Реферати українською » Наука и техника » Джерело безперебійного харчування


Реферат Джерело безперебійного харчування

Страница 1 из 2 | Следующая страница

2006 р.

Вступ

Нині спостерігається збільшення потреби у високошвидкісних центрах обробки даних, системах телекомунікаційної зв'язку у реальному масштабі часу й застосуванні систем з безперервним автоматичним технологічним процесом. Зростання потреби у такому устаткуванні разом із забезпеченням велику кількість різноманітних можливостей висуває підвищені вимоги до джерел електроживлення.

Попри те, що з генерації електроенергії, напруга має чудові характеристики, на той час, коли електроживлення сягає споживача, їхню якість далекий від ідеального. Більшість типів перешкод неприпустиме, наприклад, значні провали напруження і коливання частоти, що може спричинити до непоправним втрат, викликаним ушкодженням устаткування. Звичайно ж фінансові наслідки цього може бути суттєвими, впливаючи як на поточну роботу, але, що серйозніше, і розвиток підприємства, яке понесло збитки.

Під час проектування радіоелектронної апаратури, однією з основних критеріїв економічності стало зниження споживаної пристроєм потужності (зокрема, застосування нових технологій дозволило скоротити кілька порядків споживання побутової апаратурою, порівняно, приміром, із тим, було десятки років тому).

Проте за минулі більш як 100 років від часу появи першого електронного устрою (радіо О.С. Попова) донині змінилося кілька поколінь електронних пристроїв, які мають принципові відмінності по функціональними можливостями, типу застосовуваної елементної бази, конструктивно-техническому рішенню тощо. Це рівної мірою належить до радіоелектронної апаратурі побутового призначення, і системам управління складними технічними об'єктами, такі як повітряні лайнери, космічні апарати та інших. Проте кожен цю вид електронних коштів, чи це комп'ютер, схема управління роботою системи життєзабезпечення, програвач компакт дисків чи радіолокаційна станція, усі мають пристрій, що забезпечує електроживленням все вузли і елементи (електронних ламп, транзисторів, мікросхем), пристроїв, що входять у той чи інший систему. Отже, наявність джерела харчування у кожному устрої річ цілком очевидна й підвищити вимоги щодо нього досить великі, від його якісної роботи залежить робота влаштування у цілому. Особливу увагу, розробки джерел харчування, стали приділяти при побудові складних цифрових пристроїв (персонального комп'ютера чи будь-яка інша микропроцессорная техніки), де виникла потреба забезпечення цих пристроїв безперервним і найголовніше - якісним харчуванням. Пропадание напруги для пристроїв цього то, можливо фатальним: медичні системи життєзабезпечення потребують роботі комплексу пристроїв, й підвищити вимоги до харчуванню дуже суворі; системи банківської захисту та охоронні системи; системи екстреної зв'язку й передачі.

Під час створення електронного устрою окремого класу тут і призначення (електронно-обчислювальні машини, медична і побутова електронна техніка, кошти автоматизації) джерело забезпечення гарантованого харчування то, можливо підібрали з тих, які випускають серійно. У деяких країнах існують фірми, що спеціалізуються на промисловому випуску джерел безперебійного харчування, і споживач має вибрати той, що йому найбільше підходить. Проте, коли з експлуатаційним, конструкторським або іншими характеристикам джерела безперебійного харчування, які випускають серійно, не задовольняють потребам споживача, необхідно розробити новий, з урахуванням інтересів усіх правил, специфічних при цьому виду.

Темою цього є розробка універсального джерела безперебійного харчування (далі ИБП). Його універсальність у тому, щоб він міг використовуватися у будь-якій апаратурі потужністю до 600 Вт, починаючи з самого персонального комп'ютера і до медичної апаратурою. Причина побудови безперебійного джерела — це можливість його у будь-який апаратурі, на яку стабільне електроживлення є важливий чинник.

Розділ № 1. Технічна частина. Обгрунтування забезпечити умови ТЗ.

З призначення проектованого пристрої і специфіки сфери його, розглянемо основні критерії, за якими вестиметься наступна розробка.

До основних критеріїв розробки джерела безперебійного харчування слід зарахувати надійність і стійкість до зовнішніх впливів (зокрема, до вібраційним і ударним навантажень).

На підвищення надійності блоку, за його проектуванні, пропонується:

- забезпечити легкі електричні, теплові робочі режими деталей і матеріалів конструкції, їх правильний вибір;

- забезпечити надійний захист від зовнішніх й міністром внутрішніх дестабілізуючих чинників;

- широко використовувати інтегральні мікросхеми (далі ІМС), і навіть стандартні компоненти;

- забезпечити ремонтопридатність вироби, використовуючи функционально-узловой метод конструювання.

На ранній стадії, процес проектування полягати у розгляді подібних систем з добором технології електроживлення. Перерахуємо чинники, що впливають цей етап:

- вартість;

- маса кафе і розміри;

- коефіцієнт корисної дії блоку харчування;

- вхідний напруга;

- термін дії акумуляторної батареї;

- необхідну якість що виходить напруги;

- час, необхідне виходу своєї продукції ринок.

З метою забезпечення естетичних і ергономічних показників, пропонується використовувати сучасний дизайн.

Задля більшої заданих кліматичних і механічних вимог пропонується використовувати елементну базу і матеріалів, враховуючи граничні зовнішні впливи, які негативно впливають на працездатність вироби.

1.2. Огляд аналогів вироби.

Однією з аналогів нашого вироби є ИБП PW5125RM і PW5115RM виробництва фірми Powerware. Вони також призначені для кріплення в серверную стійку і мають вихідну потужність 1000ВА. Інші технічні характеристики можна навести як таблиці.

Характеристики ИБП. Таблиця 1.2.1.

Параметри PW5125RM PW5115RM
Выходная потужність (ВА/Вт) 1000/900 1000/670
Габаритные розміри (мм) 432*494*89 440*450*58
Маса (кг) 27 20
Номінальне вихідний напруга (У) 220-240 220-240
Можливий діапазон вхідного напруги (У) 166-276 175-250
Робоча частота (гц) 50/60 50/60
Номінальне вхідний напруга (У) 220-240 220-240
ККД (%) 93 90
Индикация параметрів Светодиоды Светодиоды
Коммуникационный порт RS232 RS-232
Робочий діапазон температур 0 – 40 С0 0-40 С0
Шум (дБ) Не більше 50 Не більше 45
Час роботи за максимальної навантаженні (хв.) 7 5

Дані ИБП мають хороші параметри і високі ціну. Тому, виникає у дешевих і надійних ИБП, які поступаються за характеристиками їхнім закордонним аналогам і навіть перевершують. У дипломному проекті проведуть розробка такого устрою.

1.3. Опис структурної схеми.

1.3.1. Огляд і аналіз структурних схем систем безперебійного харчування

Джерело безперебійного харчування — автоматичне пристрій, що забезпечує харчування навантаження за повної зникнення напруги у зовнішній електромережі, наприклад, у результаті аварії чи то з неприпустимо високого відхилення параметрів напруги мережі від номінальних значень. Парі цьому ИБП використовує для аварійного харчування навантаження енергію акумуляторних батарей.

Розглянемо кілька основних типів побудови структурних схем ИБП:

ИБП резервного типу.

Линейно-интерактивный ИБП.

ИБП з подвійним перетворенням напруги.

ИБП резервного типу (Off-Line чи standby)

Рис. 1.3.1. ИБП типу Off-Line.

Джерело безперебійного харчування, виконано за схемою з коммутирующим пристроєм, що у нормальному режимі роботи забезпечує підключення навантаження безпосередньо до зовнішньої електромережі, а аварійному переводить в харчування від акумуляторних батарей. Перевагою ИБП резервного типу є його простота і невисока вартість, а недоліком – ненульове час перемикання (~4 мс) харчування від акумуляторів і більше інтенсивна їх експлуатація, оскільки ИБП перетворюється на аварійний режим за будь-яких несправностях в електромережі.

ИБП резервного типу, зазвичай, має невелику міць і застосовується задля забезпечення гарантованого електроживлення окремих пристроїв (персональних комп'ютерів, робочих станцій, офісного устаткування) у регіонах із гарним якістю електромережі.

Линейно-интерактивный (Line-Interactive) .

Джерело безперебійного харчування, виконаний за схемою з коммутирующим пристроєм (Off-Line), доповнений стабілізатором вхідного напруги з урахуванням автотрансформатора з переключающимися обмотками.

Рис. 1.3.2. ИБП, тип Line-Interactive.

Основне перевагу линейно-интерактивного ИБП проти джерелом резервного типу у тому, що він може забезпечить нормальну харчування навантаження при підвищеному чи зниженому напрузі електромережі (найпоширеніший вид несправностей у лініях електропостачання) без переходу в аварійний режим. У результаті підвищується термін їхньої служби акумуляторних батарей. Недоліком линейно-интерактивной схеми є ненульове час перемикання (~4 мс) навантаження харчування від батарей.

По ефективності линейно-интерактивные ИБП займають проміжне значення між і щодо дешевими резервними джерелами (Off-Line) і високоефективними, але й дорогими джерелами з подвійним перетворенням напруги (On-Line). Зазвичай, линейно-интерактивные ИБП застосовують задля забезпечення гарантованого харчування персональних комп'ютерів, робочих станцій, файлових серверів, вузлів локальних обчислювальних мереж, і офісного устаткування. Механізм автоматичної регулювання напруги побудований з урахуванням автотрансформатора з переключающимися обмотками. Застосовується в ИБП, зібраних по линейно-интерактивной схемою, для східчастої коригування вхідного напруги у його підвищення. Кількість обмоток регулятора визначає діапазон вхідних напруг, у яких ИБП забезпечує нормальне харчування навантаження без переходу в аварійний режим роботи. У ИБП такий структури, загалом, діапазон припустимого зміни вхідного напруги становить від -20% до +20% від номінального значення 220 У.

ИБП з подвійним перетворенням напруги (On-Line)

Джерело безперебійного харчування, у якому вхідний змінне напруга спочатку перетвориться выпрямителем в постійну, та був у вигляді инвертора знову на зміну – є джерелом з подвійним перетворенням напруги (енергії) (On-Line). Аккумуляторная батарея постійно підключена до виходу випрямляча і входу инвертора живить останній аварійний режим.

Рис. 1.3.1. ИБП, тип On-Line.

Така схема побудови ИБП дозволяє забезпечити практично ідеальне харчування навантаження за будь-яких негаразди у мережі (включаючи фільтрацію високовольтних імпульсів і електромагнітних перешкод) разом й характеризується нульовим часом перемикання в аварійний режим без виникнення перехідних процесів не вдома устрою.

До вад схеми з подвійним перетворенням напруги слід зарахувати її порівняно велику складність як наслідок — вищу вартість.

ИБП On-Line типу застосовують у випадках, коли за тих чи інших причин, є підвищені вимоги до якості електроживлення навантаження, яка можливо, у ролі вузлів локальних обчислювальних мереж (мережне устаткування, файлові сервери, робочі станції, персональні комп'ютери), устаткування обчислювальних залів, системи управління технологічним процесом.

По схемою з подвійним перетворенням (On-Line) побудовано, наприклад, моделі PW5125RM компанії Powerware. Вони оснащені плавним стабілізатором вхідного напруги, завдяки якому вона діапазон допустимих значень вхідного напруги, у яких джерело не переходить харчування від батарей, становить від 166 до 276 Вольт.

У цих схемах присутній режим Bypass — харчування навантаження отфильтрованным напругою електромережі оминаючи основний схеми ИБП. Перемикання в режим Bypass, підтримувану внутрішньої схемою ИБП чи спеціальним зовнішнім модулем, може виконуватися автоматично чи вручну. ИБП, який має відповідну вмонтовану схему, автоматично перетворюється на режим Bypass за командою устрою управління, при перевантаження електромереж або за виявленні несправності у надзвичайно важливих вузлах ИБП. У такий спосіб навантаження захищається тільки від збоїв в електромережі, а й від порушень самому ИБП. Можливість ручного включення режиму Bypass передбачається в разі проведення профілактичного обслуговування ИБП чи заміна його вузлів без відключення навантаження.

Схема типу Off-Line є простий та дешевої. Відповідно розроблюваний у цьому дипломному проекті джерело безперебійного харчування теж побудуємо за цим принципом. Проте, удосконалені вузли функціональної схеми і характеристики дозволять отримати затребувану і конкурентно-способное виріб із кращими параметрами експлуатації і меншою ціною, ніж його зарубіжні аналоги.

1.3.2. Опис структурної схеми джерела безперебійного харчування.

Структурна схема джерела безперебійного харчування представленій у графічної частини дипломного проекту листку РТ01.430127.001 Э1.

Побудова систем безперебійного харчування залежить від завдань, котрі з них покладаються. У окремих випадках необхідно домогтися найменшого показника — час перемикання навантаження харчування від акумуляторних батарей навпаки. За інших випадках необхідно забезпечити довгострокову роботу від акумуляторної батареї, у своїй час перемикання перестав бути критичної величиною. Тобто, можна сказати, що кожного конкретного випадку потрібно вирішувати зовсім різні технічні завдання.

Розроблюваний блок призначений задля забезпечення безперервного харчування різноманітних пристроїв (серверів, персональних комп'ютерів, модемів та інших.) стабилизированным напругою 220В, 50 Гц. Конкретней, система варта харчування пристроїв, які мають імпульсні джерела харчування. Це дозволяє пом'якшити вимоги стосовно нашого приладу, оскільки імпульсні джерела харчування здатні працювати у мережі з відхиленнями напруги ± 20% від номінального значення. Ще однією перевагою є здатність його роботи від мережі, має не синусоидальную форму напруги (аппроксимированная синусоїда, квази синусоїда).

Розглянемо основні блоки, що входять у склад устрою:

Пристрій комутацій.

Мережний фільтр.

Зарядное пристрій.

Аккумуляторная батарея.

Перетворювач змінного напруги на уряд.

Стабілізатор постійної напруги.

Перетворювач постійної напруги в змінне.

Пристрій комутацій байпас.

Датчик струму.

Вихідний фільтр.

Датчик температури.

Інтерфейс.

Пристрій індикації.

Пристрій управління роботою ИБП.

Задля більшої праці та нормально функціонувати всіх частин ИБП, необхідно ланка, яке здійснювало б зв'язок поміж усіма цими частинами. Можна розглянути три "види таких схем:

Аналогові системи, операції регулювання у яких здійснюються шляхом порівняння, посилення і перетворення аналогових сигналів. Похибка установки параметрів у системі залежить від параметрів активних і пасивних елементів схеми. Такі системи використовуються, переважно у недорогих пристроях.

Цифрові системи, операції управління проводяться над цифровими величинами, отриманими з аналогових сигналів шляхом оцифровки аналого-цифровыми перетворювачами (АЦП). Точність таких систем набагато вища з допомогою використання математичного апарату обчислення.

Комбинируемые, операції управління і регуляції у яких виконуються або аналоговими, або цифровими пристроями.

У нашому випадку систему управління роботою ИБП побудовано микроконтроллере ATTiny26. Він є високоприбутковий контролер з функціями багатоканального аналого-цифрового перетворювача. Введення та виведення інформацією микроконтроллер (далі МК) може здійснюватися як і аналоговому і у цифровому вигляді. Використання новітніх розробок, які перебувають у собі МК, дозволяє набагато спростити схему. Микроконтроллер управляє роботою як схеми управління і роботою всього устрою.

Схема управління виконує роль інтерфейсу ИБП, подаючи відповідну команду включення на пристрій комутацій, здійснює управління перемикання навантаження харчування від сіті або від акумуляторних батарей, стежить за напругою на акумуляторних батареях (далі АБ). Якщо напруга на АБ стає меншим 10,5 У, то здійснюється аварійне відключення ИБП. Аварійне відключення здійснюється також, коли температура довкілля виходить поза межі припустимою. Для виміру температури використовується температурний датчик. На пристрій управління роботою ИБП надходить інформацію про величинах напруги у мережі. Обрабатывая цю інформацію МК виробляє відповідні сигнали самонаведення інших вузлів, складових блоку.

Для виміру вихідний потужності використовується датчик струму. Якщо за датчик протікає струм більше припустимого, схема управління відключає навантаження. Це забезпечує захисту від виходу з експлуатації устрою перетворення постійної напруги в зміну.

Особливо велике значення в ИБП має наявність зв'язки й з ПК. Це дозволяє оператору (адміністратору) ознайомитися з станом мережі, станом АБ і всієї хірургічної роботи ИБП. У разі використовується стандартний інтерфейс

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація