Для підвищення надійності блоку, при його проектуванні, пропонується:
- забезпечити легкі електричні, теплові робочі режими детелей та матеріалів конструкції, їх правильний вибір;
- забезпечити надійний захист від зовнішніх та внутрішніх дестабілізуючих факторів;
- широко використовувати ІМС, а також стандартні компоненти;
- забезпечити ремонтоздатність виробу, використавши функціонально-вузловий метод конструювання.
На ранній стадії процес проектування заключатися в постійній реорганізації системи з підбором технології електроживлення. Перерахуємо фактори, що впливають на цей етап:
- вартість;
- маса та розміри;
- коефіцієнт корисної дії блока живлення;
- вхідна напруга;
- термін дії акумуляторної батареї;
- необхідна якість вихідної напруги;
- час, необхідний для виходу продукції на ринок.
З метою забезпечення естетичних та ергономічних показників пропонується використовувати сучасний дизайн.
Для забезпечення заданих кліматичних та механічних вимог пропонується використати елементну базку та матеріали, враховуючи граничні зовнішні впливи, забезпечити при конструюванні та проектуванні їх захист від зовнішніх впливів, які негативно впливають на працездатність виробу.
1.2. Огляд аналогів виробу.
Одним із аналогів нашого виробу є ДБЖ PW5125RM та PW5115RM виробництва фірми Powerware. Віни також призначені для кріплення в серверну стійку та мають вихідну потужність 1000ВА. Інші технічні характеристики можна привести в вигляді таблиці.
Характеристики ДБЖ. Таблиця 1.2.1.
| Параметри | PW5125RM | PW5115RM |
| Вихідна потужність (ВА/Вт) | 1000/900 | 1000/670 |
| Габаритні розміри (мм) | 432*494*89 | 440*450*58 |
| Маса (кг) | 27 | 20 |
| Номінальна вихідна напруга (В) | 220-240 | 220-240 |
| Можливий діапазон вхідної напруги (В) | 166-276 | 175-250 |
| Робоча частота (Гц) | 50/60 | 50/60 |
| Номінальна вхідна напруга (В) | 220-240 | 220-240 |
| ККД (%) | 93 | 90 |
| Індикація параметрів | Світлодіоди | Світло діоди |
| Комунікаційний порт | RS232 | RS-232 |
| Робочий діапазон температур | 0 – 40 С0 | 0-40 С0 |
| Величина шуму (дБ) | Не більше 50 | Не більше 45 |
| Час роботи при максимальному навантаженні (хв.) | 7 | 5 |
Дані ДБЖ мають хороші параметри та високу ціну. Туму виникає необхідність у дешевих і надійних ДБЖ. В дипломному проекті проведено розробку саму такого пристрою.
1.3. Опис структурної схеми.
1.3.1. Огляд і аналіз структурних схем систем
безпребійного живлення.
Джерело безперебійного живлення - автоматичний пристрій, що забезпечує нормальне живлення навантаження при повному зникненні струму з зовнішньої електромережі в результаті аварії або неприпустимо високому відхиленні параметрів напруги в мережі від номінальних значень і використовує для аварійного живлення навантаження енергію акумуляторних батарей.
Розглянемо декілька основних типів побудови структурних схем ДБЖ:
1. ДБЖ резервного типу.
2. Лінійно-інтерактивне ДБЖ.
3. ДБЖ з подвійним перетворенням енергії.
ДБЖ резервного типу (Off-Line або standby)
Рис. 1.3.1. ДБЖ типу Off-Line.
Джерело безперебійного живлення, виконане за схемою з комутуючим пристроєм, що у нормальному режимі роботи забезпечує підключення навантаження безпосередньо до зовнішньої електромережі, а в аварійному переводить її на живлення від акумуляторних батарей. Перевагою ДБЖ резервного типу є його простота і невисока вартість, а недоліком - ненульовий час перемикання (~4 мс) на живлення від акумуляторів та більш інтенсивна їхня експлуатація, тому що джерело переводиться в аварійний режим при будь-яких несправностях в електромережі.
ДБЖ резервного типу, як правило, мають невелику потужність і застосовуються для забезпечення гарантованого електроживлення окремих пристроїв (персональних комп'ютерів, робочих станцій, офісного встаткування) у регіонах з гарною якістю електричної мережі.
Лінійно-інтерактивне (Line-Interactive) .
Джерело безперебійного живлення, виконане за схемою з комутуючим пристроєм (Off-Line), доповненої стабілізатором вхідної напруги на основі автотрансформатора з перемикаючими обмотками.
Рис. 1.3.2. ДБЖ типу Line-Interactive.
Основна перевага лінійно-інтерактивного ДБЖ у порівнянні із джерелом резервного типу полягає в тому, що воно здатне забезпечити нормальне живлення навантаження при підвищеній або зниженій напрузі електромережі (найпоширеніший вид несправностей у вітчизняних лініях електропостачання) без переходу в аварійний режим. У підсумку продовжується термін служби акумуляторних батарей. Недоліком лінійно-інтерактивної схеми є ненульовий час перемикання (~4 мс) навантаження на живлення від батарей.
По ефективності лінійно-інтерактивні ДБЖ займають проміжне положення між простими й відносно дешевими резервними джерелами (Off-Line) і високоефективними, але і дорожчими джерелами із подвійним перетворенням енергії (On-Line). Як правило, лінійно-інтерактивні ДБЖ застосовують для забезпечення гарантованого живлення персональних комп'ютерів, робочих станцій, файлових серверів, вузлів локальних обчислювальних мереж й офісного встаткування. Автоматичний регулятор напруги, побудований на основі автотрансформатора з перемикаючими обмотками. Застосовується в ДБЖ, зібраних за лінійно-інтерактивною схемою, для ступінчатого коректування вхідної напруги убік його підвищення. Число обмоток регулятора визначає діапазон вхідних напруг, при яких ДБЖ забезпечує нормальне живлення навантаження без переходу в аварійний режим роботи. В ДБЖ такої структури всередньому такий діапазон припустимої зміни вхідної напруги становить від -20% до +20% від номінального значення 220.
ДБЖ з подвійним перетворенням енергії (On-Line)
Джерело безперебійного живлення, в якому вхідна змінна напруга спочатку перетворюється випрямлячем у постійну, а потім за допомогою інвертора знову в змінну – є джерелом з подвійним перетворенням енергії (On-Line). Акумуляторна батарея постійно підключена до виходу випрямляча і входу інвертора і живить останній в аварійному режимі.
Рис. 1.3.1. ДБЖ типу On-Line.
Така схема побудови ДБЖ дозволяє забезпечити практично ідеальне живлення навантаження при будь-яких неполадках у мережі (включаючи фільтрацію високовольтних імпульсів та електромагнітних завад) і характеризується нульовим часом перемикання в аварійний режим без виникнення перехідних процесів на виході пристрою.
До недоліків схеми з подвійним перетворенням енергії варто віднести її порівняльно велику складність, більш високу вартість.
ДБЖ типу On-Line застосовують у тих випадках, коли за тих або інших причинах потрібні підвищені вимоги до якості електроживлення навантаження, якими можуть бути вузли локальних обчислювальних мереж (мережне встаткування, файлові сервери, робочі станції, персональні комп'ютери), устаткування обчислювальних залів, системи керування технологічним процесом.
За схемою з подвійним перетворенням (On-Line) побудовані, наприклад, моделі PW5125RM компанії Powerware. Вони оснащені плавним стабілізатором вхідної напруги, завдяки якому діапазон припустимих значень вхідної напруги, при яких джерело не переходить на живлення від батарей, становить 166 ... 276В.
В таких схемах присутній режим Bypass, живлення навантаження відфільтрованою напругою електромережі в обхід основної схеми ДБЖ. Перемикання в режим Bypass, підтримуваний внутрішньою схемою ДБЖ або спеціальним зовнішнім модулем, може виконуватися автоматично або вручну. ДБЖ, що має відповідну вбудовану схему, автоматично переходить у режим Bypass по команді пристрою керування при перевантаженні вихідних ланцюгів або при виявленні несправності в важливих вузлах. У такий спосіб навантаження захищається не тільки від збоїв у живильній електромережі, але й від неполадок у самому ДБЖ. Можливість ручного включення режиму Bypass передбачається на випадок проведення профілактичного обслуговування ДБЖ або заміни його вузлів без відключення навантаження.
Оскільки, як видно з вище сказаного, схема типу Off-Line є найбільш простою та дешевою, то і розроблюваний у даному дипломному проекті пристрій забезпечення безперебійного живлення теж побудований за цим принципом. Проте, вдосконалення функціональної схеми та характеристик дозволить мати більш затребуваний та конкурентно-спроможний виріб з кращими параметрами експлуатації і меншою ціною, ніж аналоги.
1.3.2. Опис структурної схеми джерела безперебійного живлення.
Структурна схема джерела безперебійного живлення представлена в графічній частині на аркуші РТ01.430127.001 Э1.
Побудова систем безперебійного живлення залежить від вирішуваними ними задач. В деяких випадках необхідно якнайменший час переключення навантаження на живлення від АБ чи навпаки. В інших потрібно забезпечити довготривалу роботу від АБ, при цьому час переключення не являється критичною величиною. Тобто, можна сказати, що для кожного конкретного випадку потрібно вирішувати іншу технічну задачу.