Источники бесперебойного электропитания с микропроцессорным устройством контроля и управления

Шарафутдинов А. Кузнецов Е. Источники бесперебойного электропитания с микропроцессорным устройством контроля и управления // Вестник связи. 2003 . №11. C. 56-58

Источники бесперебойного питания постоянного тока (ИБЭП) предназначены для обеспечения непрерывной и устойчивой работы телекоммуникационных и промышленных систем.

ИБЭП позволяют защитить электронное оборудование от сбоев в питающей электросети, тем самым гарантируя надежную работу потребителя.

В условиях развития современных технологий обеспечение качества электроэнергии становится актуальной задачей. В большинстве случаев для чувствительных нагрузок, таких как современные системы контроля и управления производственными процессами, аппаратура связи, системы наблюдения и т. д., энергия низкого качества неприемлема.

Результаты исследований показывают, что электронное оборудование, подключенное к электрической сети, подвергается воздействию нештатных ситуаций с электропитанием до нескольких раз в сутки. Причем большая часть из них приходится на повышение и понижение питающего напряжения, отключение электроэнергии и импульсные помехи. Эти помехи потенциально опасны для ключевых точек производства: промышленного оборудования, аппаратуры в телекоммуникационных шкафах, измерительных приборов, систем безопасности и т. д. Поэтому обеспечению безопасности электропитания следует уделять максимальное внимание и необходимо выделять для этих целей необходимые средства.

Основная масса ИБЭП реализована на стандартных электронных компонентах. Однако неуклонное усложнение и удорожание современного оборудования предполагает ужесточения технических требований к ИБЭП. Источники бесперебойного электропитания подобного класса реализуются на базе микропроцессоров. Модульная архитектура ИБЭП с микропроцессорным управлением позволяет оптимизировать конфигурацию системы питания с индивидуальными требованиями заказчика и перспективой ее дальнейшего расширения.

ИБЭП "Источник" дают возможность программировать выходные напряжения и токи в широких пределах. Они состоят из: центрального контроллера ИБЭП с блоком управления и индикации, преобразователей напряжения стабилизирующих (ПНС AC/DC-выпрямители) от 1 до 64; инверторов (DC/AC) от 1 до 64; платы потребителей от 1 до 3; корпуса ИБЭП с элементами силовой коммутации; устройство управления магнитным пускателем от 1 до 12; аккумуляторных батарей (АБ1 и АБ2), работающих в буферном режиме.

Каждый узел содержит собственный контроллер. Основное управление и контроль в целом осуществляется контроллером ИБЭП по интерфейсу RS-485. Вся информация с периферийных контроллеров поступает на контроллер ИБЭП, где происходит обработка данных о состоянии отдельных узлов и дальнейшее управление.

Контроллер ИБЭП регулирует или устанавливает следующие параметры: нижний и верхний пороги срабатывания защиты по входному напряжению сети; выходное напряжение; нижний и верхний пороги срабатывания защиты по выходному напряжению ПНС; ток выходной и ограничения ПНС; выходную мощность ИБЭП; максимальный ток заряда АБ; максимальный ток разряда АБ; критическую температуру на электрорадиоэлементах; время и дату.

Контроллер ПНС осуществляет обмен информацией с контроллером ИБЭП и контроллерами других ПНС. Он позволяет изменять, измерять и записывать параметры ПНС (после ввода пароля): выходное напряжение и ток, пороги срабатывания защиты и т. п., а также выравнивать выходные токи включенных параллельно ПНС.

Каждый ПНС может комплектоваться индикаторами различных модификаций: цифроаналоговым жидкокристалическим или светодиодным.

Контроллер сети измеряет ее напряжение по трем фазам, длительность провала напряжения ниже 154 В, длительность превышения выше 286 В, частоту напряжения сети, коэффициент искажения синусоидальности фазных и межфазных напряжений, отключает ИБЭП при перенапряжении сети и передает всю информацию на контроллер ИБЭП.

Контроллер потребителя обеспечивает контроль состояния выходных автоматических выключателей, выходное состояние дополнительных контактов контакторов и управляет отключением контакторов потребителей (от 1 до 12 шт.), отключает ИБЭП при перенапряжении сети.

Оборудование, получающее электроэнергию от источников бесперебойного питания, не подвержено влиянию помех и сбоев первичной сети электропитания. В любом режиме работы ИБЭП "Источник" с микропроцессорным управлением синтезирует выходное постоянное напряжение любой полярности 12, 24, 48, 60 и 100В с суммарной нестабильностью 0,5 % и мощностью до 172800 Вт в зависимости от модификации.

Дополнительно ИБЭП может комплектоваться преобразователями DC/DC на постоянное напряжение любой полярности 24, 48 и 60В до 64 шт., которые можно подключать параллельно, а также инверторами на переменное напряжение 220В ? 1 %, частотой 50 Гц ? 1 %, и синусоидальностью формы (КНИ < 3 %).

Помехи, импульсы и переходные процессы в цепи питания нагрузки отсутствуют, искажения, вызываемые нагрузкой (например, с импульсным блоком питания), в электросеть не передаются.

При выходе любого из контролируемых параметров электросети за допустимые пределы ИБЭП отключает входные цепи и переходит в режим работы от аккумулятора. После восстановления нормальных параметров происходит возврат к питанию от сети. Каких-либо переходных процессов при этом в цепи питания нагрузки не происходит.

Применяются стандартные свинцово-кислотные необслуживаемые аккумуляторы сроком службы 5 ? 25 лет. Контроллер аккумулятора измеряет температуру на каждом элементе аккумуляторов и напряжение АБ1 и АБ2 и передает данные на контроллер ИБЭП. Последний постоянно отслеживает состояние двух групп аккумуляторов (до 200 шт. двухвольтовых элементов АБ), периодически производя измерение параметров, термокомпенсацию напряжения, контроль симметричности и включение режима "выравнивание". Если аккумулятор или отдельный элемент неисправен или изношен, пользователю выдается сигнал "заменить аккумулятор" или соответствующий элемент. Прецизионный контроль за состоянием и параметрами позволяет сохранить дорогостоящий аккумулятор.

Индикация параметров ИБЭП выводится на четырехстрочный (40 символов в каждой строке) индикатор. На нем отображаются данные и информация о режиме работы ИБЭП: входное сетевое напряжение, выходные напряжение и ток ПНС, температура силовых элементов, работа от сети или от батарей, а также уровень нагрузки, заряд батарей, температура, сообщения об ошибках и т. д.

Для сообщения о нештатных ситуациях применяется звуковая сигнализация. ИБЭП оснащаются портом RS-232 и RS-485 для подключения к компьютеру и имеют возможность установки SNMP-адаптера для стыковки с локальной сетью предприятия. Все ИБЭП "Источник" защищены плавкими предохранителями и автоматическими выключателями, защитой от короткого замыкания, перегрузки и перегрева. При отказе одного или нескольких ПНС имеется возможность подключения резервного. Системные шкафы, реализованные в формате 19", позволяют размещать дополнительное оборудование.

Источники бесперебойного питания обладают рядом достоинств:

- полнофункциональное управление, прецизионный контроль и индикация на базе встроенных микроконтроллеров,

- расширенный ряд выпрямителей 330,670,1675 и 2700 Вт;

- коррекция мощности, cosf ~ 1;

- высокий КПД 93 %;

- мягкая коммутация силовых элементов в выпрямителях, что обеспечивает низкий уровень электромагнитных помех;

- большой диапазон входного напряжения 154 ? 286В при полной выходной мощности;

- работа при входном напряжении от 90 до 154В с ограничением выходной мощности;

- стабилизация выходной мощности при выходных напряжениях ниже номинального, что позволяет обеспечить большой выходной ток выпрямителей.

В целом источники бесперебойного электропитания с микропроцессорным устройством контроля и управления привлекательны для потребителя во всем диапазоне мощностей и способны обеспечить безопасность электропитания аппаратуры любого класса, позволяя в каждом конкретном случае подобрать оптимальное устройство.

Опыт работы подобных систем, применяемых для питания систем связи на предприятиях России, позволяет рекомендовать их для обеспечения надежности электропитания ответственного оборудования.