Применение в UPS технологии стабилизации выходного напряжения (AVR).

Применение в UPS технологии стабилизации выходного напряжения (AVR).

                В питающей сети, пропадание напряжения - явление достаточно редкое. Однако не менее серьезным по своим последствиям, но гораздо более частым, событием бывает понижение или повышение напряжения сети. Эти искажения составляют около 50% от всех неполадок в сети электропитания. Одним из эффективных методов защиты нагрузки от искажений этого характера является применение в UPS технологии стабилизации выходного напряжения (AVR). Преимущество этой технологии состоит еще в том, что стабилизация выходного напряжения выполняется без перехода UPS на работу от АКБ, что способствует увеличению ее ресурса.
                В линейно-интерактивных UPS силовой трансформатор инвертора всегда соединен с выходом и работает параллельно со схемой стабилизации входного переменного напряжения, подаваемого в нагрузку. Переход на режим работы от аккумуляторных батарей (АКБ) выполняется только тогда, когда входное напряжение электросети полностью будет отсутствовать. Из-за такого взаимодействия ("interaction") с входным сетевым напряжением ("линией", "line") эта архитектура и берет свое название. 
                Линейно-интерактивная топология подразумевает, что инвертор UPS включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения UPS, а режиме работы от сети производится зарядка аккумуляторных батарей. Переход на работу от аккумуляторных батарей осуществляется UPS только при пропадании сети или выходе ее за допустимые пределы рабочих параметров, и, как правило, такие UPS имеют расширенный диапазон входного напряжения, при котором они на работу от АКБ не переходят. Такой диапазон достигается за счет использования в схеме источника автотрансформатора с переключаемыми обмотками для поддержания на выходе заданного диапазона напряжений. Для более детального рассмотрения режимов работы ступенчатой стабилизации разберем ее работу на конкретных схемах, в качестве которых будем рассматривать входные цепи UPS фирмы PowerCom KIN-625AP. В таких схемах присутствуют решения, которые выполняют фунцию стабилизации выходного напряжения в заданных пределах. Схемотехнически они выполнены практически одинаково, отличие наблюдается только в величине компенсационного напряжения, которое определяется дополнительной интерактивной обмоткой силового трансформатора, т.е. величиной ЭДС, наведенной на данной обмотке.
                Стабилизация выходного напряжения выполняется с помощью дополнительной автотрансформаторной обмотки силового трансформатора. Величина компенсационного напряжения определяется величиной ЭДС, наведенной в ней. Коммутация обмотки выполняется с помощью специальных реле во входных цепях UPS. В зависимости от того, в каком направлении протекает ток через компенсационную обмотку, ЭДС, наведенная в этой ней, либо добавляется к входному напряжению, либо вычитается из него. Конфигурация обмоток силового трансформатора, схема его включения и возможные варианты коммутации реле представлены на рис. 1-3. 
                После включения и первичной диагностики процессор UPS переводит его в режим работы от сети, если она соответствует номинальному значению. В процессе работы UPS контролирует входные и выходные параметры напряжения. Контакты реле RY4В и RY1В замкнуты (см. рис.1), и при этом UPS отслеживает амплитуду напряжения в сети через цепь, подключенную к одному из выводов микроконтроллера. При понижении напряжения сети на 9% -25% от номинального включается реле RY3В. В этом случае сетевой ток протекает еще и через одну из обмоток силового трансформатора, который в этом случае выступает в роли автотрансформатора. В результате, выходное напряжение повышается на 15%, т.е. UPS работает в режиме BOOST (см. рис. 2). При повышении напряжением сети на 9%-25% включается реле RY2В, сетевое напряжение поступает на всю обмотку, а выходное напряжение, снимаее с ее части, понижается относительно сетевого на 13%. Этот режим работы называется BUCK, в нем также за счет автотрансформации силового трансформатора происходит понижение выходного напряжения UPS (см. рис. 3). Таким образом, источники серии KIN обеспечивают стабилизацию выходного напряжения в некотором диапазоне без перехода на работу от аккумуляторных батарей, т.е. в UPS реализована функция стабилизации выходного напряжения под названием AVR. Все реле в этом источнике также управляются микропроцессором через его выходные цифровые порты. 
                Технология AVR в интерактивных UPS применяется практически всегда. Она обеспечивает хорошую стабилизацию выходного напряжения для нагрузки, продлевает ресурс аккумулятора, так как он реже разряжается и переходит на работу от АКБ. Но эта технология не лишена недостатков, один из них - это частый выход из строя коммутирующих реле. Основная причина отказа реле - низкое качество питающей сети, из-за чего происходит слишком частое переключение на работу от аккумуляторов. Каждое срабатывание реле в мощных цепях сопровождается возникновением искры при замыкании контактов, что и приводит в итоге к их "обугливанию" и неправильной работе. Проявление данной неисправности - регулярные щелчки реле после включения источника и при переходе его на работу от сети. При работе от АКБ щелчки отсутсвуют, и присутсвует нормальная работа от аккумуляторных батарей.


Рис. 1.


Рис. 2.


Рис. 3.