УБП переменного тока

В зависимости от принципа действия их делят на два класса:

– с гальванической связью первичной сети и нагрузки (off-line)

– с гальванической развязкой сети и нагрузки (on-line)

В УБП первого класса АБ подключается лишь на время выхода параметров сети за допустимые границы.

В УБП второго класса АБ постоянно подключена к нагрузке через инвертор (буферный режим).

Рассмотрим типовые структурные схемы УБП этих классов.

На рисунке 1.11 приведена обобщённая схема УБП первого класса(off-line).

Рисунок 1.11 – Схема УБП первого класса

На рисунке обозначено:

Ф1 – фильтр для защиты от промышленных помех и перенапряжений от грозовых разрядов,

Ф2 – ФНЧ для улучшения гармонического состава сетевого напряжения,

В – выпрямитель, построенный по классической схеме или с бестрансформаторным входом.

И – инвертор с гармоническим выходным напряжением,

Кл – ключ, который при выходе сети за допустимые пределы подключает нагрузку к инвертору.

УБП первого класса наиболее просты, относительно дешевы, так как нет стабилизации. КПД порядка 97…99% . Это наиболее массовый тип УБП.

УБП второго класса имеют более высокие электрические показатели. Они безопаснее, поскольку нет гальванической связи сети и нагрузки, выше стабильность, но схема сложнее и стоимость больше, чем УБП первого класса. Основная схема УБП второго класса приведена на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 – Схема УБП второго класса

В этой схеме АБ постоянно подключена к нагрузке (буферный режим), поэтому качество выходного напряжения выше, чем в УБП первого класса, хотя КПД ниже.

В последние годы появилось много новых модификаций УБП [27,29,30], но все они в той или иной степени относятся к одному из двух классов. Например, такие УБП [8]:

1) line-interactive – это УБП первого класса, но добавлен ступенчатый (грубый) стабилизатор сетевого напряжения (например, автотрансформатор с переключением витков), иногда его называют бустером.

2) by-pass – это УБП второго класса с параллельным (обводным) каналом сети. Параллельный канал позволяет производить ремонт УБП в “горячем” режиме (рисунок 1.13).

Рисунок 1.13 – Схема УБП с параллельным каналом

3) ferrUPS – это УБП второго класса, на входе которого установлен феррорезонансный стабилизатор. Он хорошо защищает от промышленных помех, имеет существенно более высокую надёжность и высокое качество выходного напряжения.

4) triple-conversion – это УБП второго класса с дополнительным стабилизирующим ШИМ–конвертором (тройное преобразование напряжения). Его схема приведена на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 – Схема УБП с тройным преобразованием

Тройное преобразование может показаться бессмысленным, но выполнить стабилизированный инвертор сложнее, чем стабилизированный конвертор. Несмотря на усложнение схемы, получается выигрыш по КПД. Обычно на входе устанавливают ККМ – корректор коэффициента мощности ( корректор входного импеданса – КВИ), который обеспечивает нулевой фазовый сдвиг между напряжением и потребляемым от сети током при гармонической форме последнего.

5) УБП с дельта-преобразованием.

Этот УБП второго класса, фактически, обеспечивает вольтодобавку на переменном токе, а вольтодобавочные схемы имеют высокое значение КПД. Структурная схема УБП с дельта-преобразованием приведена на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 – Структурная схема УБП с дельта-преобразованием

Инверторы выполнены по специальной, четырёхквадрантной схеме. Они, в зависимости от состояния магистрали, принимают на себя функции инвертора или выпрямителя.

Если входное напряжение ниже минимально допустимого значения, то 2 работает как инвертор, добавляя недостающую часть напряжения к входному, а 1 работает как выпрямитель. Если входное напряжение выше максимально допустимого значения, то 2 работает как выпрямитель, а 1 работает как инвертор и, в дельта-трансформаторе, эта часть напряжения вычитается из входного. Преобразуется только часть электроэнергии, которая необходима для получения на нагрузке качественных параметров. Так, при отклонении +15% двойному преобразованию подвергается только 15% энергии, поэтому общие потери меньше, а КПД получается высоким.

При отсутствии сети основной инвертор (2) питается от АБ и схема работает как обычная с двойным преобразованием.

Достоинства: высокий КПД (до 97%) в широком диапазоне нагрузок; коэффициент мощности 0,95… 1; не создаёт обратной помехи в сеть.

В настоящее время использование трёх последних типов УБП – главные направления в их развитии.

Таким образом, УБП представляет собой полную электропитающую установку, собранную в одном шкафу, которая содержит:

– устройства ввода переменного тока (1 или 2),

– рабочие выпрямители,

– выпрямители содержания,

– устройства защиты АБ от коротких замыканий и глубоких разрядов,

– устройства контроля и автоматики.

УБП выпускаются как отечественной, так и зарубежной промышленностью на широкий диапазон мощностей ( сотни киловатт) [10,26].