Апроксимоване синусоїда в джерелах безперебійного електроживлення

Апроксимоване синусоїда являє собою форму 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 апроксимована синусоїда, присутній на виході більшості застосовуваних джерел безперебійного живлення (ДБЖ).

Призначення джерел безперебійного живлення

Основним завданням ДБЖ є збереження живлячої споживачів змінного напруги при його раптовому зникненні в мережі. Вони не виконують функцію стабілізації напруги мережі, а є аварійними джерелами напруги змінного струму з апроксимована синусоїда. Бесперебойники не призначені для тривалої роботи підключеного до них устаткування у випадку аварії на лініях напруги.

ДБЖ повинні забезпечити роботу споживачів протягом часу, достатній для завершення процесів, які не можна переривати раптово. Під час роботи ДБЖ з апроксимована синусоїда 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 англійської позначення ДБЖ.

Класифікація джерел

Залежно від вимог, що пред'являються до якості напруги змінного 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 відхилення від номінального значення, і переходять у режим аварійного джерела живлення з апроксимована синусоїда при його повному зникненні;
  • on-line, або ДБЖ з подвійним перетворенням електричної енергії, що забезпечують підключене навантаження стабілізованою мережевим напругою при значних перепадах і виконують функції аварійного джерела при повному його вимиканні.

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 апроксимована синусоїда, 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 живильної мережі. У разі короткочасного зникнення напруги на вході ДБЖ комутуючі пристрій переводить харчування 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 поступає для харчування навантаження. Для підзарядки акумуляторної батареї (АКБ) служить випрямляч напруги зовнішньої мережі. Для її захисту від високочастотних перешкод, що виникають при роботі імпульсного інвертора, в ДБЖ передбачений фільтр. Його елементи також захищають пристрою навантаження від короткочасних стрибків перевищення 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. Переключення його обмоток проводиться автоматично в залежності від величини напруги. При його збільшенні або зменшенні змінна напруга на його виході зберігає номінальне значення 220 В. Автотрансформатор найбільш поширених ДБЖ цього виду здійснює регулювання у діапазоні (150-270) До зміни зовнішньої напруги живильної мережі.

Перемикання контактора та перехід на аварійний режим живлення навантаження модифікована синусоїда відбувається при надмірному зміні напруги, що виходять за діапазон регулювання. Точність регулювання визначається числом відводів (ступенів) автотрансформатора. В аварійному режимі живлення пристроїв навантаження змінним напругою апроксимована синусоїда 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 аппроксимированную синусоїду вихідної змінної напруги, що наближається за формою до чистого пазухи. Мережеве напруга, перетворене в постійну напругу випрямлячем, потім зазнає зворотне перетворення інвертором в змінну напругу, яка використовується для живлення навантаження.

Вбудований акумулятор заряджається постійним струмом випрямляча і включається в роботу в аварійному режимі. Накопичена їм енергія постійного струму перетворюється інвертором у вихідна змінна напруга, що живить обладнання навантаження. Схема джерела такого виду допускає підключення додаткової зовнішньої АКБ для ДБЖ.

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

Технічні характеристики ДБЖ

Вибір ДБЖ проводиться на основі його технічних характеристик. До технічним характеристикам, що визначає якість виконання вимог, що пред'являються до виробів цього призначення належать:

  • потужність на виході джерела з підключеним навантаженням, вимірювана в вольт-амперах (ВА) або ватах (Вт);
  • діапазон вихідної напруги з підключеним навантаженням, що вимірюється у вольтах (V);
  • час перемикання, що визначає час переходу живлення навантаження в резервному режимі від АКБ, вимірюється в мілісекундах (ms);
  • діапазон вхідної напруги, в межах якого ДБЖ здатний стабілізувати вихідна напруги 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 режимі резервному живлення від АКБ при підключеній навантаженні, яке визначається електричною ємністю внутрішнього акумулятора;
  • термін служби власних АКБ, залежить від технології їх виготовлення.

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

Області 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 побутових опалювальних котлів). Кожна з існуючих схем безперебійних джерел живлення розрахована на певне коло споживачів з урахуванням своїх переваг і недоліків.

Висновок

У статті подано короткий 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 у 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.