Материал: НИР-3 Шерстюк з-66
длительном отключении сетевого напряжения запускается дизельный двигатель, который поддерживает вращение маховика генератора через магнитное сцепление.
Однофазные ИБП Основные структурные схемы однофазных ИБП с корректорами
коэффициента мощности (далее - ККМ) приведены на рис. 4 и 5. В состав ИБП малой мощности входят силовые узлы: выпрямитель-корректор коэффициента мощности (далее - ККМ-В), ИНВ, преобразователь постоянного напряжения (далее - ППН), ЗУ, обеспечивающие работу ИБП в сетевом и автономном режимах ( рис. 4).
Рисунок 4 - Однофазный ИБП малой мощности.
ККМ-В выполняет следующие функции:
–осуществляет преобразование напряжения сети переменного тока в стабилизированное напряжение постоянного тока, обеспечивая питание ИНВ стабильным напряжением постоянного тока 700 В (±350 В);
–обеспечивает потребление из сети входного тока, совпадающего по фазе с напряжением сети и имеющего практически синусоидальную форму независимо от характера нагрузки ИБП, благодаря чему входной коэффициент мощности близок к единице.
ВФ обеспечивает подавление выбросов сетевого напряжения при переходных процессах и осуществляют фильтрацию высокочастотных коммутационных помех.
Система управления ИБП обеспечивает необходимый алгоритм работы силовых узлов, тестирование состояния, мониторинг и управление. Плата дисплея содержит ряд светодиодов для индикации режимов работы ИБП и кнопки включения ИНВ силовой платы.
16
Внекоторых моделях ИБП используются ЖК-дисплеи для отображения электрических параметров и состояния ИБП.
Всоставе ИБП возможно также наличие дополнительного ЗУ, обеспечивающего заряд внешней аккумуляторной батареи повышенной емкости.
ВИБП средней мощности из состава силовой платы выделяют несколько силовых узлов, содержащих силовые дроссели, накопительные конденсаторы, плату коммутации (электронный байпас), плату ЗУ.
Структурная схема силовой цепи ИБП средней мощности (рис. 5) отличается тем, что повышение напряжения АБ для питания инвертора осуществляется с помощью одного и того же преобразователя постоянного напряжения (ППН), который выполняет также функцию ККМ в сетевом режиме. Это позволяет повысить эффективность системы.
Рисунок 5 - однофазный ИБП средней мощности.
Рассмотрим более подробно некоторые особенности принципиальных схем силовой цепи однофазных ИБП.
Функциональные схемы силовых цепей однофазных ИБП малой и средней мощности приведены на рис. 6 и 7.
Высокочастотный ККМ в ИБП малой мощности выполнен по схеме повышающего преобразователя (бустера) с дифференциальным выходом и силовым дросселем L1, включенным во входную цепь переменного тока. Силовой транзистор ККМ VT1 (рис. 6) управляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией (далее - ШИМ). Формирование ШИМ-сигнала осуществляет специализированная микросхема ККМ-контроллера. На входы ККМ-контроллера поступают сигналы,
17
пропорциональные входному напряжению и току, напряжению на выходе ККМ, сигнал синхронизации и сигнал управления (вкл./выкл.) ККМ от микроконтроллера платы управления.
Рисунок 6 - однофазный ИБП малой мощности.
В отличие от ИБП малой мощности, в ИБП средней мощности выпрямитель выполняется на тиристорах VS1, VS2 (см. рис. 7), обеспечивающих включение выпрямителя по сигналу с платы управления в сетевом режиме и его отключение в автономном режиме или неисправностях силовых элементов цепи ИБП.
Высокочастотный ККМ выполняется по двухтактной схеме повышающего преобразователя на двух силовых транзисторах VT1, VT2 c использованием двух дросселей L1, L2, включенных в цепи выпрямленного тока.
ШИМ-управление транзисторами VT1, VT2 обеспечивает повышение и стабилизацию выходного напряжения ККМ на положительной и отрицательной шинах постоянного тока. Каждый транзистор управляется от собственного ШИМконтроллера или сигналами, сформированными на плате управления. Высокий коэффициент передачи по напряжению повышающего преобразователя (бустера) в режиме непрерывного тока дросселя обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения, при котором ИБП не переходит в автономный режим.
АБ в ИБП средней мощности подключается на вход ККМ через тиристор VS3 (рис. 7), что обеспечивает разделение цепи заряда АБ от ЗУ в сетевом режиме работы от выхода выпрямителя и мгновенное подключение АБ на вход ККМ в автономном режиме.
18
Рисунок 7 - однофазный ИБП средней мощности.
Дополнительный выпрямительный мост, выполненный на тиристорах VS4, VS5, VS6, VS7, используется при трехфазном входе ИБП с однофазным выходом.
ИНВ преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Блок ИНВ выполняется по полумостовой бестрансформаторной схеме на IGBT-транзисторах VT2, VT3 в ИБП малой мощности (рис. 6) и VT3, VT4 в ИБП средней мощности (рис. 7). Силовые транзисторы управляются высокочастотными (19,2 кГц) ШИМ-сигналами с платы управления.
Широтно-импульсная модуляция сигналов осуществляется по синусоидальному закону, что обеспечивает высокую точность выходного напряжения c помощью быстродействующей системы управления инвертором.
Синусоидальное выходное напряжение формируется из высокочастотных ШИМ-импульсов с помощью выходного фильтра L2, С3 (рис. 6), L3, C3 (рис.7).
Как правило, силовые IGBT-транзисторы инвертора выбирают из условия двойного запаса по току по сравнению с номинальной величиной тока нагрузки. Это позволяет иметь высокие перегрузочные способности ИБП и ток короткого замыкания инвертора в пределах 150—200%. Термозащита силовых транзисторов реализуется с помощью сигнала с релейного датчика температуры (80 - 90°С). Указанный сигнал поступает на центральный микроконтроллер (далее - МК) платы управления. МК подсчитывает время, в течение которого транзисторы не выйдут из
19
строя из-за перегрева, после чего выдает сигнал на отключение инвертора и переключение нагрузки на байпас. Затем МК просчитывает время охлаждения транзисторов, чтобы не дать включиться инвертору сразу после окончания первой перегрузки.
Если нагрузка продолжает оставаться в пределах 110—120% от номинальной, то по окончанию просчета заданного времени охлаждения (как правило, 2-4 мин.) МК выдает сигнал на повторное включение инвертора. При больших значениях перегрузки МК через определенное время выдаст сигнал переключения нагрузки на байпас, и повторное включение инвертора будет возможно лишь после снятия перегрузки.
Перегрузочные способности ИБП являются одним из важных потребительских показателей, так как позволяют оптимально выбирать номинальную мощность ИБП при подключении нагрузок, обладающих большими пусковыми токами или при использовании ИДП в технологических процессах с кратковременными периодическими пиковыми нагрузками.
ППН в ИБП малой мощности обеспечивает повышение и стабилизацию напряжения АБ до уровня, необходимого для надежной работы инвертора в автономном режиме. Принципиальная схема ППН представляет собой двухтактный дифференциальный ВЧ-преобразователь на силовых транзисторах и ВЧтрансформаторе, мощность которого с учетом потерь в инверторе должна превышать выходную мощность ИБП. Силовые транзисторы управляются сигналами (25-30 кГц) от специализированного ШИМ-контроллера, который в свою очередь получает сигналы разрешения работы с платы управления и сигнал обратной связи о величине высоковольтного напряжения питания инвертора. К дифференциальной выходной обмотке ВЧ-трансформатора подключены диоды, обеспечивающие выпрямление и формирование на конденсаторах С1, С2 (рис. 6) высоковольтного напряжения постоянного тока +350, –350 В относительно общей шины для питания инвертора в автономном режиме работы ИБП.
Зарядное устройство обеспечивает заряд АБ при работе ИБП в сетевом режиме. В качестве АБ используются последовательно включенные герметичные (необслуживаемые) свинцово-кислотные аккумуляторы. Максимальное выходное напряжение ЗУ устанавливается из условия 2,3 В/ячейка. ЗУ в ИБП малой мощности получает питание непосредственно от сети через собственный выпрямительный мост и сглаживающую емкость. Кроме заряда АБ, ЗУ обеспечивает питание вторичного источника питания (далее - ВИП) в сетевом режиме и питание обмотки управления реле К1 (рис. 6). Принципиальная схема ЗУ выполняется на однотактном ВЧ-преобразователе (30 кГц), содержащем транзистор, управляемый сигналом с микросхемы ШИМ-контроллера, и ВЧ-трансформатор. В ИБП средней мощности основное ЗУ подключено к шине стабильного высоковольтного
20