
Телекоммуникационные системы и сети. Структура и основные функции. Том 1 / Содержание / Раздел 13. Электропитание телекоммуникационных систем связи / Тема 13.5. Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Раздел 1. Основы построения телекоммуникационных систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Общая архитектура и задачи телекоммуникационных систем
- Тема 1.3. Классификация сетей, клиентов, операторов и услуг связи
- Тема 1.4. Краткая характеристика существующих телекоммуникационных технологий
- Тема 1.5. Требования к современным и перспективным ТКС
- Тема 1.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 2. Сети связи последующего поколения: архитектура, основные характеристики и услуги
- Тема 2.1. Определение и характеристика основных возможностей NGN
- Тема 2.2. Инфокоммуникационные услуги. Особенности услуг связи следующего поколения
- Тема 2.3. Многоуровневая архитектура и функциональный состав NGN
- Тема 2.4. Перспективы концепции NGN
- Тема 2.5. Контрольные вопросы и задания
- [→] Раздел 3. Стандартизация сетевых протоколов и телекоммуникационного оборудования
- Тема 3.1. Открытые системы и их взаимодействие
- Тема 3.2. Основные организации по стандартизации сетевых решений
- [→] Тема 3.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- 3.3.1. Многоуровневый подход и декомпозиция задачи сетевого взаимодействия
- 3.3.2. Интерфейс, протокол, стек протоколов
- 3.3.3. Общая характеристика модели OSI
- 3.3.4. Физический уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.5. Канальный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.6. Сетевой уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.7. Транспортный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.8. Сеансовый уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.9. Представительский уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.10. Прикладной уровень. Функции и примеры протоколов
- [→] 3.3.11. Деление ЭМВОС на сетенезависимые и сетезависимые уровни
- Тема 3.4. Стандартные стеки сетевых протоколов
- 3.4.1. Стек протоколов OSI
- 3.4.2. Стек протоколов TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколов IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколов NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколов технологии Х.25
- 3.4.6. Стек протоколов технологии Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколов технологии B-ISDN и АТМ
- 3.4.8. Семейство протоколов DECnet
- 3.4.9. Сетевая модель DoD
- 3.4.10. Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI
- 3.4.11. Стек протоколов сетей следующего поколения
- Тема 3.5. Стандартизация сетевого оборудования
- Тема 3.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 4. Линии связи
- Тема 4.1. Физические параметры среды распространения электромагнитных волн
- Тема 4.2. Общие сведения о линиях связи
- Тема 4.3. Основные свойства кабельных линий связи
- Тема 4.4. Линии связи на основе медных кабелей
- Тема 4.5. Теория волоконных световодов
- Тема 4.6. Свойства неоднородных линий
- Тема 4.7. Конструкции кабелей связи
- Тема 4.8. Электромагнитные влияния в линиях связи
- Тема 4.9. Структурированные кабельные системы
- Тема 4.10. Атмосферная лазерная связь
- Тема 4.11. Особенности радиолиний, радиорелейных и спутниковых линий связи
- 4.11.1. Общие принципы построения радиолиний связи
- 4.11.2. Распространение радиоволн в радиолиниях связи
- 4.11.3. Особенности распространения радиоволн в радиорелейных линиях связи
- 4.11.4. Особенности распространения радиоволн в спутниковых линиях связи
- 4.11.5. Особенности построения радиолиний связи
- 4.11.6. Общие характеристики построения спутниковых линий связи
- 4.11.7. Зоны видимости для систем спутниковой связи
- 4.11.8. Статистическая структура сигналов СЛС
- 4.11.9. Основные составляющие систем спутниковой связи
- 4.11.10. Методы организации спутниковой связи
- 4.11.11. Обоснование выбора параметров аппаратуры при проектировании радиорелейных линий
- 4.11.12. Выбор энергетических характеристик радиорелейных линий
- 4.11.13. Устойчивость функционирования радиорелейных линий
- Тема 4.12. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 5. Способы формирования групповых сигналов
- Тема 5.1. Краткая характеристика способов формирования групповых сигналов
- Тема 5.2. Способы формирования аналоговых групповых сигналов
- Тема 5.3. Способы формирования цифровых групповых сигналов
- Тема 5.4. Объединение синхронных цифровых потоков
- Тема 5.5. Объединение асинхронных цифровых потоков
- Тема 5.6. Объединение низкоскоростных потоков
- Тема 5.7. Кодовое уплотнение сигналов
- Тема 5.8. Виды сигналов в системах с кодовым разделением
- Тема 5.9. Технология спектрального уплотнения
- Тема 5.10. Формирование группового сигнала с использованием IP-технологий
- Тема 5.11. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 6. Методы доступа
- Тема 6.1. Общая характеристика методов доступа
- Тема 6.2. Методы решения конфликтов в алгоритмах доступа
- Тема 6.3. Модели и архитектура сети доступа
- Тема 6.4. Оптические технологии в сети доступа
- Тема 6.5. Методы использования физических ресурсов в сетях доступа
- Тема 6.6. Особенности использования пространственно-поляризационных параметров при радиодоступе
- Тема 6.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 7. Методы распределения информации
- Тема 7.1. Общие положения
- Тема 7.2. Системы распределения в сетях следующего поколения
- Тема 7.3. Системы коммутации каналов
- 7.3.1. Требования к системам коммутации ISDN
- 7.3.2. Структура узла коммутации каналов ISDN
- Принцип работы цифрового коммутационного поля типа ПВП
- 7.3.4. Общие требования к коммутационным системам в Ш-ЦСИО
- 7.3.5. Выбор коммутационной технологии для Ш-ЦСИО
- 7.3.6. Системы коммутации для АТМ
- 7.3.7. Архитектура и характеристики коммутационных систем на базе быстрой коммутации пакетов (БКП)
- Тема 7.4. Коммутационные системы в NGN
- Тема 7.5. Системы коммутации Ш-ЦСИО на базе асинхронного режима доставки (АТМ)
- Тема 7.6. Пропускная способность систем распределения информации
- 7.6.1. Основные положения пропускной способности систем распределения информации
- 7.6.2. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями простейшего потока вызовов
- 7.6.3. Пропускная способность полнодоступного пучка с потерями примитивного потока вызовов (потока ВОЧИ)
- 7.6.4. Расчет вероятности условных потерь и среднего времени ожидания при случайной продолжительности обслуживания
- 7.6.5. Поток с повторными вызовами
- Тема 7.7. Способы распределения нагрузки в сетях связи
- Тема 7.8. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 8. Системы синхронизации
- Тема 8.1. Виды синхронизации, их роль, место и задачи в современных цифровых системах связи
- Тема 8.2. Фазовая (частотная) синхронизация
- Тема 8.3. Тактовая (символьная) синхронизация
- Тема 8.4. Джиттер и вандер цифровых сигналов
- Тема 8.5. Цикловая (кадровая) синхронизация
- Тема 8.6. Сетевая синхронизация цифровой связи
- Тема 8.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 9. Системы сигнализации
- Тема 9.1. Виды и состав сигналов
- Тема 9.2. Классификация протоколов сигнализации
- Тема 9.3. Внутрисистемная сигнализация в ЦСК
- Тема 9.4. Особенности сигнализации в стыках V.5
- Тема 9.5. Абонентская сигнализация
- Тема 9.6. Оборудование сигнализации современных ЦСК
- Тема 9.7. Специфические особенности украинских систем сигнализации
- Тема 9.8. Методология спецификации и описания систем сигнализации
- Тема 9.9. Цифровая многочастотная сигнализация R2D
- Тема 9.10. Общеканальная система сигнализации № 7
- Тема 9.11. Сигнализация DSS1
- Тема 9.12. Сигнализация в корпоративных сетях
- Тема 9.13. Сигнализация в сетях с коммутацией пакетов
- Тема 9.14. Сигнализация в сетях B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигнализация в сети ІР-телефонии
- Тема 9.16. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 10. Технологии и протоколы управления в ТКС
- Тема 10.1. Содержание задач управления в сетях следующего поколения
- Тема 10.2. Подсистема управления услугами
- Тема 10.3. Подсистема контроля и управления сетью
- Тема 10.4. Подсистема сетевого управления на уровнях транспорта и доступа
- 10.4.1. Базовая архитектура управления на уровнях транспорта и доступа ТКС
- 10.4.2. Классификация и маркировка пакетов трафика
- 10.4.3. Управление интенсивностью трафика
- 10.4.4. Управление очередями на сетевых узлах
- 10.4.5. Маршрутизация: цели, основные задачи и протоколы
- 10.4.6. Сигнальные протоколы резервирования сетевых ресурсов
- 10.4.7. Функции управления канального уровня относительно обеспечения QoS
- 10.4.8. Уровни качества обслуживания и соответствующие им модели обслуживания
- Тема 10.5. Перспективы развития технологий сетевого управления
- Тема 10.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 11. Конвергенция в телекоммуникационных системах
- Тема 11.1. Конвергенция в ТКС: история, цели и задачи
- Тема 11.2. Виды конвергенции
- Тема 11.3. Примеры решений относительно конвергенции в системах телекоммуникаций
- Тема 11.4. Качество конвергентных услуг
- Тема 11.5. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 12. Методы обеспечения информационной безопасности объектов телекоммуникационной системы
- Тема 12.1. Основные термины и понятия в сфере информационной безопасности
- Тема 12.2. Основные подходы к обеспечению информационной безопасности
- Тема 12.3. Криптографическая защита информации
- Тема 12.4. Использование механизма электронной цифровой подписи
- Тема 12.5. Техническая защита информации
- Тема 12.6. Контрольные вопросы и задания
13.5.2. Энергетические показатели ИБП переменного тока
Основні поняття та співвідношення
Енергетичні показники джерел безперебійного живлення (ДБЖ) характеризують ефективність використання, ефективність споживання електричної енергії, навантажувальні й перевантажувальні характеристики системи.
Коефіцієнт корисної дії (ККД) характеризує ефективність використання обладнання й характеризується відношенням вихідної активної потужності до вхідної
![]() | (13.5.1) |
Теплові втрати — активна потужність, що розсіюється обладнанням
ΔP = (1 – η)Pвх. | (13.5.2) |
Повна потужність (S) характеризує величину завантаженості мережі обладнанням, дорівнює добутку діючих значень напруги й струму
S = UI(Вт), | (13.5.3) |
і визначається трьома складовими потужності
![]() | (13.5.4) |
де P — активна потужність (Вт); Q — реактивна потужність (В · А); T — потужність спотворень (В · А). Для лінійних навантажень T = 0.
Коефіцієнт потужності (Kp) характеризує ефективність споживання енергії й являє собою відношення активної потужності до повної
![]() | (13.5.5) |
де φ1 — фазовий зсув між першими гармоніками напруги й струму; Kни — коефіцієнт нелінійності
![]() | (13.5.6) |
де I1 — діюче значення першої (основної) гармоніки струму; I — діюче значення несинусоїдального періодичного струму
![]() | (13.5.7) |
де: In — діюче значення «n»-гармоніки струму; n — порядок вищої гармоніки струму.
Енергетичний коефіцієнт — узагальнений показник ефективності обладнання
Ke = ηKp. | (13.5.8) |
Коефіцієнт спотворення синусоїдальності характеризує ступінь відхилення форми періодичної кривої струму від синусоїдальної
![]() | (13.5.9) |
Без урахування гармонійних складових, значення яких менше 0,1 %, допускається розрахунок коефіцієнта спотворень за таким співвідношенням:
![]() | (13.5.10) |
Коефіцієнт нелінійності, що впливає на значення коефіцієнта потужності, може бути поданий за допомогою коефіцієнтів спотворень синусоїдальності
![]() | (13.5.11) |
Коефіцієнт амплітуди (крос-фактор) є відношенням амплітудного (пікового) значення струму до діючого
![]() | (13.5.12) |
Для синусоїдальної форми струму маємо , а для несинусоїдальної —
.
Коефіцієнт навантаження — повна потужність навантаження, віднесена до номінальної потужності обладнання
![]() | (13.5.13) |
Коефіцієнт передачі повної потужності в навантаження — відношення гранично припустимої потужності навантаження до номінальної повної потужності обладнання
![]() | (13.5.14) |
Навантажувальна характеристика — залежність коефіцієнта передачі повної потужності від значення коефіцієнта потужності навантаження:
Ks = f(Kpн) | (13.5.15) |
Зовнішня характеристика — залежність вихідної напруги від коефіцієнта навантаження при номінальній вхідній напрузі й заданому коефіцієнті потужності навантаження.
Перевантажувальна характеристика — це часово-струмова залежність, що визначає здатність ДБЖ витримувати перевантаження протягом певного часу.
Струм короткого замикання інвертора Iкз — здатність інвертора при його зовнішньому короткому замиканні віддавати струм, кратний номінальному значенню вихідного струму, протягом певного часу. Відповідно до ДСТУ 27699—88 інвертор має забезпечити Iкз = 2 × Iном протягом 0,1 с.
Розглянемо особливості зазначених характеристик і показники ефективності на прикладі ДБЖ, виконаного за топологією подвійного перетворення енергії, структурну схему якого зображено на рис. 13.5.8. Три основні кола перетворення енергії від зовнішніх джерел до навантаження:
- коло подвійного перетворення енергії від мережі (U1);
- коло BYPASS, що забезпечує пряму передачу енергії від допоміжного джерела змінного струму до навантаження (U2);
- коло перетворення енергії джерела постійного струму — акумуляторної батареї (U3).
Передача енергії в навантаження одночасно дозволена тільки по одному із входів ДБЖ.
Рис. 13.5.8. Структурна схема ДБЖ із подвійним перетворенням:
В-ККП — випрямляч і коректор коефіцієнта потужності, ІНВ — інвертор, ППН — перетворювач постійної напруги
Залежно від потужності ДБЖ, у його складі може бути перетворювач постійної напруги ППН1 або ППН2.
Призначення ППН у структурі ДБЖ — піднімати до певного рівня напругу від акумуляторної батареї (ППН1) і стабілізувати напругу живлення інвертора, одночасно виконуючи функцію ККП (ППН2).
На рис. 13.5.8 не позначено зарядний пристрій (ЗП). Останній може бути реалізований модулем AC/DC, підключеним до входу U1, або модулем DC/DC, підключеним до шини живлення інвертора, або використаний заряд акумуляторної батареї (АБ) безпосередньо від силового випрямляча ДБЖ.
Для узагальнення аналізу енергетичних показників при розмаїтості схемотехнічних рішень реалізації ДБЖ скористаємося його математичною моделлю у вигляді багатополюсника (рис. 13.5.9), властивості якого описуються сімейством характеристик: вихідних, вхідних і перехідних (системних).
Рис. 13.5.9. Подання ДБЖ багатополюсником
Входи 1—1′, 2—2′ і вихід 4—4′ можуть бути однофазними або трифазними, в залежності від фазності ДБЖ. Для ДБЖ 1/1 (однофазний вхід — однофазний вихід) входи й вихід — однофазні. Для ДБЖ 3/1 (трифазний вхід — однофазний вихід) вхід 1—1′ — трифазний, вхід 2—2′ і вихід — однофазні. Для ДБЖ 3/3 (трифазний вхід — трифазний вихід) усі входи й вихід — трифазні.
Входи 1—1′, 2—2′ можуть живитися від загальної мережі або від двох незалежних джерел змінного струму. Вхід 1—1′ і вихід 4—4′ необоротні, що унеможливлює режим рекуперації енергії з навантаження в мережу. Коефіцієнти потужності по входу й виходу в загальному випадку різні.
Вхід 2—2′ і вихід 4—4′ — оборотні, оскільки коло Bypass являє собою двонапрямлений зв’язок джерела з навантаженням, що дозволяє реалізовувати режим рекуперації енергії.
Вхід 3—3′ (АБ) використовується тільки при неприпустимих відхиленнях напруг на входах 1—1′ і 2—2′.
Вихідні характеристики ДБЖ
Номінальна повна вихідна потужність (Sвих. ном) — гранична повна потужність, яку інвертор може віддати в лінійне навантаження з коефіцієнтом потужності (Kpн), який дорівнює вихідному коефіцієнту потужності ДБЖ (Kpвих) за стандартних умов експлуатації ДБЖ. Найпоширеніший ряд номінальних потужностей ДБЖ з подвійним перетворенням енергії є таким:
- для однофазних ДБЖ: 1, (1,5) 3, 6, 10, (15) кВт;
- для ДБЖ із трифазним входом й однофазним виходом: 10, 15, 20 кВт;
- для трифазних ДБЖ: 10, (15), 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800 кВт.
Вихідний коефіцієнт потужності (Kpвих), зазначений виробником, відповідає тому значенню коефіцієнта потужності навантаження, за якого забезпечується максимальна ефективність споживання навантаженням електроенергії від ДБЖ.
Значення Kpвих для сучасних ДБЖ із подвійним перетворенням прийняті в діапазоні від 0,7 (для ДБЖ потужністю до 10—20 кВт) до 0,8 (для ДБЖ 30 кВт і більше).
Номінальна активна вихідна потужність (Pвих. ном) — максимальна активна потужність, що передається в навантаження
Pвих. ном = KpвихSвих. ном. | (13.5.16) |
Зовнішня характеристика відображає точність стабілізації вихідної напруги ДБЖ. Характер зовнішньої характеристики визначається внутрішнім опором силового кола, який включає випрямляч, коректор коефіцієнта потужності, перетворювач постійної напруги й інвертор. Однак, у зв’язку зі стабілізуючими властивостями ККП — ППН, які забезпечують стабільну напругу живлення інвертора, можна вважати, що основним параметром, що визначає зовнішню характеристику ДБЖ, є вихідний опір інвертора. Сучасні інвертори на IGBT-транзисторах із широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) вихідної напруги мають низьке значення внутрішнього опору. Порівняно з силовими трансформаторами, інвертор має внутрішній опір в 5 разів менше, що забезпечує не тільки високу точність стабілізації вихідної напруги 1—2 %, але й низькі значення коефіцієнта спотворення синусоїдальности вихідної напруги (менш 3 %) при струмах у нелінійних навантаженнях з коефіцієнтом амплітуди до 3.
Навантажувальна характеристика — це нелінійна залежність коефіцієнта передачі повної потужності від коефіцієнта потужності навантаження. Коефіцієнт передачі повної потужності в навантаження досягає 100 %, коли коефіцієнт потужності лінійного навантаження індуктивного характеру збігається з вихідним коефіцієнтом потужності ДБЖ.
На рис. 13.5.10 зображено навантажувальні характеристики при різних типах лінійного навантаження RL, RC і нелінійного навантаження RCD. При суто активному навантаженні коефіцієнт передачі потужності відповідає значенню Kpвих 100 %.
Рис. 13.5.10. Навантажувальні характеристики ДБЖ
При нелінійному навантаженні коефіцієнт передачі потужності знижується. Найпоширеніші однофазні нелінійні навантаження типу RCD — некеровані випрямлячі з ємнісним фільтром. Коефіцієнт амплітуди струму такого навантаження досягає 2,5—3 при коефіцієнті потужності 0,7—0,6.
На рис. 13.5.11 зображено залежності коефіцієнта потужності й коефіцієнта амплітуди RCD-навантаження у функції тривалості імпульсу струму на напівперіоді вихідної напруги.
Рис. 13.5.11. Залежності Kp і Ka від тривалості імпульсу струму в RCD-навантаженні
При роботі ДБЖ на різнотипні навантаження за еквівалентне нелінійне навантаження приймають суму навантажень: 50 % — RL-лінійне навантаження із Kpн = 0,8 s 50 % — RCD-навантаження — некерований випрямляч із ємністю фільтра 2,5 мкф/Вт. Коефіцієнт передачі потужності в нелінійне навантаження при струмі з коефіцієнтом амплітуди Ka = 3 не перевищує значення Ks = 70—80 %.
Перевантажувальні характеристики ДБЖ і струм короткого замикання інвертора
Розрізняють перевантажувальні здатності інвертора й кола Bypass. При значних і тривалих перевантаженнях ДБЖ переходить у режим автоматичного Bypass, який відрізняється великою перевантажувальною здатністю. Однак сучасні інвертори на IGBT-транзисторах із ШІМ-регулюванням так само мають досить високі перевантажувальні характеристики й значення струмів короткого замикання (Iкз), які досягають 300 % номінального вихідного струму. При перевантаженнях, що не перевищують 5—10 % номінальної потужності, ДБЖ можуть працювати в інверторному режимі тривалий час, не переходячи в режим автоматичного Bypass. На рис. 13.5.12 наведено типові перевантажувальні характеристики ДБЖ. Слід мати на увазі, що кількісні показники наведених часово-струмових залежностей можуть відрізнятися для різних моделей ДБЖ різних виробників. Знання перевантажувальних характеристик дозволяє оптимально вибирати необхідну номінальну потужність ДБЖ для навантажень з високими пусковими струмами.
На рис. 13.5.12 подано припустимі області роботи ДБЖ: 1 — в інверторному режимі, 2 — у режимі автоматичного Bypass, 3 — область відключеного ДБЖ.
Рис. 13.5.12. Перевантажувальні характеристики ДБЖ
Обмеження струму інвертора в режимі перевантаження є властивістю ДБЖ при виникненні перевантажень. При зростанні струму навантаження понад номінальне значення, інвертор переходить у режим генератора струму, обмежуючи максимальне значення струму на певній величині Iобм.
Експериментально показано: для того, щоб відносна величина спотворень синусоїдальності вихідної напруги не перевищувала 5 %, необхідно встановлювати поріг обмеження максимального значення вихідного струму, яке не перевищує в 1,5 рази амплітудного значення номінального струму інвертора при лінійному навантаженні
![]() | (13.5.17) |
Відповідно, коефіцієнт амплітуди струму обмеження становитиме
![]() | (13.5.18) |
На рис. 13.5.13 наведено криві вихідної напруги й струму інвертора з номінальною потужністю 5 кВт при роботі на нелінійне навантаження типу RCD при різних значеннях струму навантаження. Інвертор із ШІМ-регулюванням вихідної напруги здатний реагувати на зміни струму навантаження, обмежуючи його за амплітудою. При цьому відбувається збільшення тривалості імпульсу струму на напівперіоді вихідної напруги (рис. 13.5.13, б, в, г).
Рис. 13.5.13. Криві зміни напруги й токи інвертора при RCD-навантаженні
У табл. 13.5.6 подано електричні параметри, що характеризують режими роботи інвертора відповідно до кривих напруги й струму на рис. 13.5.13.
Таблиця 13.5.6 Електричні параметри
Параметри
|
Рис. 13.5.13, а
|
Рис. 13.5.13, б
|
Рис. 13.5.13, в
|
Рис. 13.5.13, г
|
Діюче значення вихідної напруги, Uвих, В
|
220
|
220
|
220
|
220
|
Діюче значення вихідного струму,Iвих, А
|
11
|
20
|
24
|
29
|
Коефіцієнт потужності навантаження, Kpн
|
0,61
|
0,69
|
0,79
|
0,82
|
Коефіцієнт амплітуди струму, Ka
|
3,6
|
2,4
|
2
|
1,64
|
Коефіцієнт спотворення синусоїдальності вихідної напруги,
Kи, %
|
2,7
|
3
|
5
|
10
|
Повна вихідна потужність, Sвих, кВт
|
2,4
|
4,4
|
5,2
|
6,3
|
Активна вихідна потужність, Pвих, кВт
|
1,5
|
3
|
4,17
|
5,2
|
Як видно із таблиці, інвертор з номінальною потужністю 5 кВт здатний віддати 4 кВт активної потужності в RCD-навантаження зі спотворенням синусоїдальності вихідної напруги, яке не превищує 5 %. Таким чином, вихідний коефіцієнт потужності такого інвертора дорівнює Kpвих = 0,8.
Вхідні характеристики ДБЖ
Номінальна вхідна повна потужність (Sвх.ном) — повна потужність, що завантажує мережу при коефіцієнті навантаження 100 % і стандартних умовах експлуатації. Розрізняють вхідну потужність, споживану при зарядженій акумуляторній батареї (Sвх. мін), і потужність при форсованому заряді батареї (Sмакс), що перевищує перше значення на 25—30 %, у залежності від величини ємності батареї й ступеня її разрядженості. Наприклад, для ДБЖ із номінальною вихідною потужністю 30 кВт й вхідним коефіцієнтом потужності 0,8 маємо Sвх. min = 32,8 кВт і Sвх. max = 41 кВт.
Номінальна вхідна активна потужність Pвх. ном характеризує енергоспоживання по входу ДБЖ при номінальному навантаженні
Pвх. ном = KpвхSвх. ном. | (13.5.19) |
Вхідний коефіцієнт потужності (Kpвх) характеризує співвідношення між повною й активною вхідною потужністю при номінальному навантаженні й визначається виразом (13.5.5). Значення Kpвх для різних моделей і потужностей ДБЖ можуть змінюватися від 0,8 до 0,99. Чим більше значення Kpвх, тим нижче спотворення синусоїдальності вхідного струму. При цьому вхідний опір ДБЖ для мережі буде суто активним. Найбільш високе значення Kpвх = 0,99 досягнуте в ДБЖ моделі Galaxy 3000 виробництва MGE UPS Systems за рахунок використання в структурі ДБЖ коректора коефіцієнта потужності на основі двонаправленого керованого випрямляча на IGBT-транзисторах із ШІМ-регулюванням.
Максимальний вхідний струм — параметр, що визначає вибір зовнішнього автомата захисту ДБЖ. Величина максимального струму визначається при 100 % коефіцієнті навантаження, мінімальній вхідній напрузі в режимі форсованого заряду батареї
![]() | (13.5.20) |
Перехідні характеристики ДБЖ
У технічних даних виробників ДБЖ ці характеристики називають системними, або вхід — вихід. До них належать ККД, енергетичний коефіцієнт і часові характеристики автономної роботи ДБЖ.
ККД характеризує ефективність використання ДБЖ і дорівнює відношенню вихідної активної потужності, споживаної навантаженням, до вхідної активної потужності, споживаної ДБЖ із мережі. Втрати активної потужності (теплові втрати) в ДБЖ характеризуються низкою складових
ΔP = Pвх; Pвих = ΔPх.х + ΔPсц + ΔPдод, | (13.5.21) |
де: ΔPх.х — постійна складова втрат (втрати холостого ходу ДБЖ), які не залежать від коефіцієнта навантаження й визначаються енергією, необхідною для обслуговування системи управління силовими вузлами ДБЖ, живлення вентиляторів охолодження ДБЖ та інших допоміжних блоків. Для ДБЖ малої й середньої потужності 1—10 кВт втрати холостого ходу становлять 20—30 % від загальних втрат. Зі зростанням потужності ДБЖ відносна частка втрат холостого ходу знижується; ΔPсц — змінна складова втрат, що залежить від коефіцієнта навантаження
ΔPсц = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3 + ΔP4. | (13.5.22) |
Тут ΔP1 — втрати в силовому ланцюзі випрямляча; ΔP2 — втрати в силовому ланцюзі коректора коефіцієнта потужності; ΔP3 — втрати в силовому ланцюзі перетворювача постійної напруги; ΔP4 — втрати в силовому ланцюзі інвертора.
У технічних характеристиках ДБЖ містяться значення ККД окремих силових вузлів ДБЖ (головним чином випрямляча й інвертора) і значення загального (системного) ККД ДБЖ, що становлять 85—88 % для ДБЖ малої потужності й 90—94 % для ДБЖ середньої й великої потужності; ΔPдод — додаткові втрати на заряд акумуляторної батареї, які можуть змінюватись у часі й залежать від ступеня розрядженості батареї та її ємності. Найбільші додаткові втрати виникають при форсованому заряджанні батареї. Наприклад, втрати при номінальному навантаженні в ДБЖ потужністю 30 кВт становлять: 2,8 кВт — при форсованому режимі заряджання батареї; 2,2 кВт — при зарядженій батареї.
Часові характеристики автономної роботи ДБЖ відображають максимальний час роботи ДБЖ від акумуляторних батарей за відсутності або припустимих відхиленнях напруги мережі, залежно від коефіцієнта навантаження ДБЖ. На рис. 13.5.14 зображено часові характеристики для використання в ДБЖ батарей (Ач) різної енергоємності. Значне збільшення часу резерву досягається при підключенні додаткових акумуляторних модулів до ДБЖ. Слід звернути увагу на нелінійну залежність часових характеристик від величини коефіцієнта навантаження.
Рис. 13.5.14. Часові характеристики автономної роботи ДБЖ
Енергетичний коефіцієнт визначається відношенням споживаної потужності до повної потужності, яка віддається в ДБЖ. У відповідності до (13.5.8), маємо
Ke = ηKp.
Якщо виконується умова Ke ≥ Kpн, тоді ДБЖ споживає з мережі повну потужність, яка дорівнює або менша за ту, що ДБЖ віддає в навантаження
![]() | (13.5.23) |
Це положення поширюється на ДБЖ із високим вхідним коефіцієнтом потужності при роботі на нелінійні навантаження з низьким коефіцієнтом потужності. Це пояснюється тим, що при нелінійному навантаженні струму реактивної потужності й високочастотних гармонік струму потужності, спотворення замикаються в контурі «інвертор — навантаження» та не проявляються у вхідному ланцюзі ДБЖ.
Можна показати, що при заданому коефіцієнті потужності навантаження Kpн і ККД, активна потужність на вході ДБЖ становитиме
Pвх = Sвих × Kpн/η. | (13.5.24) |
Повна потужність на вході ДБЖ визначатиметься вхідним коефіцієнтом потужності ДБЖ
Sвх = Pвх/Kpвх = Sвих × Kpн/Ke. | (13.5.25) |
За умови Uвх = Uвих маємо
Iвх = Iвих × Kpн/Ke. | (13.5.26) |
Наприклад, для ДБЖ із Kpвх = 0,95, ККД = 90 %, при роботі на нелінійне навантаження з коефіцієнтом потужності Kpн = 0,63, зі співвідношення (13.5.24) маємо: Iвх = 0,74 Iвих.
Зменшення діючого значення вхідного струму ДБЖ щодо вихідного струму приводить до зниження завантаженості мережі, порівняно з тим випадком, коли навантаження підключене до мережі безпосередньо. Це означає менше розсіювання потужності в лінії електропередачі й понижуючому силовому трансформаторі. Оскільки втрати потужності пропорційні квадрату струму, то втрати потужності в лініях електропередачі з використанням ДБЖ у нашому прикладі складуть 54 % від втрат при живленні того самого навантаження від мережі без ДБЖ. Ця обставина особливо важлива за наявності так званих «м’яких» ліній електропередачі.
Таким чином, енергетичний коефіцієнт є одним з найважливіших показників, які визначають доцільність застосування ДБЖ з подвійним перетворенням енергії не тільки для забезпечення безперебійного електроживлення навантаження при зникненні або спотворенні напруги у мережі, але й для оптимізації енергоспоживання при навантаженнях з низьким коефіцієнтом потужності.