Некоторые электронные средства должны обеспечиваться электроэнергией без перерыва в течение заданного времени. В зависимости от продолжительности этого времени и требуемой мощности применяются различные агрегаты бесперебойного источники питания (БИП). В зависимости от рода выходного тока различают БИП переменного или постоянного тока.
Требования по согласованию БИП с нагрузкой регламентируют параметры качества электроэнергии на выходе агрегата. К этим требованиям относятся: значение, нестабильность и пульсации выходного напряжения; диапазон изменения выходного тока; значение и нестабильность частоты выходного тока. Нагрузкой БИП являются радиоэлектронные средства, на входе которых устанавливаются источники электропитания. В случае сети переменного тока источники в большинстве случаев содержат во входной цепи нерегулируемый выпрямитель с емкостным фильтром, поэтому форма потребляемого ими тока значительно отличается от синусоидальной. Особенность нагрузки требует от БИП сохранения заданного значения коэффициента гармоник выходного напряжения для линейной и нелинейной нагрузок.
Влияние БИП на сеть определяет требования к качеству электроэнергии на его входе. Эти требования регламентируют коэффициент мощности на входе БИП и коэффициент гармоник потребляемого им тока.
По принятой терминологии различают два класса БИП: "оффлайн" и "он-лайн". У агрегата "офф-лайн" осуществляется прямая подача электроэнергии сети потребителю в нормальном режиме и подключение генератора синусоидального напряжения при авариях в электросети за время (2...10) мс. У агрегатов "он-лайн" при любых режимах функционирования сети электроэнергия поступает на нагрузку от генератора синусоидального напряжения со стабильными значениями напряжения, частоты, синусоидальности.
Оба класса БИП содержат инвертор, преобразующий выпрямленное сетевое напряжение в синусоидальное выходное. К сетевому выпрямителю подключается аккумуляторная батарея. Но если в БИП класса "офф-лайн" инвертор подключается только при снижении напряжения сети ниже заданного уровня, то в БИП класса "он-лайн" инвертор работает постоянно, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка от сети, защита от перенапряжений и провалов сетевого напряжения, ограничивается утечка информации по цепям электроснабжения.
На риc. 7.1 а) показаны структурные схемы БИП переменного токов, где резервная цепь содержит аккумуляторную батарею АБ и инвертор И. Если напряжение сети находится в заданных пределах, то нагрузка Н получает электроэнергию через коммутатор К от сети переменного тока. Инвертор в данном случае работает в режиме выпрямителя, подзаряжая аккумуляторную батарею. При снижении напряжения сети ниже заданного уровня коммутатор К отключает сеть от нагрузки. Последняя обеспечивается напряжением переменного тока инвертора И, получающего электроэнергию от аккумуляторной батареи.
Рисунок 7.1. Бесперебойные источники питания с выходным
напряжением переменного тока
На рисунке 7.1 б) при нормальном электроснабжении нагрузка Н получает электроэнергию от сети через последовательно соединенные управляемый выпрямитель УВ и инвертор И. В этом случае коммутатор К находится в отключенном состоянии и аккумуляторная батарея АБ подзаряжается от сети через выпрямитель В. При снижении напряжения сети ниже заданного уровня коммутатор К подключает батарею АБ к инвертору И.
В схеме на рисунке 7.1 в) заряд аккумуляторной батареи АБ осуществляется от управляемого выпрямителя УВ. При электроснабжении нагрузки от сети коммутатор К1 включен, а коммутатор К2 выключен. При переходе на электроснабжение от аккумуляторной батареи коммутатор К1 выключается, а коммутатор К2 включается.
На рисунке 7.1 г) показана схема БИП с двумя входными сетями: основной и резервной. При нормальном электроснабжении коммутатор К1 включен, коммутатор К2 выключен и напряжение на нагрузку Н поступает от основной сети. При снижении напряжения основной сети ниже заданного уровня происходит переключение коммутаторов и соединение нагрузки с резервной сетью.
Структурные схемы БИП постоянного тока показаны на риcунке 7.2.
Рисунок 7.2 – Бесперебойные источники питания с выходным
напряжением постоянного тока
В схеме БИП с выходным напряжением постоянного тока при нормальном электроснабжении нагрузка Н отключена от аккумуляторной батареи АБ (коммутатор К выключен) и получает электроэнергию от сети через выпрямитель В1. Аккумуляторная батарея в это время подзаряжается от сети через выпрямитель В2.
При аварийного режиме в сети коммутатор подключает нагрузку к аккумуляторной батарее. При наличии двух независимых сетей переменного тока (рис.7.2 б) БИП содержит два выпрямителя В1 и В2 и коммутатор К. последний выполняет защитные функции при аварийной ситуации. В составе БИП аккумуляторная батарея может выполняться секционированной, т.е. состоящей из основных элементов ОАБ и дополнительных ДАБ (рис. 7.2 в). В нормальном режиме работы основные элементы подзаряжаются от сети через выпрямитель В1, дополнительные элементы — через выпрямитель В2. При этом коммутатор К1 выключен, а коммутатор К2 включен. Нагрузка попугает электроэнергию от сети через выпрямитель В1. В случае снижения напряжения сети ниже заданного уровня коммутатор К2 выключается, коммутатор К1 включается и нагрузка получает последовательно включенных основных и дополнительных элементов.
Время работы БИП после перехода от сети на аккумуляторную батарею существенно зависит от его загрузки. В таблице 7.1 в качестве примера приведена продолжительность работы различных моделей БИП в зависимости от мощности нагрузки.
Таблица 7.1 - Типовое время работы БИП после пропаданиесетевого напряжения
Мощность
наргузки,
В А
Время работы, мин.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Таблица 7.2 Основные характеристики химических источников тока
Ø23x2,5