Источник бесперебойного питания

редактировать
Электрическое устройство, которое использует батареи для предотвращения любого прерывания потока энергии ИБП башенного типа с одним IEC 60320 C14 вход и три C13 розетки Большой ИБП в масштабе центра обработки данных, устанавливаемый электриками

источник бесперебойного питания или источник бесперебойного питания (ИБП ) - это электрическое устройство, обеспечивающее аварийное питание нагрузки при выходе из строя входного источника питания или сетевого питания. ИБП отличается от вспомогательной системы или системы аварийного питания или резервного генератора тем, что он обеспечивает практически мгновенную защиту от перебоев в подаче питания за счет подачи энергии, накопленной в батареях, суперконденсаторах., или маховики. Время работы от батареи большинства источников бесперебойного питания относительно невелико (всего несколько минут), но его достаточно для запуска резервного источника питания или надлежащего отключения защищаемого оборудования. Это тип системы постоянного электропитания.

ИБП обычно используется для защиты оборудования, такого как компьютеры, центры обработки данных, телекоммуникационное оборудование или другое электрическое оборудование, непредвиденное отключение питания которого может привести к травмам, смертельному исходу, серьезному нарушению работы или потере данных. Размеры блоков ИБП варьируются от блоков, предназначенных для защиты одного компьютера без видеомонитора (номинальное значение около 200 вольт-ампер ), до больших блоков, питающих целые центры обработки данных или здания. Самый большой в мире ИБП, 46-мегаваттная аккумуляторная система накопления электроэнергии (BESS), в Фэрбенксе, Аляска, обеспечивает питание всего города и близлежащих сельских населенных пунктов во время отключений.

Содержание

  • 1 Общие проблемы с электроснабжением
  • 2 Технологии
    • 2.1 Автономный / резервный
    • 2.2 Линейно-интерактивный
    • 2.3 Онлайн / двойное преобразование
  • 3 Другие конструкции
    • 3.1 Гибридная топология / двойное преобразование по запросу
    • 3.2 Феррорезонанс
    • 3.3 Питание постоянного тока
    • 3.4 Поворотный
  • 4 Форм-факторы
  • 5 Области применения
    • 5.1 N + 1
    • 5.2 Многократное резервирование
    • 5.3 Использование вне помещений
  • 6 Гармонические искажения
  • 7 Коэффициент мощности
  • 8 Связь
  • 9 Батареи
    • 9.1 Общие характеристики батарей и испытание под нагрузкой
    • 9.2 Тестирование цепочек батарей / элементов
    • 9.3 Последовательно-параллельное взаимодействие батарей
    • 9.4 Новые серии / взаимодействие старых батарей
  • 10 Стандарты
  • 11 См. также
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки

Общие проблемы с питанием

Основная роль любого ИБП - обеспечить кратковременное питание когда inpu • отказ источника питания. Однако большинство ИБП также способны в различной степени исправлять типичные проблемы с питанием от электросети:

  1. скачок напряжения или устойчивое перенапряжение
  2. кратковременное или продолжительное снижение входного напряжения
  3. падение напряжения
  4. Шум, определяемый как высокочастотный переходный процесс или колебание, обычно вводимый в линию ближайшим оборудованием
  5. Нестабильность частоты сети
  6. Гармонические искажения, определяемые как отклонение от идеальной синусоидальной формы сигнала, ожидаемой на линии

Некоторые производители ИБП классифицируют свои продукты в соответствии с количеством мощностей -связанные с проблемами, которые они решают.

Технологии

Существуют три основные категории современных систем ИБП: интерактивные, линейно-интерактивные и резервные:

  • ИБП, работающие в режиме онлайн, используют двойную преобразование "метод приема входного переменного тока, выпрямление в постоянный ток для прохождения через аккумулятор (или цепочки батарей), затем обратное преобразование в 120 В / 23 0 В переменного тока для питания защищаемого оборудования.
  • Линейно-интерактивный ИБП поддерживает инвертор в рабочем состоянии и перенаправляет путь постоянного тока батареи из нормального режима зарядки в режим подачи тока при отключении питания.
  • В резервной ("автономной") системе нагрузка питается напрямую от входной мощности, а схема резервного питания активируется только при отключении сетевого питания.

Большинство ИБП ниже одного килограмма вольт-ампер (1 кВА) относятся к линейно-интерактивным или резервным, которые обычно дешевле.

Для больших блоков питания иногда используются динамические источники бесперебойного питания (DUPS). Синхронный двигатель / генератор подключается к сети через дроссель . Энергия накапливается в маховике . При пропадании сетевого питания вихретоковый регулятор поддерживает мощность нагрузки до тех пор, пока не истощается энергия маховика. DUPS иногда комбинируются или объединяются с дизельным генератором, который включается после короткой задержки, образуя дизельный роторный источник бесперебойного питания (DRUPS).

A топливный элемент ИБП был разработан компанией Hydrogenics с использованием водорода и топливного элемента в качестве источника энергии, потенциально обеспечивая длительное время работы в небольшом пространстве.

Автономный режим / режим ожидания

Автономный режим / Резервный ИБП: зеленая линия показывает поток электроэнергии. Типичное время защиты: 5–20 минут. Увеличение емкости: Обычно не доступно.

ИБП в автономном / резервном режиме предлагает только самые основные функции, включая защиту от перенапряжения и резервное питание от батареи. Защищаемое оборудование обычно подключается непосредственно к входящей электросети. Когда входящее напряжение падает ниже или поднимается выше заданного уровня, ИБП включает свою внутреннюю схему инвертора постоянного и переменного тока, которая питается от внутренней аккумуляторной батареи. Затем ИБП механически включает подключенное оборудование на свой инверторный выход постоянного и переменного тока. Время переключения может достигать 25 миллисекунд в зависимости от количества времени, которое требуется резервному ИБП для обнаружения потери напряжения в электросети. ИБП предназначен для питания определенного оборудования, такого как персональный компьютер, без каких-либо нежелательных провалов или сбоев для этого устройства.

Линейно-интерактивный

Линейно-интерактивный ИБП: Зеленая линия показывает поток электроэнергии. Типичное время защиты: 5–30 минут. Увеличение емкости: несколько часов.

Линейно-интерактивный ИБП по работе аналогичен резервному ИБП, но с добавлением многоотводного автотрансформатора переменного напряжения . Это специальный тип трансформатора, который может добавлять или вычитать обмотки провода с питанием, тем самым увеличивая или уменьшая магнитное поле и выходное напряжение трансформатора. Это также может выполняться с помощью понижающего-повышающего трансформатора , который отличается от автотрансформатора, поскольку первый может быть подключен для обеспечения гальванической развязки.

Этот тип ИБП может выдерживать постоянное пониженное напряжение. отключения и скачки перенапряжения без потребления ограниченной резервной мощности батареи. Вместо этого он компенсирует это путем автоматического выбора различных ответвлений мощности на автотрансформаторе. В зависимости от конструкции, смена ответвления автотрансформатора может вызвать очень кратковременное отключение выходной мощности, что может вызвать кратковременное «чириканье» ИБП, оборудованных сигнализацией потери мощности.

Это стало популярным даже в самых дешевых ИБП, поскольку в нем используются уже включенные компоненты. Основной трансформатор 50/60 Гц, используемый для преобразования между линейным напряжением и напряжением батареи, должен обеспечивать два немного разных отношения витков: один для преобразования выходного напряжения батареи (обычно кратного 12 В) в линейное напряжение, а второй - для преобразования линейное напряжение до немного более высокого напряжения зарядки аккумулятора (например, кратного 14 В). Разница между этими двумя напряжениями заключается в том, что для зарядки аккумулятора требуется дельта-напряжение (до 13–14 В для зарядки аккумулятора 12 В). Кроме того, легче выполнить переключение на стороне сетевого напряжения трансформатора из-за более низких токов на этой стороне.

Чтобы получить функцию повышения / понижения, все, что требуется, это два отдельных переключателя, чтобы вход переменного тока мог быть подключен к одному из двух основных ответвлений, а нагрузка подключена к другому, таким образом, используя первичные обмотки главного трансформатора в качестве автотрансформатора. Аккумулятор все еще может заряжаться при "понижении" повышенного напряжения, но при "повышении" пониженного напряжения выход трансформатора слишком низкий для зарядки аккумуляторов.

Автотрансформаторы могут быть спроектированы так, чтобы покрывать широкий диапазон переменных входных напряжений, но это требует большего количества ответвлений и увеличивает сложность и стоимость ИБП. Обычно автотрансформатор покрывает диапазон только от 90 до 140 В для мощности 120 В, а затем переключается на аккумулятор, если напряжение становится намного выше или ниже этого диапазона.

В условиях низкого напряжения ИБП будет потреблять больше тока, чем обычно, поэтому ему может потребоваться более сильная токовая цепь, чем обычное устройство. Например, для питания устройства мощностью 1000 Вт при 120 В ИБП будет потреблять 8,33 А. Если произойдет отключение питания и напряжение упадет до 100 В, ИБП потребляет 10 А. для компенсации. Это также работает в обратном направлении, так что в условиях перенапряжения ИБП потребуется меньший ток.

Онлайн / двойное преобразование

В онлайн-ИБП батареи всегда подключены к инвертору, поэтому переключатели мощности не требуются. Когда происходит потеря мощности, выпрямитель просто выпадает из цепи, и батареи поддерживают стабильную и неизменную мощность. Когда питание восстанавливается, выпрямитель возобновляет работу с большей частью нагрузки и начинает заряжать батареи, хотя зарядный ток может быть ограничен, чтобы предотвратить перегрев аккумуляторов мощным выпрямителем и выкипание электролита. Основным преимуществом ИБП, подключенного к сети, является его способность обеспечивать «электрический брандмауэр» между входящим сетевым питанием и чувствительным электронным оборудованием.

Онлайн-ИБП идеально подходит для сред, где необходима электрическая изоляция, или для оборудования, которое очень чувствительно к колебаниям мощности. Хотя когда-то он был зарезервирован для очень больших установок мощностью 10 кВт или более, достижения в области технологий теперь позволили ему быть доступным как обычное потребительское устройство с мощностью 500 Вт или меньше. Интерактивный ИБП может потребоваться в случае «шумной» энергосистемы, частых провалов в электроснабжении, перебоев в электроснабжении и других аномалий, когда требуется защита чувствительных нагрузок ИТ-оборудования или когда необходима работа от резервного генератора длительного режима.

Основная технология онлайн-ИБП такая же, как у резервного или линейно-интерактивного ИБП. Однако, как правило, он стоит намного дороже из-за того, что у него гораздо больший ток зарядного устройства / выпрямителя батареи переменного тока в постоянный, а также с выпрямителем и инвертором, предназначенным для непрерывной работы с улучшенными системами охлаждения. Он называется ИБП с двойным преобразованием из-за того, что выпрямитель напрямую управляет инвертором, даже при питании от нормального переменного тока.

Онлайн-ИБП обычно имеет статический переключатель (STS) для повышения надежности.

Другие конструкции

Гибридная топология / двойное преобразование по запросу

Эти гибридные роторные ИБП не имеют официальных обозначений, хотя в UTL используется одно название: «двойное преобразование по запросу» ". Этот тип ИБП ориентирован на высокоэффективные приложения, сохраняя при этом функции и уровень защиты, обеспечиваемые двойным преобразованием.

Гибридный ИБП (двойное преобразование по запросу) работает как автономный / резервный ИБП, когда условия питания находятся в пределах определенного предустановленного диапазона. Это позволяет ИБП достигать очень высоких показателей эффективности. Когда условия электропитания выходят за рамки предопределенных окон, ИБП переключается в режим онлайн / с двойным преобразованием. В режиме двойного преобразования ИБП может регулировать колебания напряжения без использования батареи, может отфильтровывать линейные шумы и частоту управления.

Феррорезонансный

Феррорезонансные блоки работают так же, как и резервные ИБП; однако они подключены к сети, за исключением того, что для фильтрации выхода используется феррорезонансный трансформатор . Этот трансформатор предназначен для удержания энергии достаточно долго, чтобы покрыть время между переключением с сети на питание от батареи, и эффективно исключает время переключения. Многие феррорезонансные ИБП имеют КПД 82–88% (переменный / постоянный-переменный ток) и обеспечивают отличную изоляцию.

Трансформатор имеет три обмотки: одна для обычного сетевого питания, вторая для выпрямленного питания от батареи, а третья для вывода переменного тока на нагрузку.

Когда-то это был доминирующий тип ИБП, и его мощность ограничена диапазоном около 150 кВА. Эти блоки до сих пор в основном используются в некоторых промышленных условиях (нефтегазовая, нефтехимическая, химическая, коммунальная и тяжелая промышленность) из-за прочной природы ИБП. Многие феррорезонансные ИБП, в которых используется технология управляемого ферро, могут взаимодействовать с оборудованием коррекции коэффициента мощности. Это приведет к колебаниям выходного напряжения ИБП, но их можно исправить, снизив уровни нагрузки или добавив другие нагрузки линейного типа.

Питание постоянного тока

ИБП, предназначенный для питания оборудования постоянного тока, предназначен для очень похож на онлайн-ИБП, за исключением того, что ему не нужен выходной инвертор. Кроме того, если напряжение батареи ИБП соответствует напряжению, необходимому устройству, блок питания устройства также не понадобится. Поскольку один или несколько этапов преобразования мощности исключаются, это увеличивает эффективность и время работы.

Многие системы, используемые в телекоммуникациях, используют сверхнизкое напряжение "обычную батарею " 48 В постоянного тока, потому что они имеют менее строгие правила безопасности, такие как установка в распределительных и распределительных коробках. Постоянный ток обычно был доминирующим источником питания для телекоммуникаций, а переменный ток обычно был основным источником энергии для компьютеров и серверов.

Было много экспериментов с питанием 48 В постоянного тока для компьютерных серверов в надежде снизить вероятность сбоя и стоимость оборудования. Однако для обеспечения того же количества энергии ток должен быть выше, чем в эквивалентной цепи 115 В или 230 В; больший ток требует более крупных проводников или больше энергии теряется в виде тепла.

Постоянный ток высокого напряжения (380 В) находит применение в некоторых приложениях центров обработки данных и позволяет использовать малые силовые проводники, но на него распространяются более сложные правила электрического кодекса для безопасного удержания высокого напряжения.

Роторный

Роторный ИБП использует инерцию вращающегося с большой массой маховика (накопителя энергии маховика ), чтобы обеспечить кратковременный пробег в случае потери мощности. Маховик также действует как буфер против скачков и провалов мощности, поскольку такие кратковременные события мощности не могут заметно повлиять на скорость вращения маховика большой массы. Это также одна из старейших разработок, предшествовавших электронным лампам и интегральным схемам.

Его можно рассматривать как подключенный, поскольку он непрерывно вращается при нормальных условиях. Однако, в отличие от ИБП на батареях, системы ИБП с маховиком обычно обеспечивают защиту от 10 до 20 секунд до того, как маховик замедлится и выходная мощность прекратится. Он традиционно используется в сочетании с резервными генераторами, обеспечивая резервное питание только в течение короткого периода времени, необходимого двигателю для запуска и стабилизации его мощности.

Роторные ИБП обычно предназначены для приложений, требующих защиты более 10 000 Вт, чтобы оправдать расходы и получить выгоду от преимуществ роторных ИБП. Более крупный маховик или несколько маховиков, работающих параллельно, увеличивают резервное время работы или мощность.

Поскольку маховики являются механическим источником энергии, нет необходимости использовать электродвигатель или генератор в качестве промежуточного звена между ним и дизельным двигателем, предназначенным для обеспечения аварийного питания. При использовании коробки передач инерция вращения маховика может использоваться для непосредственного запуска дизельного двигателя, а после запуска дизельный двигатель может использоваться для непосредственного вращения маховика. Аналогичным образом несколько маховиков могут быть соединены параллельно через механические промежуточные валы, без необходимости использования отдельных двигателей и генераторов для каждого маховика.

Они обычно предназначены для обеспечения очень высокого выходного тока по сравнению с чисто электронными ИБП, и могут лучше обеспечивать пусковой ток для индуктивных нагрузок, таких как пуск двигателя или нагрузки компрессора, а также для медицинских МРТ и катетера оборудование. Он также способен выдерживать условия короткого замыкания, которые в 17 раз превышают токи электронного ИБП, что позволяет одному устройству перегореть предохранитель и выйти из строя, в то время как другие устройства продолжают получать питание от роторного ИБП.

Его жизненный цикл обычно намного больше, чем у чисто электронного ИБП, до 30 лет и более. Но они требуют периодического простоя для механического обслуживания, такого как шарикоподшипник. В более крупных системах резервирование системы обеспечивает доступность процессов во время этого обслуживания. Конструкции на основе батарей не требуют простоя, если батареи можно заменять в горячем режиме, что обычно имеет место для более крупных устройств. В более новых роторных агрегатах используются такие технологии, как магнитные подшипники и корпуса с воздушным вакуумированием, чтобы повысить эффективность работы в режиме ожидания и сократить объем технического обслуживания до очень низких уровней.

Обычно маховик большой массы используется в сочетании с системой двигатель-генератор. Эти блоки могут быть сконфигурированы как:

  1. двигатель, приводящий в действие механически связанный генератор,
  2. комбинированный синхронный двигатель и генератор, намотанные в чередующихся пазах одного ротора и статора,
  3. Гибридный роторный ИБП, разработанный аналогично сетевому ИБП, за исключением того, что в нем вместо батарей используется маховик. Выпрямитель приводит в действие двигатель для вращения маховика, в то время как генератор использует маховик для питания инвертора.

В случае № 3 двигатель-генератор может быть синхронным / синхронным или индукционным / синхронным. Сторона двигателя блока в корпусах №№ 2 и 3 может приводиться в действие напрямую от источника питания переменного тока (обычно при байпасе инвертора), 6-ступенчатого привода двигателя с двойным преобразованием или 6-пульсного инвертора. В случае № 1 в качестве источника кратковременной энергии вместо батарей используется встроенный маховик, чтобы дать время для запуска и ввода в действие внешних электрически связанных генераторных установок. В случаях № 2 и 3 в качестве кратковременного источника энергии можно использовать батареи или отдельно стоящий маховик с электрической связью.

Форм-факторы

ИБП меньшего размера бывают разных форм и размеров. Однако две наиболее распространенные формы - это вертикальный монтаж и установка в стойку.

Башенные модели устанавливаются вертикально на земле, на столе или полке и обычно используются в сетевых рабочих станциях или настольных компьютерах. Модели для монтажа в стойку могут быть установлены в стандартные 19-дюймовые стойки, и для них может потребоваться от 1U до 12U (стоечных модулей ). Обычно они используются в серверных и сетевых приложениях. Некоторые устройства оснащены пользовательскими интерфейсами, которые поворачиваются на 90 °, что позволяет устанавливать устройства вертикально на земле или горизонтально, как в стойке.

Приложения

N + 1

В крупных бизнес-средах, где надежность имеет большое значение, один огромный ИБП также может стать единственной точкой отказа, которая может нарушить работу многих других системы. Для обеспечения большей надежности несколько меньших модулей ИБП и батарей могут быть объединены вместе для обеспечения резервной защиты питания, эквивалентной одному очень большому ИБП. «N + 1» означает, что если нагрузку могут обеспечить N модулей, установка будет содержать N + 1 модуль. Таким образом, отказ одного модуля не повлияет на работу системы.

Множественное резервирование

Многие компьютерные серверы предлагают вариант с резервированием источников питания, чтобы в случае в случае выхода из строя одного источника питания один или несколько других источников питания могут питать нагрузку. Это критический момент - каждый блок питания должен самостоятельно обеспечивать питание всего сервера.

Избыточность дополнительно увеличивается за счет подключения каждого источника питания к другой цепи (то есть к другому автоматическому выключателю ).

Резервную защиту можно еще больше расширить, подключив каждый источник питания к собственному ИБП. Это обеспечивает двойную защиту как от сбоя источника питания, так и от отказа ИБП, что гарантирует непрерывную работу. Эта конфигурация также называется резервированием 1 + 1 или 2N. Если бюджет не позволяет использовать два идентичных ИБП, то обычно один блок питания подключается к сети, а другой - к ИБП.

Использование вне помещений

Когда система ИБП размещается на открытом воздухе, она должна иметь некоторые особенности, гарантирующие, что она может выдерживать погодные условия без какого-либо влияния на производительность. При проектировании наружной системы ИБП производитель должен учитывать такие факторы, как температура, влажность, дождь и снег. Диапазон рабочих температур для наружных систем ИБП может составлять от -40 ° C до +55 °C.

Уличные системы ИБП могут быть установлены на столб, заземление (пьедестал) или на хост. Наружная среда может означать сильный холод, и в этом случае наружная система ИБП должна включать в себя нагревательный коврик для батареи, или сильную жару, и в этом случае наружная система ИБП должна включать в себя систему вентилятора или систему кондиционирования воздуха.

Внутренний вид солнечного инвертора. Обратите внимание на множество больших конденсаторов (синие цилиндры), которые используются для кратковременного хранения энергии и улучшения формы выходного сигнала.

A солнечный инвертор, или фотоэлектрический инвертор, или солнечный преобразователь, преобразует переменный постоянный ток (DC) на выходе фотоэлектрической (PV) солнечной панели в переменный ток с частотой сети (переменного тока), который может подаваться в коммерческую электрическую сеть или использоваться в местной, внесетевой электрической сети. Это критический BOS –компонент в фотоэлектрической системе, позволяющий использовать обычное оборудование с питанием от переменного тока. Солнечные инверторы имеют специальные функции, адаптированные для использования с фотоэлектрическими батареями, включая отслеживание точки максимальной мощности и защиту от изолирования.

Гармонические искажения

Форма выходного сигнала ИБП (желтый) по сравнению с нормальным сигналом питания 120 В переменного тока 60 Гц (фиолетовый)

Выходной сигнал некоторых электронных ИБП может значительно отличаться от идеальной синусоидальной формы волны. Это особенно верно в отношении недорогих однофазных устройств потребительского класса, предназначенных для использования дома и в офисе. В них часто используются простые импульсные источники питания переменного тока, а выходной сигнал напоминает прямоугольную волну, богатую гармониками. Эти гармоники могут создавать помехи другим электронным устройствам, включая радиосвязь, а некоторые устройства (например, индуктивные нагрузки, такие как двигатели переменного тока) могут работать с пониженным КПД или вообще не работать. Более сложные (и дорогие) ИБП могут вырабатывать почти чистую синусоидальную мощность переменного тока.

Коэффициент мощности

Проблемой в сочетании ИБП с двойным преобразованием и генератора является искажение напряжения, создаваемое ИБП. Вход ИБП с двойным преобразованием - это, по сути, большой выпрямитель. Ток, потребляемый ИБП, не является синусоидальным. Это может привести к тому, что напряжение в сети переменного тока или от генератора также станет несинусоидальным. Таким образом, искажение напряжения может вызвать проблемы во всем электрическом оборудовании, подключенном к этому источнику питания, включая сам ИБП. Это также приведет к потере большего количества энергии в проводке, подающей питание на ИБП, из-за всплесков тока. Этот уровень «шума» измеряется как процент от «общего гармонического искажения тока » (THD I). Классические выпрямители ИБП имеют уровень THD I около 25–30%. Для уменьшения искажений напряжения требуется более толстая проводка сети или генераторы, которые в два раза больше, чем ИБП.

Существует несколько решений для уменьшения THD I в ИБП с двойным преобразованием:

Классические решения, такие как пассивные фильтры, снижают THD I до 5% –10% при полной нагрузке. Они надежны, но большие, работают только при полной нагрузке и создают свои проблемы при использовании в тандеме с генераторами.

Альтернативное решение - активный фильтр. Благодаря использованию такого устройства THD I может упасть до 5% во всем диапазоне мощностей. Новейшая технология в ИБП с двойным преобразованием - выпрямитель, в котором не используются классические компоненты выпрямителя (тиристоры и диоды), а используются высокочастотные компоненты. ИБП с двойным преобразованием и биполярным транзистором с изолированным затвором, выпрямителем и катушкой индуктивности может иметь THD I всего 2%. Это полностью исключает необходимость увеличения размера генератора (и трансформаторов) без дополнительных фильтров, инвестиционных затрат, потерь или места.

Связь

Управление питанием (PM) требует:

  1. ИБП сообщать о своем состоянии компьютеру, на котором он работает, через канал связи, такой как последовательный порт, Ethernet и Simple Network Management Protocol, GSM / GPRS или USB
  2. Подсистема в OS, которая обрабатывает сообщает и генерирует уведомления, события PM или команды на отключение. Некоторые производители ИБП публикуют свои протоколы связи, но другие производители (например, APC ) используют проприетарные протоколы.

Основные методы управления между компьютером и ИБП предназначены для передачи сигналов от одного компьютера к другому. от одного источника к одной цели. Например, один ИБП может подключаться к одному компьютеру для предоставления информации о состоянии ИБП и позволять компьютеру управлять ИБП. Точно так же протокол USB также предназначен для подключения одного компьютера к нескольким периферийным устройствам.

В некоторых ситуациях для одного большого ИБП полезно иметь возможность связываться с несколькими защищенными устройствами. Для традиционного последовательного управления или управления через USB может использоваться устройство репликации сигнала, которое, например, позволяет одному ИБП подключаться к пяти компьютерам с использованием последовательного или USB-соединения. Однако разделение обычно происходит только в одном направлении от ИБП к устройствам для предоставления информации о состоянии. Возврат управляющих сигналов может быть разрешен только от одной из защищенных систем к ИБП.

Поскольку с 1990-х годов широко используется Ethernet, управляющие сигналы теперь обычно передаются между одним ИБП и несколькими компьютерами с использованием стандартного Ethernet. методы передачи данных, такие как TCP / IP. Информация о состоянии и управлении обычно зашифрована, так что, например, посторонний хакер не может получить контроль над ИБП и дать команду на отключение.

Распространение данных о состоянии и управлении ИБП требует, чтобы все промежуточные устройства, такие как Ethernet Коммутаторы или последовательные мультиплексоры получают питание от одной или нескольких систем ИБП, чтобы сигналы ИБП доходили до целевых систем во время отключения электроэнергии. Чтобы избежать зависимости от инфраструктуры Ethernet, ИБП можно подключать напрямую к главному серверу управления, используя также канал GSM / GPRS. Пакеты данных SMS или GPRS, отправляемые от ИБП, запускают программное обеспечение, чтобы выключить ПК для снижения нагрузки.

Батареи

Батарейный шкаф

Существует три основных типа батарей ИБП: свинцово-кислотные с клапанным регулированием (VRLA), батареи с затопленными элементами или батареи VLA, литий-ионные батареи. Время работы ИБП с батарейным питанием зависит от типа и размера батарей, скорости разряда и эффективности инвертора. Общая емкость свинцово-кислотных аккумуляторов является функцией скорости их разряда, которая описывается как закон Пойкерта.

Производители предоставляют время автономной работы в минутах для комплектных ИБП. системы. Для более крупных систем (например, для центров обработки данных) требуется подробный расчет нагрузки, КПД инвертора и характеристик батареи для обеспечения требуемого срока службы.

Общие характеристики батареи и тестирование нагрузки

Когда Свинцово-кислотный аккумулятор заряжается или разряжается, это первоначально влияет только на реагирующие химические вещества, которые находятся на границе раздела между электродами и электролитом. Со временем заряд, накопленный в химических веществах на границе раздела, часто называемый «зарядом на границе раздела», распространяется за счет диффузии этих химических веществ по всему объему активного материала.

Если аккумулятор был полностью разряжен (например, автомобильные фары были оставлены включенными на ночь), а затем ему дается быстрая зарядка всего на несколько минут, то в течение короткого времени зарядки он развивает только заряд возле интерфейса.. Напряжение аккумулятора может возрасти до уровня, близкого к напряжению зарядного устройства, так что зарядный ток значительно снизится. Через несколько часов этот интерфейсный заряд не будет распространяться на объем электрода и электролита, что приведет к тому, что интерфейсный заряд станет настолько низким, что его будет недостаточно для запуска автомобиля.

Из-за интерфейсного заряда кратковременно ИБП Функции самотестирования, длящиеся всего несколько секунд, могут не точно отражать истинную продолжительность работы ИБП, и вместо этого требуется расширенная повторная калибровка или тест на остановку, который глубоко разряжает батарею.

Тестирование глубокого разряда само по себе наносит вред батареи из-за того, что химические вещества в разряженной батарее начинают кристаллизоваться в высокостабильные молекулярные формы, которые не будут повторно растворяться при перезарядке батареи, постоянно снижая емкость заряда. В свинцово-кислотных аккумуляторах это известно как сульфатирование, но также влияет на другие типы, такие как никель-кадмиевые батареи и литиевые батареи. Поэтому обычно рекомендуется проводить тесты на кратковременную остановку нечасто, например, каждые шесть месяцев до года.

Тестирование цепочек батарей / элементов

Много- киловатт Коммерческие системы ИБП с большими и легкодоступными батареями способны изолировать и тестировать отдельные элементы в цепочке батарей, которая состоит либо из блоков батарей с комбинированными элементами (например, свинцово-кислотных батарей на 12 В), либо из отдельных химических элементов, соединенных последовательно. Изоляция отдельной ячейки и установка перемычки вместо нее позволяет испытать одну батарею на разряд, в то время как остальная часть батареи остается заряженной и доступной для обеспечения защиты.

Также можно измерить электрические характеристики отдельных ячеек в цепочке батарей с использованием промежуточных сенсорных проводов, которые устанавливаются на каждом переходе между ячейками и контролируются как индивидуально, так и коллективно. Группы батарей также могут быть соединены последовательно-параллельно, например, два набора по 20 ячеек. В такой ситуации также необходимо контролировать ток между параллельными цепочками, так как ток может циркулировать между цепочками, чтобы уравновесить влияние слабых ячеек, мертвых ячеек с высоким сопротивлением или закороченных ячеек. Например, более сильные струны могут разряжаться через более слабые струны до тех пор, пока дисбалансы напряжений не выровняются, и это должно быть учтено при индивидуальных межэлементных измерениях в каждой струне.

Последовательно-параллельное взаимодействие батарей

Батарея Строки, соединенные в последовательно-параллельные, могут иметь необычные режимы отказа из-за взаимодействия между несколькими параллельными цепочками. Неисправные батареи в одной цепочке могут отрицательно повлиять на работу и срок службы исправных или новых батарей в других цепях. These issues also apply to other situations where series-parallel strings are used, not just in UPS systems but also in electric vehicle applications.

Consider a series-parallel battery arrangement with all good cells, and one becomes shorted or dead:

  • The failed cell will reduce the maximum developedнапряжение для всей последовательной цепочки, в которой она находится.
  • Другие последовательные цепочки, соединенные параллельно с поврежденной цепочкой, теперь будут разряжаться через поврежденную цепочку до тех пор, пока их напряжение не совпадет с напряжением поврежденной цепочки, что потенциально приведет к перезарядке и приведет к электролит кипение и выделение газа из оставшихся исправных ячеек в разрушенной колонне. Эти параллельные цепочки теперь никогда не могут быть полностью заряжены, так как повышенное напряжение будет уходить через цепочку, содержащую вышедшую из строя батарею.
  • Системы зарядки могут пытаться измерить емкость цепочки батарей путем измерения общего напряжения. Из-за общего истощения напряжения в цепочке из-за мертвых ячеек система зарядки может определить это как состояние разряда и будет постоянно пытаться заряжать последовательно-параллельные цепочки, что приводит к непрерывной перезарядке и повреждению всех элементов в ухудшенная последовательная цепочка, содержащая поврежденную батарею.
  • Если используются свинцово-кислотные батареи, все элементы в ранее исправных параллельных цепочках начнут сульфатироваться из-за невозможности их полной перезарядки, что приводит к необратимому повреждению емкости этих ячеек, даже если поврежденная ячейка в одной деградированной цепочке в конечном итоге будет обнаружена и заменена новой.

Единственный способ предотвратить эти тонкие последовательно-параллельные взаимодействия цепочек - это совсем не использовать параллельные цепочки и использовать отдельные контроллеры заряда и инверторы для отдельных последовательных цепочек.

Взаимодействие новых / старых батарей между сериями

Даже всего одна цепочка последовательно соединенных батарей может иметь неблагоприятное взаимодействие, если новые батареи смешивать со старыми. Старые батареи, как правило, имеют меньшую емкость, поэтому они разряжаются быстрее, чем новые, а также заряжаются до максимальной емкости быстрее, чем новые батареи.

По мере разряда смешанной цепочки новых и старых батарей напряжение в цепочке будет падать, и когда старые батареи разрядятся, новые батареи все еще будут иметь доступный заряд. Новые элементы могут продолжать разряжаться через остальную часть колонны, но из-за низкого напряжения этот поток энергии может оказаться бесполезным и может быть потрачен впустую в старых элементах в качестве нагрева сопротивлением.

Для элементов, которые должны работать в пределах определенного окна разряда, новые элементы с большей емкостью могут привести к тому, что старые элементы в последовательной цепочке будут продолжать разряжаться за пределами безопасного нижнего предела окна разряда, повреждая старые клетки.

При перезарядке старые элементы перезаряжаются быстрее, что приводит к быстрому повышению напряжения до почти полностью заряженного состояния, но до того, как новые элементы с большей емкостью полностью перезарядятся. Контроллер заряда определяет высокое напряжение почти полностью заряженной струны и снижает ток. Новые элементы с большей емкостью теперь заряжаются очень медленно, настолько медленно, что химические вещества могут начать кристаллизоваться до достижения полностью заряженного состояния, уменьшая емкость нового элемента в течение нескольких циклов зарядки / разрядки, пока их емкость не будет более близка к старым элементам в последовательной цепочке.

По этим причинам некоторые промышленные системы управления ИБП рекомендуют периодическую замену целых батарейных массивов, потенциально использующих сотни дорогих батарей, из-за этих разрушительных взаимодействий между новыми батареями и старыми батареями внутри и между последовательными и параллельными цепочками.

Стандарты

  • EN 62040-1: 2008 Системы бесперебойного питания (ИБП) - Часть 1: Общие требования и требования безопасности для ИБП
  • EN 62040-2: 2006 Системы бесперебойного питания (ИБП) - Часть 2: Требования к электромагнитной совместимости (ЭМС)
  • EN 62040-3: 2011 Системы бесперебойного питания (ИБП) - Часть 3: Метод определения характеристик и требований к испытаниям
  • EN 62040-4: 2013 Системы бесперебойного питания (ИБП) - Часть 4: Экологические аспекты - Требования и отчетность

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Источник бесперебойного питания.
Последняя правка сделана 2021-06-20 11:08:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте