Инвертор ИБП с двойным
преобразованием энергии имеет возможность
изменения выходной частоты инвертора для
синхронизации выходного напряжения инвертора с
сетью.
Эта функция используется в ИБП с
двойным преобразованием постоянно и просто
необходима для переключения ИБП на статический
байпас. Рассмотрим это переключение несколько
подробнее.
Для того, чтобы ИБП с двойным
преобразованием имел непрерывное выходное
напряжение без скачков и разрывов на всех
режимах работы, нужно обеспечить гладкое
переключение на статический байпас при выходе из
строя инвертора или его перегрузке.
Для этого необходимо, чтобы фаза и
частота сетевого напряжения (т.е. напряжения в
цепи байпаса) в момент переключения были такими
же, как фаза и частота выходного напряжения
инвертора.
Но мы не можем управлять фазой и
частотой сети, следовательно мы должны добиться
желаемой цели за счет настройки инвертора. Мы не
можем, как в ИБП, взаимодействующим с сетью,
подстроить фазу и частоту инвертора перед самым
переключением. Ведь мы, к сожалению, не знаем, в
какой момент инвертор выйдет из строя или
испытает перегрузку.
Поэтому инвертор ИБП с двойным
преобразованием должен всегда быть
синхронизован с сетью. Точнее говоря, должна быть
достигнута синхронизации инвертора с линией
статического байпаса, которая в общем случае
может быть подключена к другой линии
электроснабжения, чем вход выпрямителя ИБП.
Посмотрим теперь, что произойдет с ИБП
с двойным преобразованием энергии, если частота
сети вдруг начнет отличаться от стандартной (50
Гц).
ИБП с двойным преобразованием имеет
некоторые пределы допустимых изменений частоты
сети (эта характеристика указана в паспорте или
описании). Скажем минимальная допустимая частота
равна 49 Гц, а максимальная допустимая частота - 51
Гц (т.е. пределы допустимых изменений частоты
равны ± 2%)
Если частота в линии байпаса находится
в пределах допустимого, то частота инвертора
аккуратно следует за ней. Частота и фаза
инвертора равны частоте и фазе в линии байпаса.
Следовательно ИБП в любой момент (при выходе из
строя инвертора или его перегрузке) может
переключиться на статический байпас, не
испытывая импульсных нагрузок.
Если же частота в линии байпаса станет
равной 48 Гц, то частота инвертора не может
следовать за ней, чтобы не питать нагрузку
напряжением с частотой, сильно отличающейся от
номинальной.
Как мы уже знаем, ИБП,
взаимодействующие с сетью, в этом случае
переходят на режим работы от батареи, а после
исчерпания заряда батареи отключаются.
ИБП с двойным преобразованием энергии
отрабатывают эту ситуацию гораздо лучше. Блок
управления просто разрешает инвертору ИБП
прекратить синхронизацию с линией байпаса и
перейти на режим независимой работы. Частота
инвертора становится равной ровно 50 Гц и
остается такой до тех пор, пока частота линии
байпаса не вернется в пределы допустимого.
Во время независимой работы инвертора,
переключение ИБП на статический байпас
блокируется, поскольку при таком переключении
возможны сильные фазовые и амплитудные
искажения, которые могут нанести ущерб
чувствительной нагрузке. Более того,
переключение в отсутствие синхронизации опасно
для самого ИБП.
Некоторые ИБП имеют возможность
настройки пределов допустимых изменений
частоты. Например они могут быть настроены на
допустимые колебания частоты 0.5, 1 или 2 Герца в
каждую сторону.
Казалось бы, чем уже диапазон
допустимых колебаний частоты, тем лучше для
чувствительной нагрузки. На самом деле улучшение
качества стабилизации частоты происходит за
счет общей надежности системы. Ведь если
диапазон допустимых изменений частоты
установлен меньше реального диапазона изменения
частоты сети в месте установки ИБП, то ИБП
большую часть времени работает без
синхронизации инвертора с линией байпаса. Это
снижает общую надежность системы, защищаемой с
помощью ИБП, поскольку во время независимой
работы инвертора невозможно переключение на
статический байпас.
В случае если ИБП имеет возможность
настройки диапазона допустимых изменений
частоты, пользователь имеет возможность
выбирать выгодный для себя компромисс. Он может
установить очень узкий диапазон частот для
чувствительной нагрузки, сознательно пойдя на
некоторое снижение надежности системы, или
расширить этот диапазон для получения
максимальной надежности, если нагрузка не
слишком чувствительна к изменениям частоты.
Как мы выяснили, основное назначение
статического байпаса - это увеличение надежности
ИБП и компьютерной системы в целом за счет
организации резервного источника
электроснабжения, который вступает в действие
при выходе из строя инвертора. В рассмотренном
простейшем случае таким источником является та
же электрическая сеть, которая питает
выпрямитель ИБП. (Заметим в скобках, что это не
единственный возможный источник).
Выход из строя какой-либо из систем ИБП
вещь, в общем-то, довольно маловероятная. Хорошие
ИБП с двойным преобразованием имеют среднее
время наработки на отказ до 10 лет. Но статический
байпас имеет еще одну функцию, которая
используется буквально при каждом включении
сильно нагруженного ИБП.
Инвертор естественно имеет
ограничение по допустимой нагрузке. При
постоянной нагрузке этой границей является
номинальная мощность ИБП. Кратковременно
инвертор способен выдерживать большие токи.
Обычно допускается перегрузка около 50-150 % на
несколько миллисекунд и около 10-50 % на несколько
секунд или десятков секунд.
Практически любому потребителю
электроэнергии известно такое явление, как
стартовый ток. Под этим понимается ток,
возникающий при включении потребителя
электроэнергии в отличие от тока на
установившемся режиме работы.
Для компьютеров и других часто
питаемых от ИБП устройств характерен довольно
большой стартовый ток. При каждом включении
компьютер потребляет в несколько раз больший
ток, чем после запуска (как мы увидим далее,
стартовый ток легко может превысить номинальный
ток в 10 раз).
Таким образом при запуске
потребителей, мощность которых составляет хотя
бы 10 % номинальной мощности ИБП, возможна
перегрузка инвертора. Если перегрузка возникла,
ИБП для предохранения своего инвертора от
перегрузки переключается на работу через байпас.
Через несколько секунд ИБП снова переключается
на работу от инвертора. Этот режим работы
предохраняет инвертор от выхода из строя и
увеличивает общую надежность компьютерной
системы, защищенной с помощью ИБП с двойным
преобразованием энергии.