Ремонт силовых частотных преобразователей и систем гарантированного бесперебойного питания
Мощность, а по-английски “Power” переводится, как власть – способность управлять людьми и событиями.
В современном мире эти два термина имеют практически одинаковое значение. Именно способность управлять и контролировать электрическую энергию даёт почти неограниченную власть. Или ограниченную доступом к источникам энергии или респеребойности её поступления. Электроэнергия обычно вырабатывается электрическими генераторами, но также может поставляться из таких источников, как электрические батареи. Обычно электроэнергетика поставляет его предприятиям и домам (в качестве бытовой электроэнергии) через электрическую сеть.
Мире все компьютеры, электродвигатели, вычислительные машины, пищевое, коммерческое и музыкальное оборудование практически полностью функционирует с использования электрической энергии. Химические процессы производства, технологические процессы, варка металлов и пластмасс, подготовка, хранение, обработка информации требует непрерывного бесперебойного снабжения энергией всего оборудования и механизмов. Поэтому системы хранения, коммутации и преобразования энергии является “священным граалем” всех современных предприятий.
Источник бесперебойного питания ИБП (или Uninterruptible Power Supply UPS) — это устройство, которое позволяет электронному оборудованию продолжать работать хотя бы в течение короткого времени при отключении основного источника питания. Устройства ИБП также обеспечивают защиту от скачков напряжения. Система ИБП выполняет три основные функции: кондиционирует входящую “грязную” электроэнергию от энергоснабжающей компании, чтобы обеспечить вас чистым, бесперебойным питанием, обеспечивает сквозное электропитание для компенсации просадок или кратковременных отключений, а также обеспечивает плавное отключение системы при полном отключении электроэнергии. Размер ИБП варьируется от устройств, предназначенных для защиты одного компьютера без видеомонитора (около 200 вольт-ампер) или даже меньше, до крупных блоков, питающих целые центры обработки данных или здания. Крупнейший в мире ИБП, система накопления энергии на батареях (BESS) мощностью 46 мегаватт в Фэрбенксе, Аляска, обеспечивает питанием весь город и близлежащие сельские районы во время отключений.
ИБП преобразует входящий переменный ток в постоянный через выпрямитель и обратно с помощью инвертора. Батареи или маховики накапливают энергию для использования в случае сбоя в коммунальной сети. Цепь байпаса направляет питание вокруг выпрямителя и инвертора, обеспечивая ИТ-нагрузку питанием от электросети или генератора.
Типы ИБП и их основные характеристики
Независимые от напряжения и частоты (Voltage and frequency independent VFI): Системы ИБП, независимые от напряжения и частоты (VFI), называются системами двойного преобразования, потому что входящий переменный ток выпрямляется в постоянный, чтобы поддерживать заряд батарей и управлять инвертором. Инвертор воссоздает устойчивую мощность переменного тока для работы ИТ-оборудования. При сбое питания инвертор потребляет энергию от батарей и продолжает работать с ИТ-нагрузкой. Когда питание восстанавливается либо от сети, либо от генератора, выпрямитель подает постоянный ток (DC) на инвертор и одновременно заряжает батареи. Инвертор работает постоянно. Вход сети полностью изолирован от выхода, а байпас используется только для обеспечения безопасности обслуживания или в случае внутренней неисправности электроники.
Независимые от напряжения (Voltage independent VI):ИБП, независимые от напряжения (VI), или интерактивные ИБП с линейным подключением имеют регулируемое выходное напряжение, но такую же выходную частоту, что и входная. Энергия от сети подается непосредственно на выход и ИТ-оборудования, а выпрямитель поддерживает заряд батарей. Инвертор работает параллельно с выходом, компенсируя провалы напряжения и действуя как активный фильтр для скачков напряжения и гармоник. Потери в выпрямителе и инверторе возникают только при колебаниях входной мощности. Когда происходит сбой в подаче питания или напряжение выходит за допустимые пределы, байпас быстро отключается от входа, и инвертор начинает работать от аккумуляторов. Когда входное питание восстанавливается, байпас снова включает вход, перезаряжает батареи и поддерживает постоянное выходное напряжение. Маховики и моторно-генераторные установки также относятся к категории VI.
Зависимые от напряжения и частоты (Voltage and frequency dependent VFD):Зависящий от напряжения и частоты (VFD), или резервный ИБП, функционально похож на VI и иногда ошибочно называется линейно-интерактивным. В обычных системах VFD инвертор выключен, поэтому для начала выработки энергии может потребоваться от 10 до 12 миллисекунд (мс). Этот сбой может привести к сбою серверов, что делает устаревшие ИБП с частотно-регулируемым приводом непригодными для центров обработки данных. В новых концепциях VFD инвертор вырабатывает мощность в течение 2 мс после активации. Байпас обычно включен, как и в случае VI, поэтому оборудование работает непосредственно от сети или генератора. Поскольку инвертор не работает до тех пор, пока не произойдет сбой питания, нет контроля напряжения или потребляемой мощности, что обеспечивает эффективность до 99%. Сбой питания или напряжение за пределами диапазона размыкает обходной переключатель, отключая вход от выхода; инвертор начинает работать от аккумуляторов. Мощность выпрямителя расчитана только чтобы держать батареи заряженными.
Генераторы, устройства защиты от перенапряжения, инверторы и АВР:В отличие от ИБП, генераторы не обеспечивают бесперебойную работу устройств после выхода из строя основного устройства. Однако генераторы обеспечивают питание в течение более длительного периода времени по сравнению с ИБП. Системы ИБП не обеспечивают питание так долго, потому что их питают батареи. Устройства защиты от перенапряжений (подавители) помогают предотвратить проседание и превышение входного напряжения. Однако устройства защиты от перенапряжения не работают во время перебоев в подаче электроэнергии или в случаях, когда основной источник питания отключен от использования. Инверторы мощности — это устройства, которые преобразуют постоянный ток в переменный. Силовые инверторы обычно подключаются к внешнему источнику постоянного тока и непрерывно преобразуют ток в переменный. Силовые инверторы обычно используют одну или несколько батарей для хранения энергии. Автоматические регуляторы напряжения (АВР) контролируют входное напряжение, чтобы свести к минимуму колебания напряжения. АВР обычно используются как в силовых преобразователях, так и в инверторах.
Различие между однофазными ИБП, трехфазными ИБП и двухфазными ИБП:
Фазы ИБП, такие как однофазный ИБП или трехфазный ИБП, описывают количество электрических фаз, которые ИБП получает и передает. Электроэнергетические предприятия производят трехфазную электроэнергию, потому что это наиболее эффективный способ передачи электроэнергии на большие расстояния. А для более крупных потребителей электроэнергии, таких как крупные центры обработки данных, промышленное производство и больницы, питание остается трехфазным, что требует трехфазного ИБП. Для небольших потребителей электроэнергии, включая жилые или офисные здания, мощность преобразуется в однофазную. В некоторых приложениях используется сочетание однофазного и трехфазного оборудования, и для них требуется ИБП, способный защитить и то, и другое. Для таких развертываний наилучшим вариантом часто является ИБП с расщепленной фазой, который может одновременно обеспечивать выходное напряжение 120 В и 208 В.
ИБП какого размера вам нужен?
ИБП имеют номинальную мощность в вольт-амперах (ВА) в диапазоне от 300 ВА до 5000 кВА. Этот диапазон представляет собой максимальную нагрузку, которую может поддерживать ИБП, но он не должен точно соответствовать имеющейся у вас мощности нагрузки. Чтобы иметь возможность для развития, лучше всего выбрать ИБП с номинальной мощностью, которая в 1,2 раза превышает общую нагрузку, которую он должен поддерживать. Если ваш ИБП будет поддерживать двигатели, приводы с регулируемой скоростью, медицинские устройства визуализации или лазерные принтеры, требуется дополнительная мощность, чтобы учесть броски нагрузки, возникающие при запуске этих устройств. Компании, ожидающие быстрого роста, должны использовать множитель выше 1,2x. Более новое серверное оборудование, как правило, требует более высокого энергопотребления, чем более старые модели, поэтому с учетом дополнительных виртуальных машин будет учтено также добавление большего количества более нового оборудования.
Почему модульный ИБП повышает надёжность и снижает общую стоимость эксплуатации?
Последствия сбоя питания в центре обработки данных могут быть катастрофическими. Поэтому надежный и эффективный источник бесперебойного питания (ИБП) является наиболлее важным элементом. Однако, как только ИБП установлен, он становится центром надежности — какой от него прок, если он выйдет из строя? По этой причине наиболее критические нагрузки должны быть защищены самой лучшей конструкцией ИБП. Уникальная конструкция ИБП основана на концепции истинной модульности.
В модульных ИБП каждый модуль ИБП имеет все аппаратное и программное обеспечение, необходимое для автономной работы – выпрямитель, инвертор, аккумуляторный преобразователь, переключатель статического байпаса, защита от обратного тока, логика управления, дисплей и мнемосхема для контроля и управления. Благодаря тому, что все критические компоненты распределены между отдельными блоками, исключаются потенциальные единые точки отказа. Если предусмотрено резервирование, то имеется больше модулей, чем необходимо для обеспечения критической нагрузки. В резервированной системе все модули активны и распределяют нагрузку поровну. Если один модуль выходит из строя, остальные модули берут на себя имеющуюся нагрузку плавно. Система отказоустойчива и не имеет единых точек отказа. Это называется модульный подход с децентрализованной параллельной архитектурой (DPA). DPA обеспечивает не только максимальную надёжность, но и наилучшее удобство обслуживания, масштабируемость и гибкость. В совокупности все эти функции обеспечивают низкую совокупную стоимость владения (TCO).
Модульный подход упрощает установку и ввод в эксплуатацию. Стандартизированные модули снижают уровень складских запасов специализированных запасных частей и упрощают модернизацию системы. Этот подход также окупается, когда речь идет об удобстве обслуживания, так как обслуживающему персоналу не нужны специальные навыки, а человеческий фактор минимизируется. Запасные части могут храниться локально или в ближайшем сервисный центре. Это не только повышает доступность, но и снижает затраты, поскольку сервисные инженеры проводят меньше времени на месте, а любые риски потери данных или производства сведены к минимуму. Унифицированное шасси ИБП, общее для всех модулей, смонтированно в механической раме, в которой размещаются модули ИБП, — соединение ввода-вывода, сигнализация пользовательского интерфейса, сервисный байпас и, в некоторых моделях, системный дисплей. Эти элементы стандартизированы для минимизации затрат на техническое обслуживание.
Производители и линейки ИБП:
Частотные силовые преобразователи:
Частотный силовой преобразователь (Variable Frequency Drive VFD) – это монтируемый на стене или в шкафу привод для управления асинхронными двигателями переменного тока и синхронными двигателями с постоянными магнитами.
Функционально выпрямитель преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное напряжение. Конденсаторная батарея это промежуточная цепь, которая стабилизирует постоянное напряжение. Инвертор преобразует постоянное напряжение обратно к напряжению переменного тока для двигателя переменного тока. Тормозной прерыватель соединяет внешний тормозной резистор к промежуточной цепи постоянного тока, когда напряжение в цепи превышает его максимальный предел.
Как привод переменного тока управляет скоростью двигателя
Поскольку привод переменного тока обеспечивает частоту и выходное напряжение, необходимые для управления скоростью двигателя переменного тока, это осуществляется с помощью ШИМ. ШИМ-приводы производят импульсы различной ширины, которые объединяются для создания необходимой формы сигнала. В некоторых преобразователях используется диодный мост для уменьшения гармоник. Приводы с ШИМ создают форму волны тока, которая более точно соответствует линейному источнику, что снижает нежелательный нагрев. Приводы с ШИМ имеют почти постоянный коэффициент мощности на всех скоростях, который близок к единице. Они также могут управлять несколькими двигателями на одном частотно-регулируемом приводе. Несущая частота получается из скорости переключателя устройства питания, который остается включенным или выключенным. Ее также называют частотой переключения. Следовательно, чем выше несущая частота, тем выше разрешение для ШИМ. Типичная несущая частота находится в диапазоне от 3 кГц до 4 кГц или от 3000 до 4000 раз в секунду по сравнению с более старой технологией и меньшей несущей частотой на основе SCR (Silicon Controlled Rectifier Drives), которая колеблется от 250 до 500 раз в секунду. Таким образом, ясно, что чем выше несущая частота, тем выше будет разрешение формы выходного сигнала. Также отмечается, что несущая частота снижает эффективность частотно-регулируемого привода, поскольку приводит к увеличению нагрева цепи частотно-регулируемого привода.
Производители и линейки частотных приводов:
Наличие сертефицированных специалистов и широкой измерительной базы позволяет ремонтировать и обслуживать питающее оборудование практически любой мощности и напряжения. Векторные частотные преобразователи управления асинхронными двигателями широко распостранены и достаточно надёжны, но, к сожалению, иногда выходят из строя. Отремонтировав вместо приобретения нового, вы получаете значительную экономию. Современные импульсные системы питания промышленного назначения любого производителя могут быть отремонтированы.
Электроника, в отличие от механических вещей, не может быть отремонтирована не качественно. Иначе она просто не будет работать должным образом. Изделие после ремонта практически не отличается от нового и может продолжать работать свой повторный “гарантийный срок”. Конечно, если устранены все внешние причины, из за которых изделие вышло из строя.
Хотите больше фото наших работ? Вам сюда:
Ознакомится с дополнительными возможностями и услугами компании по ремонту промышленной, силовой и другой электроники и систем вы можете на наших дополнительных каталогах и торговых площадках. Переход по ссылкам: