Апроксимована синусоїда в джерелах безперебійного електроживлення

Апроксимована синусоїда - це форма сигналу змінного струму, яка умовно наближається до чистої синусоїди. Вона може мати ступінчасту форму огинаючої, бути представлена послідовністю імпульсів прямокутної або трапецеїдальної форми різної полярності. Сигнал змінного струму, що має форму апроксимованої синусоїди, присутній на виході більшості застосовуваних джерел безперебійного живлення (ДБЖ).

Призначення джерел безперебійного живлення

Основним завданням ДБЖ є збереження живлячої споживачів змінної напруги при його раптовому пропажі в мережі. Вони не виконують функцію стабілізації напруги мережі, а є аварійними джерелами напруги змінного струму з апроксимованою синусоїдою. Бесперебойники не призначені для тривалої роботи підключеного до них обладнання в разі аварії на лініях мережевої напруги.

ДБЖ повинні забезпечити роботу споживачів протягом часу, достатньому для завершення процесів, які не можна переривати раптово. Під час роботи ДБЖ з апроксимованою синусоїдою будуть створені умови для штатного відключення навантаження. Це збереже його працездатність при подальшому використанні. Часто можна зустріти посилання на UPS-джерело безперебійного живлення. UPS в ній є абревіатурою англійського позначення ДБЖ.

Класифікація джерел

Залежно від вимог, що пред`являються до якості живлячої змінної напруги, UPS-джерела безперебійного живлення можна розділити на кілька видів:

• off-line джерела, які є аварійними джерелами резервного типу;
• line-interactive або лінійно-інтерактивні джерела, здатні стабілізувати мережеве напруга при незначних його відхиленнях від номінального значення, і переходять в режим аварійного джерела живлення з апроксимованої синусоїдою при його повному пропажі;
• on-line, або ДБЖ з подвійним перетворенням електричної енергії, що забезпечують підключене навантаження стабілізованою мережевою напругою при значних його перепадах і виконують функції аварійного джерела при повному його відключенні.

До складу безперебійного джерела будь-якого виду входить акумуляторна батарея, яка є накопичувачем електричної енергії. Залежно від вимог, що пред`являються до якості живлення пристроїв, що є навантаженням ДБЖ з апроксимованої синусоїдою, застосовуються ті чи інші схемотехнічні рішення.

ДБЖ виду off-line

Пасивний ДБЖ цього виду є джерелом резервного дії. Його пристрій комутації при нормальних параметрах якості мережевої напруги забезпечує безпосереднє підключення навантаження до мережі живлення. У разі короткочасного зникнення напруги на вході ДБЖ комутуючий пристрій переводить живлення споживачів на аварійний (резервний) режим. Джерелом електричної енергії в цьому випадку є вбудований акумулятор.

Його напруга постійного струму інвертором перетворюється в модифіковану синусоїду напруги змінного струму, яке через контакти електромагнітного реле комутатора надходить для живлення навантаження. Для підзарядки акумуляторної батареї (АКБ) служить випрямляч напруги зовнішньої мережі живлення. Для її захисту від високочастотних перешкод, що виникають при роботі імпульсного інвертора, в ДБЖ передбачений фільтр. Його елементи також захищають пристрої навантаження від короткочасних стрибків перевищення мережевої напруги.

Лінійно-інтерактивні джерела

Line-interactiv ДБЖ, на відміну від джерела резервного дії, здатний стабілізувати напругу мережі при безпосередньому підключенні навантаження до неї через контакти електромагнітного реле. Це забезпечується використанням автотрансформатора у вхідному ланцюзі. Перемикання його обмоток проводиться автоматично в залежності від величини мережевої напруги. При його збільшенні або зменшенні змінна напруга на його виході зберігає номінальне значення 220 В. Автотрансформатор найбільш поширених ДБЖ цього виду здійснює регулювання в діапазоні (150-270) в зміни напруги зовнішньої мережі живлення.

Перемикання контактора і перехід на аварійний режим живлення навантаження модифікованої синусоїдою відбувається при надмірній зміні напруги, що виходить за діапазон регулювання. Точність регулювання визначається числом відводів (ступенів) автотрансформатора. В аварійному режимі живлення пристроїв навантаження змінною напругою апроксимованої синусоїди робота відбувається так само, як в ДБЖ виду off-line.

ДБЖ виду on-line

Подвійне перетворення електричної енергії в джерелах безперебійного живлення цього виду дозволяє отримувати апроксимовану синусоїду вихідної змінної напруги, що наближається за формою до чистого синуса. Напруга мережі, перетворена в постійну напругу випрямлячем, потім зазнає зворотного перетворення інвертором у змінну напругу, яка використовується для живлення навантаження.

Вбудований акумулятор заряджається постійним струмом випрямляча і включається в роботу в аварійному режимі. Накопичена ним енергія постійного струму перетворюється інвертором в вихідну змінну напругу, що живить обладнання навантаження. Схема джерела такого виду допускає підключення додаткової зовнішньої АКБ для ДБЖ.

При відновленні мережевої напруги в межах його нормальне значення відбувається перемикання живлення навантаження від первинної мережі змінного струму. Електрична ємність АКБ для ДБЖ визначає час, протягом якого споживачі можуть працювати при раптовому пропажі мережевої напруги.

ТЕХНІЧНІ характеристики ДБЖ

Вибір ДБЖ проводиться на основі його технічних характеристик. До технічна характеристика, визначальним якість виконання вимог, що пред`являються до виробів цього призначення відносяться:

• потужність на виході джерела з підключеним навантаженням, що вимірюється в вольт-амперах (ВА) або ватах (Вт);
• діапазон вихідної напруги з підключеним навантаженням, вимірюваний у вольтах (V);
• час перемикання, що визначає час переходу живлення навантаження в резервному режимі від АКБ, що вимірюється в мілісекундах (ms);
• діапазон вхідної напруги, в межах якого ДБЖ здатний стабілізувати вихідну напругу без переходу на резервний режим живлення від АКБ;
• коефіцієнт нелінійних спотворень, що визначає в процентному співвідношенні відміну форми вихідного сигналу від чистої синусоїди;
• час роботи в автономному резервному режимі живлення від АКБ при підключеному навантаженні, що визначається електричною ємністю внутрішнього акумулятора;
• термін служби власних АКБ, що залежить від технології їх виготовлення.

При виборі ДБЖ не останню роль відіграє і ціна бесперебойника. Вона безпосередньо залежить від схемотехнічних рішень, застосованих розробником при створенні обраної споживачем моделі, і становить від двох до десятків тисяч рублів.

Галузь застосування

Ups джерела безперебійного живлення можуть використовуватися спільно з активним навантаженням-пристроями, до складу яких входять імпульсні блоки живлення.

ДБЖ не застосовуються для живлення споживачів, що мають значну реактивну індуктивну складову (силові мережеві Трансформатори електронних пристроїв старих моделей, обмотки двигунів, насоси опалювальних побутових котлів). Кожна з існуючих схем безперебійних джерел живлення розрахована на певне коло споживачів з урахуванням своїх переваг і недоліків.

Укладення

У статті дан стислий огляд існуючих на сьогоднішній день джерел безперебійного живлення з модифікованою синусоїдою. Розглянуто схемотехнічні рішення, застосовані розробниками при їх створенні. Після ознайомлення з викладеним матеріалом, читач, зацікавлений в придбанні ДБЖ для вирішення своїх проблем, зможе вивчати комплект документації до нього, не відчуваючи при цьому труднощів. Слід при цьому не забувати, що висока вироби передбачає і більш високу його ціну при покупці.