Member of UPS Service Centers group
Общество с ограниченной ответственностью
АМУЛЕКС
Сервисное обслуживание и ремонт источников бесперебойного питания. Замена аккумулятоных батарей.
Amulex phone
(8017) 300 00 63
 
 

Одновходовой и двухвходовой статический байпас

Как правило, источник бесперебойного питания содержит статический байпас, который обеспечивает питание критического оборудования в аварийных ситуациях: при перегрузке ИБП или внутренней неисправности ИБП. Классическая схема ИБП, содержащая статический байпас приведена на рис.1

Одновходовой статический байпас
Рис.1. Блок-схема ИБП с одновходовым статическим байпасом.

Статический байпас VS1 представляет собой быстродействующий статический переключатель, выполненный на двунаправленных тиристорах. В on-line режиме статический байпас выключен и нагрузка питается от инвертора.

Выходные каскады инвертора выполняюся на 2-х силовых IGBT транзисторах, как показано на рис.1. Транзисторы VT1 и VT2 преобразуют постоянное напряжение +/- 400VDC в переменное. В точке B инвертор вырабатывает синусоидальное напряжение, действующее значение которого = 230 В, амплитудное значение = +/- 300 В.

Основной причиной выхода из строя инвертора является неуправляемое включение выходных транзисторов инвертора в следствие действия электромагнитной помехи. Электромагнитная помеха в большинстве случаев возникает при возникновени мощной перегрузки на выходе ИБП, из-за которой ИБП переключается на байпас.

В модульных системах бесперебойного питания с распределенным байпасом данная проблема стоит особо остро, поскольку статический байпас устанавливается внутри самого силового модуля и ток перегрузки, создающий электромагнитную помеху, протекает внутри модуля. В системах с центральным байпасом статический байпас устанавливается в отдельном модуле центрального байпаса и ток перегрузки не протекает через силовой модуль. За счет этого существенно уменьшается негативное действие электромагнитной помехи.

Последовательность событий при возникновении большой перегрузки выглядит следующим образом:

1. При возникновении перегрузки ИБП выключает инвертор - схема управления отключает все импульсы управления транзисторами VT1 и VT2.
2. Включается статический байпас VS1.
3. Ток, протекаемый через статический байпас, создает мощную электромагнитную помеху.
4. Электромагнитная помеха создает серию непредсказуемых по длительности и частоте импульсов на входах силовых транзисторов VT1 и VT2, из-за которых транзисторы включаются и через них начинает протекать ток.

Во время электромагнитной помехи на входах транзисторов VT1 и VT2 возникают импульсы, которые включают эти транзисторы. Импульсная помеха на входах транзисторов VT1 и VT2 может возникать как одновременно, так и в разные моменты времени. Одновременная импульсная помеха включает оба транзистора и является фатальной для обоих транзисторов, но ее возникновение не влияет на работу статического байпаса. Возникновение импульсной помехи только на одном из транзисторов влияет на ток в цепи байпаса. Рассмотрим эту ситуацию на следующем примере более подробно.

Напряжение на входе ИБП имеет синусоидальную форму и его мнгновенное значение лежит в диапазоне от -300В до +300В. Рассмотрим ситуацию, когда импульсная помеха возникает на входе транзисторе VT1 в момент времени, когда мнгновенное значение входного напряжения = -200В. Это напряжение через открытый статический байпас передается в точку В (см. рис.1). Разность потенциалов между точками А и В в этом случае = +400 - (-200) = 600 В. Под воздействием этого напряжения через открытый транзистор начинает протекать нарастающий ток в соответствии с уравнением Киргофа dI=U*dt/L, где dI - изменение тока, U - разность потенциалов (600В), dt - длительность импульсной помехи, L - значение индуктивности дросселя на выходе инвертора. При достаточно больший длительности импульсной помехи значение тока может достигать существенной величины. Например, при индуктивности дросселя L=5 мГн, разнице потенциалов U=600 В, и длительности импульса t=0,5 мс ток через дроссель достигает значения I1 = 60А. Этот ток складывается с током перегрузки I2, проходящим через нагрузку R. Результирующий ток в цепи байпаса соответственно равен I3=I1+I2. Если, например, мнгновенное значение тока на нагрузке R составляет 100А, то ток в цепи байпаса достигает значения 160А. Такой ток может привести к преждевременному перегоранию предохранителя в цепи байпаса F1 и соответственно отключению всей критической нагрузи пользователя.

Импульсная помехи на входе одного из транзисторов может привести как к перегоранию предохранителя F2 в цепи транзистора вместе с самим транзистором, так и к перегоранию предохранителя статического байпаса F1 с последующим отключением критической нагрузки.

Не менее опасны помехи, вызывающие частичное (неполное) включение транзистора, когда ток, протекаемый через силовой транзистор, определяется не внешними параметрами электрических цепей (напряжение, величина сопротивлений и индуктивности), а токами в цепи управления IGBT транзистора. Так, например, если электромагнитная помеха создает выходной ток транзистора 10А, то мощность, рассеиваемая на p-n переходах составляет 10*600 = 6000 ВА. Такая мощность, выделяемая в виде тепла, также представляет смертельную опасность для силовых транзисторов.

Для устранения этих негативных последствий на выходе инвертора устанавливают электромеханический выключатель К2, который при включении статического байпаса размыкает выходную цепь инвертора и возникновение импульсной помехи на входе одного из транзисторов не приводит к появлению критического тока в самом транзисторе.

Однако, время срабатывания электромеханического выключателя К2 составляет несколько десятков мс. Влючение одного из транзисторов в течение этого промежутка времени может так же привести к перегоранию предохранителей инвертора и байпаса.

Для устранения этого недостатка используется двухвходовой статический байпас (см. рис.2).

Двухвходовой статический байпас
Рис. 2. Блок-схема ИБП с двухвходовым статическим байпасом.

Двухвходовой статический байпас состоит из двух статических байпасов 1 и 2. Статический байпас 1 подключается так же, как и в классической схеме между входом и выходом ИБП, а статический байпас 2 включается между выходом инвертора и выходом ИБП. Электромеханический выключатель К2 в этой схеме разомкнут и не используется.

В on-line режиме статический байпас 1 разомкнут, статический байпас 2 замкнут и выходное напряжение инвертора через статический байпас 2 подается на нагрузку. При возникновении перегрузки отключается инвертор, выключается статический байпас 2 и включается статический байпас 1. Скорость выключения статического байпаса 2 намного выше скорости выключения электромеханического выключателя К2 и составляет менее 1 мс.

Таким образом, установка двухвходового статического байпаса полностью устраняет негативные действия электроманитных помех на входах силовых транзисторов инвертора и существенно улучшает надежность работы всего ИБП.

Одним из недостатков использования двухвходовых статических байпасов является некоторое снижение КПД ИБП, так как статический байпас 2 в on-line режиме постоянно включен и рассеивает некоторое количество электроэнергии в виде тепла.

Например, при мощности нагрузки 50 кВА ток в цепи байпаса равен 50000/(3*230)=72А. На тиристорах статического байпаса 2 рассеивается мощность 3*1,2*72=260 ВА (1,2 В - напряжение на открытом тиристоре), что составляет 260*100/50000=0,5% от общей мощности ИБП. В результате КПД ИБП снижается примерно на 0,5 % при использовании двухвходового статического байпаса.

Как правило, в ИБП с двухвходовым байпасом имеются настройки, позволяющие пользователю отключить второй байпас VS2 с целью повышения общего КПД ИБП на 0,5%. Однако, это можно делать, только в случае, если пользователь может гарантировать отсутствие больших токов перегрузки и короткого замыкания на выходе ИБП в течение всего времени эксплуатации ИБП. Здесь пользователь сам решает, что для него важнее - повышенная надежность работы оборудования или несущественная экономия электроэнергии.

Выводы

:

Использование двухвходового статического байпаса позволяет:

1. увеличить скорость переключения ИБП на статический байпас (время переключения < 1 мс.)

2. существенно увеличить надежность работы ИБП при больших перегрузках.

Как недостаток можно отметить увеличение стоимости ИБП и уменьшение КПД ИБП примерно но 0,5%.

 
 
Дополнительная документация Размер Язык
ИБП с двухвходовым статическим байпасом.   русский
SCU Power Systems
Amulex UPS
Newave UPS
Rittal Systems
Wohrle UPS
ABB Power Protection SA
Huawei UPS
APC UPS
Amberwave UPS
Borri UPS
Powerware Eaton UPS
SSB Battery
RP battery
Fiskars
 
Главная Статьи Сервис ИБП SCU ИБП Amulex ИБП ABB АКБ SSB Бат. шкафы Контакты
 
23.02.2019 10:08