Основные воздействующие параметры
Электронные устройства, которые питаются от сети переменного тока, подвергаются разным воздействиям от этой же сети. Стандарт описывающий электронную сеть в бытовом использовании определяет:
- Напряжение 220 В разрешимыми отклонениями от -15% до +10% (187 — 242 В)
- частота 50 ± 1 Гц
Основные факторы, которые воздействуют на устройства по электронной сети:
- Высоковольтные импульсные перенапряжения (surge) — В основном грозовые, длительностью до десятков микросекунд, а коммутационные сети длительностью до сотен миллисекунд. Грозовые перенапряжения могут достигать десятков киловольт, а коммутационные — единиц киловольт
- Кратковременные провалы, вызванные из-за соединения мощной нагрузки, и длительные понижения напряжения ниже 85% от номинала.
- Повышения напряжения выше 110% от номинала, кратковременные или длительные.
- Пропадания напряжения более чем на два полупериода частоты
- Отклонения частоты питающей сети от номинала 50/60 Гц
- Радиочастотные шумы от других устройств а также помехи от импульсных блоков питания
- Гармнонические искажения питающего напряжения
Средства улучшения качества
Эти факторы могут приводить к сбоям или самопроизвольному отключению или перезапуску устройств. Множество блоков питания реализованы через импульсный преобразователь с бестрансформаторным входом, к отклонениям формы напряжения или частоты они почти нечувствительны. Последствия могут быть печальные, к примеру потеря данных на диске сервера. Для защиты от сетевых фактором существует целый ряд мер.
- Сетевой LC-фильтр задерживает высокочастотные помехи.
- Ограничитель перенапряжений (surge protector) избавляет высоковольтные выбросы, от коротких и длинных. Энергия импульсов перенапряжений впитается полупроводниковым варистором. Также он может спасать от длительных повышений напряжения в сети, из-за перекоса фаз.
На рис.1 видна схема фильтра, которая комбинированна с ограничителем перенапряжений.
Рисунок — 1
Грубо говоря, для полной защиты одного варистора недостаточно. Для показанного на рисунке однофазного фильтра не помешает парочка варисторов — между нулем и землей, и между фазой и землей.
Стабилизатор напряжения (феррорезонансный или электронный) — стабилизирует выходное напряжение при не сильных изменениях входного. При резких изменениях напряжения, феррорезонансных стабилизаторы могут не справиться.
Источник бесперебойного питания ИБП (UPS) — они состоят из аккумуляторной батареи, инвертор и выпрямитель входного напряжения. Инвертор реализует нагрузку напряжения переменного тока. ИБП делятся на классы:
- Off-Line UPS (рис.2.а) при нормальной работы сети получает нагрузку от нее, а выпрямитель реализует подзарядку аккумулятора. При отсутствии входного напряжения включается инвертор. Нагрузка переходит на него всего за несколько миллисекунд.
- UPS Line-Interactive имеет такой же принцип работы как предыдущий ИБП, однако имеет дополнительную функцию ступенчатой стабилизации при длительных падениях входного напряжения с помощью бустера. Бустер работает из-за перекомутации первичных обмоток входного трансформатора
- On-Line UPS (рис.2.б) — имеет отличные характеристики. В таких ИБП питания поступает всегда от инвертора. Инвертор имеет напряжения от сетевого выпрямители или аккумулятора. Такая структура реализует высокую стабильность выходного напряжения. Также для такой структуры естественна гальваническая развязка выхода и входа.
Рисунок — 2, а — класса Off-line, б — класса On-line
ИБП имеют много характеристик, которые могут быть полезные:
- Выходная мощность — измеряется в вольт-амерах. Она должна быть не меньшая, чем сумма мощностей, которые потребляют подключенные устройства. Также нужно принимать во внимание пиковую мощность. К примеру лазерные принтеры при включении имеют пиковую мощность в несколько раз большую чем средняя. Их не подключают к ИБП.
- Число фаз выходного и входного напряжения. Как правило, источники небольшой мощности (до единиц кВА) однофазные. Более мощные источники могут содержать трехфазный вход. Если входные цепи нагружают сеть по структуре треугольника ( а не звезды), то решается проблема симметрирования нагрузки фаз и перегрузки нулевого провода.
- Качество инвертора определяется формой выходного напряжения. Идеальная форма — синусоидальная. Коэффициент гармоник выходного напряжения у нормальных моделей не больше 3%, у простых моделях генерируется меандр, который сглаживается фильтром нижних частот.
- Порог переключения — уровень напряжения, при котором реализуется переход на резервное питания
- Время переключения на резервное питания (1 — 10 мс), влияет на стабильность работы подключаемых устройств.
- Время работы от резервного источника, зависит от емкости батареи.
- Холодный запуск, запуск питания при отсутствии входного напряжения. Если блок не имеет такой возможности, то нужно будет идти прикуривать к действующей сети
Современные модели ИБП имеют микроконтролер, что дает реализовывать ряд услуг, если ИБП подключен к разного рода системам, к примеру к компьютеру через USB.
- Телеметрия. Данные о состоянии сети, батареи и тд
- Телеуправления. Двунаправленный интерфейс разрешает управлять ИБП через систему
- Планирование выключения и включения
Возможности взаимодействия системы и ИБП определяется ПО. Существуют ряд предложений:
- ПО PowerChute для Smart UPS
- OnliNet Basic для UPS EXIDE
Самая простое ПО для ИБП должно реализовывать оповещения о пропажи напряжения в сети и реализовать принудительное завершение работы приложений и ОС, если аккумулятор вот вот сядет. С помощью дискретных выходных сигналах ИБП и параметрами указанными в настройках ИБП, ПО может с определенной вероятностью показать состояние батареи. Многие модели UPS имеют разъем DB9, который используется интерфейсом RS-232. На рис.3 показана схема подключения кабелей UPS Fiskars и Smart UPS фирмы PAC к COM-порту.
Рисунок — 3
Некоторое коммуникационное оборудования тоже имеет специфику защиты от пропадания питания. UPS можно реализовывать как аварийное питания для нормального завершения работы сервера и приложений.
Оригинал статьи размещён здесь: http://infoprotect.net/protect_pk/Metodyi_uluchsheniya_kachestva_yelektropitaniya