Система безперебійного живлення

Пов’язані терміни:

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Джерела безперебійного живлення

Системи безперебійного живлення (ДБЖ) використовуються для забезпечення безперебійного, надійного та високоякісного живлення для цих чутливих навантажень. Застосування систем ДБЖ включають медичні установи, системи життєзабезпечення, системи зберігання даних та комп’ютерні системи, аварійне обладнання, телекомунікації, промислову обробку та системи онлайн-управління. Статичний перемикач забезпечує надмірність джерела живлення у випадку несправності ДБЖ або перевантаження. Для використання статичного вимикача напруга мережі змінного струму та навантаження повинні бути у фазі. Цього можна легко досягти за допомогою фазового блоку управління. Основними перевагами онлайнових ДБЖ є дуже широка толерантність до зміни вхідної напруги та дуже точне регулювання вихідної напруги. Крім того, немає часу переходу під час переходу від нормального до накопиченого енергетичного режимів. Лінійно-інтерактивні системи ДБЖ складаються із статичного перемикача, послідовного індуктора, двонаправленого перетворювача та акумуляторної батареї. Додатковий пасивний фільтр може бути доданий на виході двонаправленого перетворювача або на вхідній стороні навантаження.

Джерела безперебійного живлення

19.2.5 Ротаційні ДБЖ

Рис. 19.10. Різна конфігурація поворотних систем ДБЖ: (A) мотогенераторний комплект, (B) поворотний ДБЖ з резервним акумулятором та (C) поворотний ДБЖ з резервним дизельним/природним газовим двигуном.

Застосування пристроїв SiC

Дірк Кранцер,. Стефан Шенбергер, у широкосмугових напівпровідникових силових пристроях, 2019

9.2.1.3 Витрати на експлуатацію

Для онлайн-систем ДБЖ основні витрати не зумовлені прямими витратами на саму енергетичну електроніку. Оскільки вся енергія завжди протікає через інвертор, ефективність сильно впливає на експлуатаційні витрати систем [9]. Розрахована на тривалість життя 10 років, частина витрат, пов’язаних з ефективністю (енергетичні витрати), становить приблизно 80% загальних витрат на володіння. Для розрахунку поточних витрат робляться такі припущення:

Номінальна потужність системи становить 10 кВт

Система працює 365 днів на рік 24 години з PN/2

Ефективність трирівневого інвертора SiC: 98,4%

Ефективність трирівневого інвертора Si: 97,4%

Ефективність дворівневого інвертора Si: 95,4%

Постійна ціна енергії 0,17 € за кВт-год

Відносні експлуатаційні витрати з ціною енергії 0,17 € за кВт-год показані на рис. 9.11. Економія становить майже 40% на рік, якщо порівнювати демонстратор із звичайною трирівневою системою Si.

Малюнок 9.11. Відносні щорічні експлуатаційні витрати 0,17 € за кВт-год (час роботи 365 днів о 24 год при PN/2).

На рік різниця в 1% балів щодо ефективності призводить до економії майже 80 € на рік. За 10 років без урахування депозитів та з постійною ціною енергії економія становить понад 750 €. Відносно система ДБЖ SiC має на 40% менше експлуатаційних витрат на рік.

Програми IGBT

Б. Джаянт Баліга, в The IGBT Device, 2015

17.4.7 ДБЖ без трансформатора на 300 кВА

Необхідна система безперебійного живлення великої потужності, що забезпечує потужність понад 300 кВА для великих фінансових центрів обробки даних (а також телекомунікаційних центрів та лікарень). Для цього додатка було розроблено два основних типи конфігурацій [15]. Автономна конфігурація, показана на рис. 17.13 (а), забезпечує живлення комп'ютерів (навантаження) безпосередньо від мережі змінного струму під час нормальної роботи. Статичний перемикач використовується для використання резервного живлення акумулятора, коли вхідне живлення змінного струму має проблеми. Комутація може бути виконана протягом 10 мс, забезпечуючи безперебійну роботу комп'ютерів. Двонаправлений інвертор використовується для зарядки акумуляторів і для подачі змінного струму на навантаження під час відключення електроенергії. Автономна конфігурація ДБЖ усуває перебої в електроживленні та захищає від провисань, падінь або стрибків напруги вхідного змінного струму.

Малюнок 17.13. Конфігурації великих джерел безперебійного живлення: (а) в автономному режимі; (b) в Інтернеті.

Інтернет-ДБЖ, показаний на рис. 17.13 (b), забезпечує більші електричні характеристики та надійність, необхідні для великих центрів обробки даних. Він складається з повністю вирівняного випрямляча та інверторного каскаду для подачі живлення до комп’ютерів (навантаження) через шину постійного струму, до якої підключена резервна батарея. На додаток до функцій, перелічених вище для автономного ДБЖ, він може захищати від перехідних процесів, таких як стрибки напруги, гармонічні спотворення та коливання частоти на вхідному джерелі змінного струму.

Інтернет-ДБЖ є найбільш часто використовуваним підходом для великих центрів фінансових даних, банків та лікарень [15]. Автори заявляють: "З розвитком IGBT, який використовує високочастотну широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ), ДБЖ розпочав адаптацію інверторів IGBT на початку та в середині 1990-х". Випрямний каскад на основі тиристорів був замінений випрямлячами на основі IGBT, оскільки він міг усунути вхідний ізолюючий трансформатор, зменшуючи розмір і вагу блоку ДБЖ. Безтрансформаторне ДБЖ є домінуючим у програмах ЦОД для діапазону потужності 100–300 кВА. Автори заявляють: «Біполярний транзистор IGBT або ізольований затвор є ключовим фактором для розробки безтрансформаторного ДБЖ».

Безтрансформаторний трифазний вихідний інверторний каскад показаний на рис. 17.14 [15]. Він використовує два конденсатори через проміжну шину постійного струму для створення нейтрального дроту. Усунення трансформатора значно зменшує розмір і вагу блоку ДБЖ. Однак необхідна більша напруга на шині постійного струму 800 В, щоб генерувати бажану середньоквадратичну вихідну напругу змінного струму між лініями напруги 480 В.

Малюнок 17.14. Вихідний каскад безперебійного живлення без трансформаторів.

Вартість монтажу безтрансформаторного ДБЖ на 30% менше, ніж у попередніх конструкціях із ізолюючими трансформаторами. Також досягається зменшення розміру на 50–60%. Це перевага у великих центрах обробки даних, де вартість квадратного фута фальшполів становить 600–900 доларів на рік. Безтрансформаторні джерела безперебійного живлення з використанням IGBT, що працюють з високою швидкістю комутації, мають коефіцієнт вхідної потужності, близький до одиниці, у порівнянні з лише 0,8 для попередніх джерел безперебійного живлення на основі трансформаторів. Крім того, шум від ДБЖ значно зменшується, а ефективність підвищується приблизно на 1%. ДБЖ на 750 кВА можна отримати, використовуючи безліч трансформаторних блоків на 250 кВА, як показано на рис. 17.15 [15]. Тут шість джерел ДБЖ потужністю 250 кВА використовуються для створення надмірності та досягнення більш надійної конфігурації.

Малюнок 17.15. Конфігурація джерел безперебійного живлення (ДБЖ) на 750 кВА.

Налаштування

15.6.4 Розподіл електроенергії

Для хорошої установки недостатньо мати зарядний пристрій або ДБЖ для резервного живлення. Окрім обладнання для автоматизації, може існувати й інше обладнання, яке потребує потужності без розриву. Щоб полегшити це і забезпечити належний розподіл навантаження для всього обладнання, яке потребує потужності без розриву, зазвичай використовується розподільна панель або плата, як показано на рис. 15.7 .

Малюнок 15.7. Панель розподілу живлення.

Як видно тут, вхідний живильник (подача від зарядного пристрою або ДБЖ без перерви) та вихідні живильники до всього обладнання (включаючи автоматичне обладнання) забезпечені належними засобами захисту та відображення (MCB та індикаційна лампа).

Автомобільні поглинаючі скляні свинцево-кислотні акумулятори

6.4 Запуск автомобільних акумуляторів AGM

Протягом багатьох років батареї AGM використовувались у стаціонарних режимах, наприклад, в телекомунікаціях та системах безперебійного живлення. З огляду на їх успішний досвід служби, використання технології в дорожніх транспортних засобах розглядалося ще в 1990-х роках [7]. В одному з перших застосувань було виявлено, що поєднання двох свинцево-кислотних акумуляторів є найбільш перспективним. Одна серія автомобілів, родстер від провідного німецького виробника, була оснащена двома акумуляторами замість однієї, поєднаними перемикачем. Один невеликий затоплений акумулятор спеціальної конструкції використовувався виключно для прокручування двигуна, тоді як інший акумулятор (AGM) охоплював усі велоспортивні програми. Якщо з будь-якої причини основний акумулятор розряджався глибоко, мала стартерна батарея могла самостійно прокрутити автомобіль [3,8]. Головним рушієм цієї подвійної акумуляторної системи було очікуване сезонне використання автомобіля, що могло призвести до глибокого розряду акумулятора. Призначений окремий стартерний акумулятор уникнув проблем з прокручуванням.

Іншим рушієм для автомобільних акумуляторів AGM було їх використання як обхідний шлях при створенні мереж для глобального підключення комп'ютерів. Так само було вирішено підключити всі електронні пристрої та блоки управління в транспортних засобах. Перші машини, які були повністю підключені, виявилися катастрофою. Коли вони не використовуються, усі пристрої зазвичай переходять у режим сну, щоб мінімізувати споживання енергії. На жаль, в деяких випадках система режимів пробудження та сну не спрацьовувала належним чином при підключенні через шинну систему. Отже, (затоплена) батарея іноді повністю розряджалася після короткого періоду відключення. Навіть якщо після цього автомобіль все ще міг прокрутити, циклічне навантаження на акумулятори було величезним. Заміна стандартних затоплених батарей на аналоги AGM допомогла мінімізувати несправності, спричинені не оптимізованою електричною системою автомобіля. Сьогодні системи автомобільних мереж технічно зрілі.

Таксі, машини швидкої допомоги та інші аварійні транспортні засоби - це ще один важливий приклад, коли акумулятори AGM служать довгими замінами звичайних затоплених батарей. У таксі багато пристроїв експлуатуються навіть у фази відключення двигуна, наприклад, вентиляція, радіо та освітлення (у салоні пасажира, а також габаритні вогні). Затоплені батареї часто витримують короткий термін служби лише 6 місяців за таких суворих умов експлуатації. На відміну від цього, акумулятори AGM здатні витримувати мито до 3 років і дозволяють власникам автопарку виправдовувати премію, покладену на батареї.

Ще однією причиною заміни звичайних, затоплених стартерних акумуляторів є вища здатність батарей AGM до холодного прокручування. Конструкція акумулятора AGM не потребує резервуару з електролітним розчином, тому висота пластини більша, ніж для затоплених конструкцій. Отже, високошвидкісні характеристики покращуються завдяки більшій площі поверхні електродів. Цю концепцію також називають "зменшенням розміру", оскільки вона дозволяє використовувати менші акумулятори з однаковими швидкодіючими характеристиками, наприклад, для автомобілів з великим робочим об'ємом двигуна, але обмеженим простором для початкової батареї.

Тести HPC для CFD

5.2.1 Інженерна інфраструктура

Кластер Ломоносова споживає близько 1,36 МВт електроенергії і має резервні блоки живлення у випадку відмови. Система безперебійного живлення (ДБЖ) гарантовано забезпечує достатню потужність та охолоджує систему протягом часу, необхідного для витонченого вимкнення запущених завдань та належного вимкнення системи. Два блоки ДБЖ забезпечують окреме живлення двох сегментів Ломоносова, кожен з продуктивністю 200 терафлопс.

Крім того, у разі втрати потужності, один обчислювальний сегмент може бути відключений, щоб виділити більше потужності для критичного обчислювального сегмента. Особливість системи ДБЖ становить 97%, що перевищує звичайні 92%, що використовуються на промисловому рівні. Для таких величезних обчислювальних систем необхідна висока ефективність.

Ще однією особливістю Ломоносова, яка робить його повсюдним, є його масштабне обчислювальне робоче навантаження, яке споживає 65 кВт потужності на 42 U, приблизно 73,5 в стійці. Окрема система охолодження (рис. 6.18), яка займає приміщення площею 800 м 2, забезпечує охолодження цієї масивної конструкції. Через довгу зиму в Росії система також охолоджується вільною зовнішньою атмосферою, відключаючи компресори, що проходять через водяні охолоджувачі. Це допомагає зменшити споживання енергії приблизно на півроку. Система також оснащена системою пожежної безпеки. Протягом півтори секунди автоматична пожежна система заповнює все приміщення газом, припиняючи вогонь, не пошкоджуючи жодного компонента обладнання. Пожежа припиняється, але вона не знижує концентрацію кисню в приміщенні, а отже, відносно безпечна для персоналу.

Малюнок 6.18. Ємності з водою встановлені в підвалі для охолодження гігантського скупчення.