы аккумулятора составляет 1,5 – 2 года, по истечению которого аккумулятор нужно заменить на новый.
  • Если в ИБП установлены два аккумулятора, заменять нужно сразу оба.
  • Разнотипные аккумуляторы или аккумуляторы разной емкости устанавливать в один ИБП нельзя.
  • Аккумулятор содержит загущенную наполнителями серную кислоту. Попытка разобрать аккумулятор может окончиться тяжелыми химическими ожогами.
  • Нельзя замыкать выводы аккумулятора, электролит может вскипеть, а аккумулятор взорваться.
  • Если после замены ИБП «не видит» аккумулятор, скорее всего, перегорел предохранитель внутри ИБП. По конструкции он часто напоминает автомобильный.

УПРАВЛЕНИЕ ИБП

В простейших случаях управление ИБП осуществляется с помощью кнопок и переключателей, расположенных на его лицевой панели. Там же располагаются индикаторы режимов работы ИБП. Большинство ИБП оборудованы схемами звуковой сигнализации.

Современные ИБП обычно оснащены портом для связи с компьютером, раньше это был RS-232, сейчас – USB

На компьютере устанавливается специальная программа, которая в случае перехода ИБП в автономный режим при снижении заряда аккумулятора ниже определенного значения способна автоматически завершить работу операционной системы и выключить компьютер.

elektropitanie_16.jpg

Рис. 10. Окно программы PowerShute
(Нажмите на изображение для увеличения)

На рис. 10 показано окно программы PowerShute для ИБП компании APC. Программа показывает режим работы ИБП – дежурный или автономный, степень заряда батареи и время, в течение которого ИБП сможет поддерживать автономный режим работы данного компьютера. Программа допускает два режима работы – режим максимально длительной работы компьютера в автономном режиме и режим, при котором время работы компьютера в автономном режиме не превышает 5 минут, но продлевается срок службы аккумулятора.

ЗАЩИТА ДОМАШНИХ КИНОТЕАТРОВ И АППАРАТУРЫ HI-END

Современная аудио- видеоаппаратура не менее чувствительна к качеству электропитания, чем компьютеры, однако в организации ее электропитания есть своя специфика.

Если для компьютерных рабочих станций и серверов жизненно необходимым является возможность сохранения электропитания после пропадания «сети», чтобы можно было корректно завершить работу операционной системы и не потерять данные, то для аудио- видеоаппаратуры это особого значения не имеет, хотя «бесперебойники» по типу компьютерных выпускаются и для нее, но широкого распространения они не получили. гораздо большее значение имеет защита аппаратуры от провалов напряжения, перенапряжений, импульсных помех, несинусоидальности питающего напряжения.

Провалы питающего напряжения и перенапряжения значительно уменьшают срок службы дисплеев и, главное, ламп в проекторах, которые крайне чувствительны к повышенному напряжения питания, а их цена составляет заметную часть стоимости всего проектора

Помехи в электрической сети могут вызвать неприятные щелчки и гудение в акустических системах, помехи на экранах телевизоров в виде точек, сетки, ряби, а в некоторых случаях даже срыв вертикальной и горизонтальной синхронизации.

Аппаратуру, защищающую цепи питания бытовой аудио- видеоаппаратуры, принято делить на системы кондиционирования электропитания и источники бесперебойного питания.

Системы кондиционирования электропитания подразделяются на сетевые фильтры и автоматические регуляторы напряжения.

Поскольку эта аппаратура размещается в жилых помещениях, к ней предъявляются дополнительные требования с точки зрения дизайна. Она должна монтироваться в стойки с аппаратурой домашнего кинотеатра, иметь красивый и стильный внешний вид. Часто разработчики снабжают ее ярким, цветным дисплеем, отображающим множество входных и выходных параметров электрической сети.

Среди других устройств, применяемых в этой области, стоит упомянуть сетевые секвенсоры. Они производят включение и выключение питания пошагово с задержкой между шагами. Это предотвращает щелчки в колонках, так как включение и выключение устройств происходит в то время, когда усилитель мощности находится в выключенном состоянии.

Устройства питания аудио- видео аппаратуры обычно имеют проходные гнезда для аудио, видео, телефонной сети, обеспечивающие защиту от импульсных, высоко- и низкочастотных помех. Для различных групп потребителей организуются отдельные линии питания – для аудио, видео и отдельно – для аудио усилителя мощности.

Сетевые фильтры не отличаются от рассмотренных ранее варисторных фильтров импульсных помех в сочетании с пассивными многозвенными LC-фильтрами. Многие типы помех хорошо подавляются специальным НЧ фильтром (low pass filter). В дешевых приборах такой фильтр обычно устанавливают между фазным и нулевым проводом, хотя по правилам он должен устанавливаться между линиями («земля» – фаза, «земля» – «ноль»). Хороший фильтр ослабляет помехи на 40-60 дБ в диапазоне радиочастот от 1 до 100 Мгц.

elektropitanie_13.jpg

Рис. 11. Простейший сетевой фильтр

Простейшие и самые дешевые сетевые фильтры обычно совмещаются с удлинителями (рис. 11). Более качественные и дорогие автоматические регуляторы напряжения для аудио почти всегда имеют конструктив «Rack Mount», то есть могут устанавливаться в стандартную стойку с аппаратурой и рассчитаны на суммарную мощность потребителей около 2 кВт, что вполне достаточно для домашнего кинотеатра среднего класса.

От провалов питающего напряжения и перенапряжений сетевые фильтры защитить не могут, поэтому в случае нестабильного напряжения в сети следует использовать автоматические регуляторы напряжения, которые, кстати, обладают и функцией сетевых фильтров. Автоматические регуляторы напряжения для аудио- видео аппаратуры по принципу действия в целом не отличаются от описанных ранее и построены на основе автотрансформаторных схем. Применявшиеся ранее феррорезонансные стабилизаторы напряжения сейчас выходят из употребления из-за большого веса, способности работать только на одной фиксированной частоте напряжения (50 или 60 гц) и узкого диапазона регулирования (180-240 В). Неприятной особенностью феррорезонансных стабилизаторов является высокий уровень акустического шума и генерирование сильных паразитных магнитных полей. С другой стороны, на выходе такого прибора всегда практически идеальная синусоида, кроме того, он сам по себе неплохой фильтр индустриальных высокочастотных помех.
elektropitanie_14.jpg

Рис. 12. Регулятор напряжения VoltGuard

elektropitanie_15.jpg

Рис. 13. Регулятор напряжения Power Plant Premier

Автотрансформаторные регуляторы напряжения выпускаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Примером отечественных разработок является серия стабилизаторов VoltGuard (www.voltguard.ru) (рис. 12), а зарубежных – аппаратура компании PS Audio (www.psaudio.com), которая предлагает модели Power Plant Premier (рис. 13) и Quintessence Power Center.

Power Plant Premier – это, в терминах изготовителя, устройство регенерации сетевого питания, обеспечивающее переменный ток высокого качества для питания аудио- видеоаппаратуры. Как и все устройства подобного класса, Power Plant Premier имеет изолированные линии питания для маломощной аналоговой и цифровой аппаратуры, а также для мощных усилителей НЧ, что исключает возникновение взаимных помех, а также влияние более мощных потребителей на менее мощные. Линии регенерированного питания с жестким контролем формы синусоиды напряжения предназначены для питания только устройств, потребляющих небольшую мощность например, предварительных усилителей, проигрывателей DVD и ресиверов, а мощные УНЧ питаются фильтрованным напряжением отдельно. Стабилизатор имеет встроенный секвенсор и может управляться с пульта ДУ

ИБП для аудио- видеоаппаратуры по принципу действия не отличаются от описанных в этой брошюре ИБП ранее, единственное дополнительное ограничение накладывается на форму выходного напряжения ИБП, она должна быть синусоидальной, а не прямоугольной.

КАК ВЫБРАТЬ ИБП

Основные характеристики ИБП сведены в таблицу 1, а рекомендации по их применению – в таблицу 2.

При выборе ИБП в первую очередь определяют его мощность. Производители рекомендуют не загружать ИБП более чем на 80% от максимальной нагрузки, чтобы ИБП не выключался или не переходил на схему обхода при включении нагрузки с повышенным пусковым током

От загруженности UPS зависит и время работы на батареях. Для домашней аппаратуры достаточно 15-20 минут автономной работы, для серверов минимальное время составляет 30 минут. Для питания домашней аппаратуры подойдет оффлайновый или линейноин-терактивный ИБП, выбор конкретной модели зависит от качества электросети. Для серверов рекомендуются байпасные ИБП или ИБП с дельта-преобразованием.

В РФ при организации электропитания напряжением до 1 кВ используются системы с глухозаземленной нейтралью. В таких системах в качестве одной из мер по защите от поражения электрическим током используется защитное зануление. Т.е. там, где требуется защита от пробоя на корпус в сетях с напряжением 220-380 В, корпуса зануляются. Компьютер подключается по трехпроводной схеме именно с целью защиты от пробоя на корпус. Т.е. для того, чтобы защита работала, третий контакт в розетке должен быть подключен к «нолю». В жилых зданиях советской постройки электрические сети были двухпроводными, поэтому нулевой провод, возможно, придется самостоятельно тянуть от щитка на лестничной клетке.

Использовать нулевой провод двухпроводной линии для этих целей нельзя, поскольку в нашей стране никто не может гарантировать, что в какой-то момент у вас в здании (или на подстанции) не поменяют ноль с фазой. Общая рекомендация состоит в том, что если нет специально организованного заземления, то корпус лучше вообще никуда не подсоединять. Использование для заземления батарей отопления, трубопроводов холодной воды и т.п. категорически запрещается.

Таблица 1

Тип ИБП Диапазон
мощностей кВА
Согласование
напряжения
Затраты на ВА КПД Режим работы
инвертора
Оффлайновые 0 – 0,5 Низкое Низкие Очень высокий В автономном режиме
Линейно-интерактивные 0,5 – 5 Зависит от конструкции Средние Очень высокий Зависит от конструкции
Онлайновые с двойным преобразованием 5 – 5 000 Высокое Средние Низкий – средний Работает постоянно
Онлайновые с дельтапреобразованием 5 – 5 000 Высокое Средние Высокий Работает постоянно

Таблица 2

Тип ИБП Преимущества Ограничения Область применения
Оффлайновые Низкая стоимость, высокая эффективность, компактность Практически не целесообразны при мощности потребления свыше 2 кВА Персональные компьютеры
Линейно-интерактивные Высокая надежность, высокая эффективность, хорошее согласование напряжения Практически не целесообразны при мощности потребления свыше 5 кВА Питание серверов, а также рабочих станций в жестких условиях энергоснабжения
Онлайновые с двойным преобразованием Отличное согласование напряжения, возможность включения схем обхода и резервирования Низкая эффективность, не рентабельны ниже мощности потребления 5 кВА Системы питания с избыточностью
Онлайновые с дельтапреобразованием Отличное согласование напряжения, высокая эффективность Не рентабельны ниже мощности потребления 5 кВА Энергоснабжение крупных установок
Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против» Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против»
Системы охлаждения для видеостен на основе проекционных кубов.
Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница! Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница!
В данной статье будут рассмотрены особенности разрешения в формате 4К, на которые следует обратить внимание.
Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV? Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV?
Часто мы слышим фразу "передача аудио- и видеосигнала по IP-сетям". Но каково ее истинное значение для коммерческих AV-с...
Визуальные технологии: типы сигналов и методы их сжатия Визуальные технологии: типы сигналов и методы их сжатия
В этой публикации речь пойдет о разных типах видеосигналов, а также о цифровых сигналах и методиках сжатия.
Многофункциональные помещения: как спроектировать грамотно? Многофункциональные помещения: как спроектировать грамотно?
Могут ли многофункциональные помещения в сегодняшних условиях корпоративной среды обеспечить свое многоцелевое назначение?
Как заставить зал «зазвучать»: азы акустической подготовки Как заставить зал «зазвучать»: азы акустической подготовки
Акустическая подготовка помещения – процесс, требующий от специалиста хорошего знания техники и чуткого музыкального слуха.
Все статьи
Видео
Вебинар «Решения BenQ для аудиторий и переговорных»
Вебинар "Все об аудио оснащении переговорных комнат"
Все видео
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
Модельный ряд мониторов с подробным описанием, 16 полос, А4, рус-eng.
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
Каталог конференц-систем и оборудования для синхронного перевода, формат А4, 50 полос.
Все файлы
Акустика в залах совещаний: идеальный звук – совсем не сложно
Стюарт Стивенс
“Проектный менеджер компании Shure Distribution UK, Стюарт Стивенс - о различных методах улучшения акустики в залах для совещаний.”
Стюарт Стивенс
Проектный менеджер Shure Distribution UK
Распределенные звуковые системы. Не так просто, как кажется
Аджигитов Максим
“Задача этой статьи - развенчать миф о том, что проектирование системы фонового звука не стоит серьезных временных и умственных затрат.”
Аджигитов Максим
Ведущий инженер по акустике ГК DIGIS
Звуко-инженеры. Почему трудно работать вместе?
Ратмановас Александрас
“В чем состоят сложности, связанные со звуком, если как физическое явление он был объяснен еще 68 лет назад? Разбираемся вместе.”
Ратмановас Александрас
Инженер по звуку
Все мнения
http://www.avclub.pro/news/proizvoditel/novyy-shirokougolnyy-obektiv-dlya-vivitek-du9000/