Меню

Тип формы напряжения модифицированная синусоида



Форма выходного сигнала ИБП. Какие применять?

Неверно подобранный ИБП может привести к выходу из строя подключенное к нему оборудование!

В работе ИБП есть два основных режима — «работа от сети» и «работа от батареи». Очень часто при переводе с английского или китайского языка (особенно если переводил не специалист), информация о выходных параметрах ИБП искажается, и Вы, покупатель (проектировщик) прочитав слово «синусоида» считаете, что это хорошо. А вот в каком режиме эта синусоида присутствует — не всегда четко понятно. синус при питании от сети — это «масло масленое», в сети не синуса быть не может, там всегда синус по природе происхождения напряжения и принципу работы генератора. Другое дело, могут быть скачки, выбросы и шумы, но об этом в другой статье. При отсутствии этой самой сети, вернее напряжения в ней, ВАЖНО знать какой формой напряжения будет питаться Ваше оборудование.

В режиме работы от батарей разные модели ИБП подают на выход напряжение 220 вольт, но форма этого напряжения зависит от типа инвертора, установленного внутри.

Итак, инверторы бывают трех типов:

  1. Самые простые (не дорогие) они делают аппроксимированный синус
  2. Посложнее, они делают форму напряжения, приближенную к синусоиде, она называется модифицированный синус.
  3. Самые дорогие и сложные, на выходе которых форма напряжения это чистая синусоида (как в сети).

виды выходного напряжения ИБП

В бытовой и промышленной сети к нам поступает напряжение только синусоидальное, поэтому абсолютно все оборудование, заводами изготовителями рассчитано на питание синусоидальным напряжением. В отсутствии напряжения, получаемого из сети, мы начинаем устраивать «подмену» питающего напряжения, полученного от инвертора ИБП. И тут может возникнуть вопрос: какая форма сигнала (напряжения) пройдет не замеченной при этой «подмене»? Логично будет сказать — используйте только ИБП с чистым синусом и ВСЕ! Но — это самые дорогие из всех выпускаемых, значит надо понимать, а подойдет ли первые или вторые для питания именно Вашего оборудования?

Что к чему подходит:

Условно, все подключаемое оборудование можно условно разделить на три категории:

  1. Оборудование, на входе которого стоит импульсный блок питания, который делает из входящего переменного 220 вольт низковольтное постоянное напряжение, для питания электроники. Пример: компьютер, монитор, роутер, охранные сигнализации, видеонаблюдение. Для организации бесперебойного питания и снижения затрат на эксплуатацию такого оборудования можно смело применять первый или второй тип.
  2. Оборудование с трансформаторным блоком питания на входе и любое оборудование в составе которого есть электромотор. Пример: Hi аудио и видео аппаратура, блоки питания старого поколения (тяжелые), котлы отопления с циркуляционными насосами, холодильники и кондиционеры, насосы для воды. Для бесперебойного питания этой нагрузки (ее называют индуктивной) допускается применять только ИБП с чистым синусом на выходе. Иначе крутые фронты первых двух типов напряжения ( на рисунке) будут разогревать обмотки трансформатора или мотора и он перегорит.
  3. Освещение люминесцентными лампами и лампами накаливания. Лазерные принтеры. Лабораторная техника и медицинское оборудование. Здесь вывод тоже однозначен, только синус! Лампы имеют дроссели, которые представляют собой катушку провода, а накал будет светить не полно. Мед техника изначально критична к качеству электропитания.

Важно! Информация в этой статье должна помочь выбрать Вам ИБП по параметру «форма выходного напряжения при работе от батарей», ибо при работе от сети всегда синус без выбора. Однако, необходимо еще выбрать ИБП по типу построения (параметр «тип ИБП»). От этого зависит степень защиты Вашего оборудования в режиме «работа от сети». Чистая синусоида и просто синусоида — две большие разницы, особенно в загородных сетях. Об этом в разделе типы ИБП.

Источник

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Попутно инвертор может решать дополнительные задачи. Такие, например, как отключение нагрузки при критическом разряде аккумуляторов. Бывают инверторы включающие в свой состав контроллер заряда.

Обратите внимание, что обязательным это устройство является для резервного электроснабжения, т.к. основное питание осуществляется сетевым напряжением 220 В переменного тока с частотой 50 Гц. Поскольку резервное электроснабжение необходимо в моменты отключения основного питания оно и должно обеспечивать те же параметры, что и сетевое.

В случае же автономного электроснабжения, инвертор может использоваться, а может и не использоваться. Это зависит от вашего выбора схемы электроснабжения. Если вы используете в доме обычные бытовые приборы, питание которых рассчитано на напряжение 220 В переменного тока, то инвертор вам необходим. Некоторые являются сторонниками использования электроприборов питающихся от 12 В, тогда они обходятся без инвертора. И в том и другом случае есть свои достоинства и свои недостатки.

Читайте также:  Аккумуляторная батарея напряжение 12в емкость 26ач

При выборе же инвертора прежде всего надо определиться какого характера нагрузка в вашем доме. Дело в том, что инверторы условно можно разделить на два типа.

Первый – инверторы синусоида, обеспечивающие на выходе синусоидальную форму напряжения. Инвертор, так называемый инвертор с чистой синусоидой, обеспечит питание любых ваших бытовых приборов. Его форма напряжения ни чем не отличается от формы напряжения централизованной сети.

Преимущества инверторов с чистой синусоидой выходного тока 220 вольт:

1. Форма волны переменного тока 220 вольт на выходе инвертора имеет крайне малые величины гармонических искажений, и практически не отличается от стандартного напряжения бытовой сети 220 вольт.
2. Индуктивные двигатели микроволновых печей, а также других бытовых приборов, содержащих электродвигатели, работают быстрее, меньше нагреваясь.
3. Меньше шума в таких приборах, как, например, фены, лампы дневного света, аудио-усилители, факсы, игровые приставки и т.д.
4. Меньшая вероятность зависания компьютера, ошибок печати принтера, перебоев и шума монитора.
5. Надежная работа следующих приборов, которые не будут функционировать с током модифицированной синусоиды:

  1. Лазерный принтер, копир, магнито-оптический дисковод
  2. Некоторые портативные компьютеры
  3. Некоторые лампы дневного света
  4. Электроинструменты с транзисторами и переменной скоростью вращения
  5. Некоторые зарядные устройства для беспроводных электроинструментов
  6. Приборы, контролируемые микропроцессорами
  7. Цифровые часы с радио
  8. Швейные машинки с переменной скоростью двигателя и с микропроцессорным контролем
  9. Некоторые медицинские приборы, например кислородные концентраторы

Второй же – инверторы, имеющие на выходе квазисинусоиду (как бы синусоиду), или модифицированную синусоиду. И вот эти инверторы использовать надо с осторожностью. Их можно эксплуатировать тогда, когда среди потребителей нет приборов с трансформаторными входами, электродвигатели и другие устройства представляющие индуктивный характер нагрузки.

Чем это грозит? Грозит это преждевременным выходом из строя ваших бытовых приборов, т.к. при питании их несинусоидальным током происходит, в лучшем случае, потеря мощности, а в худшем перегрев. С электронными приборами, отслеживающими качество напряжения, это может привести к отказам.
Будьте осторожны, отвергая модели инвертора с чистым синусом на выходе и приобретая с квазисинусоидой. Вы можете сэкономить несколько тысяч рублей, но целый ряд современной техники не сможет у вас работать. ак как общий коэффициент гармонических искажений выше в преобразователях напряжения с модифицированной синусоидой, то двигатели при работе будут сильнее нагреваться. Они будут менее эффективными, потребляя до 30% больше энергии, чем у модели инвертора с синусоидой на выходе. Кроме того, инвертор с прямоугольной волной будет вызывать сильный шум и помехи в аудио устройствах и других бытовых приборах, таких как вентиляторы или микроволновые печи.

Источник

Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 1

Вступление

Еще не стерлись из памяти события «лихих» 90-х. Помнится МММ, разгул криминала, веерные отключения электроэнергии. На Украине, например, во второй половине 90-х дело доходило до того, что свет в жилых районах выключали на 2 часа через каждые 2 часа. Помнится, наиболее коварным был зимний период темноты между пятью и семью часами вечера. Как раз, когда народ возвращался с работы. Выгружаешься на остановке, автобус уезжает, и ты остаешься в полной темноте. Пытаешься привыкнуть, трешь глаза, давишь на глазные яблоки. Все безрезультатно, вокруг полная темнота. Делать нечего, осторожно ступаешь во мраке, пытаясь нащупать заветный забор, который должен вывести к родной калитке и потихоньку, на ощупь, домой.

Однако в этих мытарствах были и положительные элементы. Например, резко возрос спрос на разные бензо- и дизель-генераторы, а также на электронные преобразователи и бесперебойные источники тока. Последнее обстоятельство позволило людям творческим применить свои профессиональные навыки и даже немного улучшить на этом поприще свое финансовое положение. А там, глядишь, появились различные фирмочки, выпускающие эти самые преобразователи и бесперебойники. Какой-никакой подъем в экономике образовался, дополнительные рабочие места и т. п. Собственно, и Ваш покорный слуга, примерно в те времена, из электроники слабосильной подался в электронику силовую.

Нельзя сказать, что тогда с этой самой электроникой сильно мудрили. Делали, чтобы было просто, надежно и дешево. В принципе, для того чтобы питать одну-две лампочки, больше ничего и не требовалось. Однако по мере развития процесса конкуренция ужесточалась. Народу уже стало из чего выбирать. Особо привередливые начали интересоваться формой напряжения на выходе преобразователей и бесперебойников. На что им очень обтекаемо отвечали, что форма там практически синусоидальная, но лишь слегка модифицированная. Более честные говорили, что там присутствует синусоида, но только квадратная. А уж совсем честные говорили напрямую, что их преобразователи и бесперебойники формируют на выходе прямоугольное напряжение с паузой. Но параметры этого напряжения (амплитудное и действующее значение, а также частота) практически соответствуют аналогичным параметрам однофазного переменного напряжения бытовой электросети. В принципе, такое напряжение вполне подходило для основных бытовых электропотребителей, таких телевизоры, компьютеры, а также накальные и люминесцентные лампы. Те же электропотребители, которые требовали чисто синусоидального напряжения (асинхронные двигатели, например), были в меньшинстве и погоды особой не делали.

Читайте также:  Номинальное напряжение 230 вольт

Однако такое положение не могло длиться вечно. Количество отключений сокращалось и в какой-то момент они практически вообще прекратились. Однако параллельно на рынке бытовых товаров стали появляться отопительные котлы, оборудованные циркуляционными насосами, приводными задвижками и электронным управлением. Такие котлы требовали высококачественного бесперебойного электропитания. В противном случае, при отключении электричества работа системы отопления полностью нарушалась.

И вот тут возникала некая дилемма. Многие владельцы отопительного чуда уже обладали бесперебойными источниками, мощности которых с лихвой хватало для питания котла. Однако, вот беда, циркуляционные насосы ни в какую не хотели крутиться от «прямоугольной синусоиды». Для чудо-котла надо было приобретать новый чудо-бесперебойный источник, формирующий на выходе чистейшую синусоиду. А куда же теперь девать старый, к которому уже душой прикипели. Нехорошо как-то все это!

Но положение не безвыходное и старый друг нам еще послужит! Для питания асинхронного двигателя от прямоугольного напряжения можно использовать фильтр Отто. Есть множество положительных примеров практического воплощения такого подхода. Однако такой вариант не самый простой и, уж точно, не универсальный. После продолжительной и утомительной настройки фильтр можно будет использовать только с конкретным двигателем. Хотелось бы чего-то более универсального. Таким более универсальным решением будет использование в качестве фильтра феррорезонансного или подобного ему стабилизатора. При этом феррорезонансный стабилизатор, включенный после бесперебойного источника, будет не только исправлять форму его выходного напряжения в периоды отсутствия сети (работа от аккумулятора), но и будет стабилизировать напряжение сети в моменты его присутствия.

Ниже приводится описание и принципиальная электрическая схема феррорезонансного стабилизатора мощностью 1000 Вт. В статье приведены формулы и методика расчета, которая позволит вам пересчитать стабилизатор на другую мощность, если это потребуется.

Феррорезонансный стабилизатор

Феррорезонансные стабилизаторы имеют ряд достоинств, таких как высокая надежность и быстродействие, широкий диапазон входных напряжений, хорошая стабильность выходного напряжения, способность к исправлению формы сильно искаженного входного напряжения. Однако, не смотря на все свои достоинства, эти стабилизаторы имеют и некоторые недостатки, к которым можно отнести относительно низкую удельную мощность и высокий уровень шумов, создаваемых при работе.

Не так давно, в 60-80-х годах прошлого века, феррорезонансные стабилизаторы широко использовались в быту для питания ламповых телевизоров. И старшее поколение читателей, скорей всего, до сих пор помнит тот надрывный гул, которым сопровождалась работа этих аппаратов, которые различались формой и расцветкой, но имели вес 10-15 кг при мощности 250-350 Вт.

Основным источником шумов в феррорезонансном стабилизаторе является насыщающийся дроссель. В работе сердечник этого дросселя постоянно насыщается, что приводит к изменению его линейных размеров. Это явление называется магнитострикционным эффектом. О «шумности» этого эффекта говорит хотя бы тот факт, что он широко используется в гидроакустике для генерации мощных акустических волн. Следовательно, если мы хотим построить тихий стабилизатор, то в первую очередь должны избавиться от насыщающегося дросселя. Однако нельзя просто так выбрасывать неугодные комплектующие из стабилизатора. В этом случае мы рискуем потерять его функциональность. Чтобы этого не произошло, сначала нужно найти достойную замену. И на нашу удачу такая достоянная замена имеется. Еще в 70-х годах прошлого столетия была доказана возможность замены насыщающегося дросселя последовательной цепочкой, состоящей из линейного дросселя и двух встречно-параллельных тиристоров [1]. Такая цепь ведет себя аналогично насыщающемуся дросселю, но в отличие от него имеет меньшие размеры и массу, может оперативно регулироваться за счет управления тиристорами, обеспечивает меньшие потери и, самое главное, гораздо меньше шумит. В технической литературе такая цепочка зачастую называется резонансным тиристорным регулятором (РТР) [2]. При необходимости, два встречно-параллельных тиристора РТР можно с успехом заменить одним симистором.

Работа стабилизатора

Функциональная схема стабилизатора с РТР [2] изображена на Рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема стабилизатора с РТР.

Стабилизатор с РТР имеет практически тот же принцип действия, что и феррорезонансный стабилизатор. Выходное напряжение UН поддерживается на требуемом уровне (220 В). Когда напряжение питающей сети UС имеет минимальное значение, симистор VS1 заперт. При этом напряжение UН поднимается до требуемого уровня за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если же напряжение питающей сети UС имеет максимально допустимое значение, то симистор VS1 постоянно открыт. При этом дроссели L1 и L2 образуют делитель переменного напряжения, уменьшающий сетевое напряжение до требуемого уровня. В феррорезонансном стабилизаторе насыщающийся дроссель также максимально используется при максимальном входном напряжении, и минимально при минимальном. Дроссель L3 совместно с конденсатором С1 образует фильтр третьей гармоники, улучшающий форму выходного напряжения стабилизатора.

Рассмотрим подробнее работу стабилизатора с РТР. На Рисунке 2 изображены осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР. Выходное напряжение стабилизатора UН выпрямляется при помощи выпрямителя В2. Выпрямленное напряжение UВ2 поступает на фильтр Ф, который выделяет из него среднее, действующее или амплитудное значение, в зависимости от того, какое значение выходного напряжения UН требуется стабилизировать. Далее напряжение с выхода фильтра поступает на сумматор, где сравнивается с опорным напряжением UОП. С выхода сумматора напряжение ошибки поступает на регулятор Рег, который формирует управляющий сигнал, призванный компенсировать отклонение выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение регулятора UПОР поступает на вход порогового устройства ПУ и определяет его порог срабатывания. На другой вход порогового устройства подается синхронизирующее напряжение UВ1, привязанное к моментам перехода через ноль выходного напряжения UН стабилизатора. На выходе порогового устройства ПУ формируются импульсы управления UУПР, которые усиливаются усилителем мощности УМ и в требуемой полярности поступают на управляющий электрод симистора VS1. Синхронизирующее напряжение создается при помощи интегратора Инт и выпрямителя В1. Благодаря интегратору, импульсы выпрямленного напряжения UВ1 отстают от импульсов UВ2 на 5 мс (фазовый сдвиг –90°).

Импульсы управления UУПР формируются на нарастающем фронте UВ1 между нулевым и амплитудным значением этого напряжения. При увеличении порогового напряжения UПОР импульсы управления максимально сдвигаются к амплитудному значению UВ1 и, соответственно, к нулевому значению UВ2. В этом случае симистор открывается в районе нулевого значения UН и через линейный дроссель L2 протекает незначительный ток IL2, который не оказывает существенного влияния на выходное напряжение стабилизатора. При уменьшении порогового напряжения Uпор импульс управления сдвигается в сторону амплитудного значения UН и через линейный дроссель L2 начинает протекать существенный ток, который шунтирует выход стабилизатора и уменьшает величину его выходного напряжения.

Если выходное напряжение стабилизатора меньше требуемого, то регулятор Рег увеличивает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, уменьшается, и выходное напряжение стабилизатора возрастает за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если выходное напряжение больше требуемого, то регулятор Рег уменьшает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, увеличивается и выходное напряжение стабилизатора уменьшается.

Расчет силовой схемы стабилизатора

Рассмотрим практическую методику расчета стабилизатора мощностью 1000 ВА. Такой стабилизатор может использоваться как независимое устройство или совместно с устаревшими источниками бесперебойного питания для получения синусоидальной формы напряжения.

Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью SН = 1000 ВА изображена на Рисунке 3. Стабилизатор рассчитан на работу от сети переменного тока 220 В 50 Гц c нагрузкой, имеющей коэффициент мощности cos φН ≥ 0.7, и формирует выходное напряжение UН = 220 В ±1% во всем диапазоне нагрузок при изменении входного напряжения от 150 до 260 В.

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью 1000 ВА.

Первым делом необходимо определить емкость резонансного конденсатора. Реактивную мощность резонансного конденсатора для стабилизатора без фильтра третьей гармоники можно найти по формуле:

– угловая частота сетевого напряжения, рад/с.

Зная реактивную мощность резонансного конденсатора, найдем его емкость:

Найдем индуктивность линейного дросселя L1:

Найдем индуктивность линейного дросселя L2:

Найдем индуктивность линейного дросселя L3:

Так как в стабилизаторе для улучшения формы выходного напряжения установлен фильтр третьей гармоники, емкость резонансного конденсатора можно уменьшить:

В качестве C1 можно использовать компенсирующие конденсаторы типа К78-99 или аналогичные, предназначенные для коррекции коэффициента мощности электромагнитных дросселей газоразрядных ламп. Например, можно использовать два включенных параллельно конденсатора К78-99 емкостью 50 мкФ, рассчитанных на напряжение 250 В переменного тока. Для этой же цели можно использовать конденсатор типа МБГВ 100 мкФ на напряжение 1000 В.

Источник