что такое линейная нагрузка
линейная нагрузка
3.3.2 линейная нагрузка: Нагрузка, для которой потребляемый от источника ток определяется по формуле
3.2.2 линейная нагрузка: Нагрузка, для которой потребляемый от источника ток определяется соотношением
3.2.9 линейная нагрузка (linear load): Нагрузка, для которой ток, идущий от источника, определяется соотношением
Полезное
Смотреть что такое «линейная нагрузка» в других словарях:
линейная нагрузка — Нагрузка, в которой ток и напряжение связаны между собой линейным законом. EN linear load load where the parameter Z (load impedance) is a constant when a variable sinusoidal voltage is applied to it and that a sinusoidal voltage causes a… … Справочник технического переводчика
линейная нагрузка вращающейся электрической машины — линейная нагрузка Отношение арифметической суммы действующих значений токов всех проводников обмотки якоря. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические вращающиеся в целом Синонимы линейная нагрузка … Справочник технического переводчика
линейная нагрузка (электрической машины) — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric loading … Справочник технического переводчика
линейная — 98 линейная [нелинейная] электрическая цепь Электрическая цепь, у которой электрические напряжения и электрические токи или(и) электрические токи и магнитные потокосцепления, или(и) электрические заряды и электрические напряжения связаны друг с… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
линейная тепловая нагрузка ТВЭЛа — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN linear heat rate … Справочник технического переводчика
Нагрузка, разрушающая — Разрушающая нагрузка Наименьшее значение механической нагрузки, приложенной к арматуре в заданных условиях, вызывающее ее разрушение Смотреть все термины ГОСТ 17613 80. АРМАТУРА ЛИНЕЙНАЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Источник: ГОСТ 17613 80. АРМАТУРА… … Словарь ГОСТированной лексики
ГОСТ 17613-80: Арматура линейная. Термины и определения — Терминология ГОСТ 17613 80: Арматура линейная. Термины и определения оригинал документа: 6. Анкерная опора Опора, устанавливаемая на пересеченной местности в местах изменения числа, марок и сечений проводов и воспринимающая разность тяжения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
разрушающая нагрузка — 3.8 разрушающая нагрузка: Наименьшее растягивающее усилие, при котором происходит разрыв образца цепи при испытании. Источник: ГОСТ 30188 97: Цепи грузоподъемные калиброванные высокопрочные. Технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 17613-80. АРМАТУРА ЛИНЕЙНАЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ — Арматура Арматура, защитная Арматура, контактная Арматура, линейная Арматура, натяжная … Словарь ГОСТированной лексики
разрушающая нагрузка — Наименьшее значение механической нагрузки, приложенной к арматуре в заданных условиях, вызывающее ее разрушение. [ГОСТ 17613 80] Тематики арматура линейная … Справочник технического переводчика
Аварийность силовых сетей и реальные способы ее снижения
Анонс: аварийность силовых сетей и перспективы ее снижения в мире и России. Максимально просто о нагрузках «идеальной» и реальной современной силовой сети. Коэффициент мощности из традиционного «треугольника» и de facto.
В последние десятилетия во всех развитых странах мира отмечается увеличение числа аварий на объектах разного назначения, и хотя International Electrotechnical Commission (аббрев. IEC) уже неофициально признала факт критического негативного влияния на рост аварийности сугубо «электрических» проблем введением IEEE 1531-2020 буквально в разгар пандемии, а в нашей стране, как говорится, воз и ныне там.
Безусловно, прогрессом в этом направлении в России стали ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, ГОСТ Р 59032.1/4-2020, однако пока все наработки в стандартах не более, чем декларации на бумаге, а Минэнерго и те же «Россети» или ФСК ЕЭС больше заняты продвижение IT-отрасли в цифровой трансформации электросетей и игнорируют явные нарастающие проблемы в силовых сетях объектов.
По старинке коэффициент мощности оценивает негативное влияние силовой сети абонента на распределительную сеть, а в отношении самого объекта контроль буквально сведен на нет, хотя не так давно приказом № 465 Минэнерго РФ было введено техническое освидетельствование сетей 1 кВ и выше. Т. е. по факту получилось, что спасение утопающих — дело рук самих утопающих, и поэтому ряд материалов команды «МИРКОН» направлен на помощь этим утопающим в решении проблемы аварийности силовых сетей объектов.
Максимально просто о нагрузках «идеальной» и реальной современной силовой сети
В «идеальной» трехфазной системе:
Справка
Не вполне корректно говорить, что линейная нагрузка — только резистивная. Нагрузки с опережающим напряжением (индуктивная) или опережающим током (емкостная) считаются линейными, поскольку даже если две формы сигналов не совпадают по фазе друг с другом, искажения формы сигнала не происходит.
Однако в типовой современной силовой сети превалирующее большинство нагрузок — нелинейные.
Справка
Нагрузка считается нелинейной, если потребляемый ей ток не будет синусоидальным даже при подключении к источнику синусоидального напряжения, т. е. здесь не работает закон Ома, поскольку сопротивление не является постоянным, а ток изменяется во время каждой волны синусоиды напряжения, что на практике приводит к серии положительных и отрицательных импульсов. Такой нелинейный ток содержит частотные составляющие, кратные частоте энергосистемы, взаимодействующие с импедансом электросети и ответственные за искажения напряжения.
Наиболее распространенными нелинейными нагрузками в современных энергосистемах являются энергоэффективные приводы с регулируемой скоростью и импульсные источники питания (SMPS), устройства дугового разряда, энергосберегающие системы освещения, компьютерная техника и пр.
Наложение токов гармоник в нейтрали
Коэффициент мощности из традиционного «треугольника» и de facto
Коэффициент мощности — математический параметр, на который, тем не менее влияют, как характер нагрузки, гармонические искажения, так и дисбаланс нагрузок, причем ситуация ухудшается с увеличением фазового сдвига между током и напряжением, а также с увеличением искажения тока.
Коэффициент мощности находят, как отношение значений активной Р и полной S мощности и (условно) cosϕ служит мерой эффективности использования энергии нагрузкой, т. е., упрощенно, в системе электроснабжения нагрузка с высоким коэффициентом мощности потребляет меньше тока, чем нагрузка с низким cosϕ при том же количестве передаваемой полезной мощности и, таким образом, имеет лучший КПД. Уменьшение активной мощности Р в сравнении с полной S вызвано потребностью в реактивной энергии Q, условно не выполняющей полезной работы, хотя она идет на создание магнитного поля индуктивной нагрузки.
Традиционный плоский треугольник мощности продолжает использоваться для расчетов в современных энергетических системах, хотя это правомерно только для силовых сетей с линейными нагрузками, ток и напряжение которых сохраняет форму правильной синусоиды, а при наличии в системе гармоник появляется новый фактор — (упрощенно) мощность искажений D, а при расчетах нужно переходить на объемную форму геометрических зависимостей мощностей (более детально см. «Теории и IEEE 1459 о балансе мощности»).
Объемный параллелепипед баланса мощности в силовой сети
Т. е. de facto современная энергосистема не может и не должна оцениваться по коэффициенту мощности cosϕ на фундаментальной частоте, а с учетом искажений на всех нефундаментальных частотах, которые по факту и ответственны за большую долю аварийных ситуаций в силовых сетях объектов.
Важно
Предварительно посчитать объемы перетока реактивной мощности можно на простом калькуляторе, а специалисты «МИРКОН» могут детализовать реальные финансовые, технические и технологические преимущества пакетного устранения искажений на фундаментальной и нефундаментальных частотах для конкретной силовой сети.
Часть фото взята из открытых источников
Что такое фазное и линейное напряжение?
Уровень напряжения является потенциальной характеристикой качества снабжения электрической энергией потребителей. Приборы длительно эксплуатируются при условии работы в допустимом диапазоне мощности сети. Для определения параметров функционирования и подключения различают фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях. На выходе от производителя напряжение изменяется для транспортировки, а после обратных преобразовательных этапов приобретает значение, применяемые потребителями.
Что такое фаза?
Фаза является значением тригонометрической функции, например определяющей вид или описывающей волновое или колебательное движение. Величина тождественна углу или аргументу периодической функции. Зависимость целой фазы от координат и времени не всегда бывает линейной и гармонической. Конец проводника, по которому ток поступает в цепь, или зажим представляет собой начало фазы. Изменение вольтажа цепи через временной промежуток является проекцией лучевого вектора на координатную ось.
Цепь представляет собой стандартные элементы — энергетический генератор, цепь передачи, приемник. Для понятия, что такое фазное, линейное напряжение, их взаимодействие требуется определение фазы. Положение фазы действует только для магистралей переменного тока. Понятие определятся в виде уравнения сектора векторного вращения с фиксацией одного конца в исходе координат.
Электрические линии отличаются числом фаз: одно-, двух-, трех- и многофазная.
В России популярна трехфазная сеть для питания потребителей, которые представлены бытовыми строениями или промышленными объектами. Подключение отличается преимуществами по сравнению с электроснабжающей однофазной цепью:
Работа в трехфазной цепи зависит от взаимного соотношения ее компонентов. Показатели напряжения зависят от фазы (угла наклона векторного луча к координатной плоскости оси). Вольтаж определяется по земельному потенциалу, который равен нулю. Из-за этого кабель с присутствующим вольтажом именуют фазным, а заземляющий провод — нулевым. Угол фазы единичного вектора не имеет особой значимости, т. к. в линии он делает полный оборот на 360° за 1/50 часть секунды. Во внимание берется междуфазный угол относительности 2 векторов.
В сети с применением реактивных деталей угол берется между векторными показателями электротока и вольтажа, он носит название сдвига фазы. Если значения подключенных нагрузок со временем не изменяются, то величина сдвига будет всегда постоянной. Неизменность показателя используется в расчете электрической линии и анализа работы.
При намотке на катушке множества оборотов провода номинальное напряжение увеличивается пропорционально числу витков. Явление привело к разработке генераторов, обеспечивающих потребителей электричеством. Для эффекта от применения магнитного поля иногда устанавливают несколько бобин. Статорное магнитное поле за поворот ротора пересекают одновременно 3 катушки, что ведет к увеличению мощности генератора. Это позволяет запитать сразу 3 пользователей.
Что такое фазное напряжение?
В трехфазных магистралях большинства государств размер напряжения равен 220 вольт. Фазный вольтаж измеряется в промежутке между фазами в начале и конце провода. Практически это величина посередине нулевого проводника и напряженного кабеля. При подсоединении по типу звезды значения линейных токов и фазного электричества не отличаются.
Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220 В).
Симметричная система исключает присутствие нейтральной жилы, при несимметричном способе нулевой кабель поддерживает соразмерность с источником. Во втором варианте часто в цепь включаются приборы освещения, и требуется независимое функционирование 3 рабочих кабелей, тогда выводы приемника объединяются по типу треугольника.
Межфазное напряжение используется в многоквартирном секторе с магазинами или офисами на первых этажах. Так можно запитать торговые площадки силовыми кабелями в целях обеспечения 380 вольт. В высотках подключение обеспечивает лифты, эскалаторы, промышленные холодильники. Разводка выполняется относительно просто, учитывая, что в жилье идет ноль и жила под нагрузкой, а на общественные помещения ответвляются 3 рабочих кабеля и нейтральная жила.
Отличие трехфазного тока от однофазного состоит в том, что показатель сети — это линейная мощность, а параметры, имеющие отношение к нагрузке, представляют собой фазный вольтаж. От станции к потребителю проводится линия, включающая рабочие жилы и нулевой провод. Для снижения утечек при прохождении по цепи в начале и конце сети ставятся преобразователи, но картина от этого не изменяется. Нейтральный провод фиксирует и транспортирует пользователю заявленный потенциал, полученный на выходе. Мощность в проводе под нагрузкой создается, исходя из значения в нейтрали.
Величина напряжения фазы выявляется и возникает относительно центра подключения обмоток — нейтрального провода. В симметричной относительно нагрузок схеме трехфазной цепи через ноль передается ток с минимальными показателями. На выводе такой линии провода под нагрузкой окрашиваются в общепринятые стандартные цвета:
Такие мощные линии проводятся к крупным потребителям — целым микрорайонам, заводам. Для небольших приемников монтируется однофазная линия, включающая нагруженный провод и дополнительный ноль. При равномерном распределении мощности в однофазных ответвлениях появляется равновесие в трехфазной конструкции. Для прокладки составляющих ветвей принимается напряжение фазы одной жилы относительно нейтрали.
Что такое линейное напряжение?
В трехфазной магистрали можно выделить дополнительное напряжение, при подсоединении перемычку между 2 нагруженными кабелями. Значение его выше, т. к. является проекцией на плоскость координат 2 векторов, составляющих угол 120° между собой. Довесок к значению фазового напряжения составляет 73% или рассчитывается как √3-1. Общепринятое линейное напряжение в электролинии всегда составляет 380 вольт.
Линейное напряжение — это напряжение между двумя фазными проводами (380 В).
Напряжение вычисляется в промежутке фаз или между их выводами. При монтаже схемы появляются трудности, заключающиеся в неточности при расчете проводника, что иногда вызывает аварию. Схемы подключения различаются вариантами объединения нагруженных жил и источника электричества. Преимущества однофазной сети:
Расчеты в системе простые, выполняются с учетом стандартных физических формул. Для замеров показателей цепи используется мультиметр. Характеристики подключения к фазе определяются с помощью специальных вольтметров, токовых датчиков.
Линейное напряжение возникает при прохождении электрического тока в подводнике при объединении источника энергии и приемника. При понижении мощности на участке между выходом генератора и потребителем параметры фазного вольтажа также изменяются. Зная линейные показатели, нетрудно высчитать значение фазного напряжения.
i_shalyt
i_shalytЗаметки о техническом переводе
(004) Виды электрических нагрузок
Сегодня мы рассмотрим виды электрических нагрузок.
Не расстраивайтесь, если вам не все будет понятно, особенно в примерах. Невозможно объяснить все сразу. По мере ознакомления с материалом, вы сможете вернуться к этим заметкам и лучше понять инженерную суть вопроса.
Классификация электрических нагрузок
Рассмотрим некоторые виды электрических нагрузок
активная нагрузка
active load
real load
resistance load
resistive load
Активная нагрузка практически не содержит электрической емкости и индуктивности. Потребляемая мощность полностью преобразуется в свет, тепло, механическую энергию.
Типичными представителями активной нагрузки являются: лампочка накаливания, утюг, электрический чайник и т. д.
реактивная нагрузка
reactive load
reactive termination
Реактивная нагрузка содержит электрическую емкость и/или индуктивность.
Типичными представителями реактивной нагрузки являются: электродвигатель, электрический конденсатор, трансформатор, электрический реактор и т. д.
емкостная нагрузка
(электрическая) нагрузка емкостного характера
capacity load
condensive load
load capacitance
capacitive nature of the load
индуктивная нагрузка
(электрическая нагрузка) индуктивного характера
inductance load
inductive load
inductive nature of the load
однофазная нагрузка
single-phase load
Однофазная нагрузка – это электроприемник с двумя выводами, который включается между фазным и нулевым рабочим проводником трехфазной четырехпроводной сети. Типичными представителями однофазной нагрузки являются: электрическая лампочка, утюг, электрический чайник и т. д.
трехфазная нагрузка
three — phase current consumer ,
three — phase load
Трехфазная нагрузка – это электроприемник с тремя выводами, который подключается к фазным проводникам трехфазной сети. Типичным представителем трехфазной нагрузки является трехфазный электродвигатель.
Примеры
The power rating of single-phase loads does not exceed 10% of the total rating.
Мощность однофазных нагрузок не превышает 10 % максимально допустимой мощности.
Control and monitoring of single- or three-phase loads up to 100A.
Контроль и управление одно- или трехфазными нагрузками с током до 100 А.
Single-phase load upstream of the motor.
Однофазная нагрузка , расположенная между источником питания и электродвигателем.
A variety of breaker and connector options can be chosen to supply either three-phase or single-phase power to the load.
Широкий выбор автоматических выключателей и кабельных розеток позволяет легко подобрать нужный модуль для подачи питания на трехфазные и однофазные нагрузки.
симметричная нагрузка
balansed load
Если мощности однофазных нагрузок, подключенных к разным фазным проводникам 3-фазной сети, равны (т. е. если они одинаково нагружают каждую фазу), то в фазных проводниках текут равные токи, и такая нагрузка называется симметричной
несимметричная нагрузка
unbalansed load
линейная нагрузка
linear load
нелинейная нагрузка
distorting load
non-linear load
Technological development in the industrial and household field has lead to the spread of electronic equipment which, due to their operating principle, absorb a non sinusoidal current (non linear load).
Применение в промышленности и в быту современных технологий привело к широкому распространению электронного оборудования, которое в силу используемого принципа работы потребляет несинусоидальный ток (т. е. является нелинейной нагрузкой).
The present plant engineering applications frequently imply the presence of non linear loads generating current harmonics and therefore it may be necessary to carry out power factor correction in non-sinusoidal steady state.
В современных электроустановках часто присутствуют нелинейные нагрузки, которые генерируют гармоники тока. В результате коррекцию коэффициента мощности приходится выполнять в сети, в которой протекают несинусоидальные токи.
The most common non-linear loads generating harmonic currents use power electronics, such as variable speed drives, rectifiers, inverters, etc. Loads such as saturable reactors, welding equipment, and arc furnaces also generate harmonics.
Большинство нелинейных нагрузок, генерирующих гармоники тока, используют силовую электронику. К ним относятся преобразователи частоты (приводы с регулируемой частотой вращения), выпрямители и инверторы. Источниками гармоник тока также являются дроссели насыщения, сварочное оборудование и дуговые печи.
The setting up of several transformers as close as possible to the distributed loads allows the length of LV connections to be reduced.
Несколько трансформаторов, расположенных вблизи распределенной нагрузки, позволяют уменьшить длину низковольтных линий.
======================
Следующий раз мы поговорим об электрической энергии
А. А. Лопухин Источники бесперебойного питания без секретов
Главная > Документ
| Информация о документе | |
| Дата добавления: | |
| Размер: | |
| Доступные форматы для скачивания: |
Коэффициент гармонических искажений чисто синусоидального колебательного процесса равен нулю (вся энергия содержится в основной гармонике). Обычно считается, что колебание слабо отличается от синусоидального, если коэффициент гармонических искажений не превышает 5 %.
Линейные и нелинейные нагрузки
Если мы подключим к источнику напряжения постоянного тока резистор и будем менять величину напряжения, ток, протекающий в цепи, будет меняться пропорционально напряжению.
Если мы подключим к источнику синусоидального переменного напряжения (например к сети или к ИБП с синусоидальным выходным напряжением) резистор, мгновенное значение тока в цепи будет пропорционально мгновенному значению напряжения. Следовательно ток в цепи будет синусоидальным, причем синфазным напряжению (т.е. максимальные значения тока будут наблюдаться точно в те же моменты вермени, что и максимальные значения напряжения.
Рис. 23а. Ток потребления резистора в цепи переменного тока.
Если мы подключим к источнику синусоидального напряжения емкость, индуктивность или любое сочетание их с резисторами, ток в цепи по-прежнему будет синусоидальным (см. рис 23б).
Рис. 23б. Ток потребления емкостной нагрузки в цепи переменного тока.
Но в этом случае, максимумы тока будут опережать максимумы напряжения (как на рисунке) или отставать от них. В зависимости от преобладания в цепи емкостей или индуктивностей, такую нагрузку называют екостной или индуктивной. А в совокупности все нагрузки (потребители электроэнергии) с синусоидальным током потребления (при синусоидальном напряжении) называются линейными.
Импульсный блок питания (например компьютера) является нелинейной нагрузкой. Если компьютер подключить к источнику синусоидального напряжения, то зависимость тока, потребляемого компьютером, от времени будет иметь вид, показанный на рис. 23в.
Рис. 23в. Ток потребления нелинейной нагрузки в цепи переменного тока.
На рисунке хорошо видно, что компьютер потребляет ток только в моменты, когда напряжение близко к своему максимуму, и не потребляет ток при низком напряжении.
Форму тока, потребляемого нелинейной нагрузкой можно охарактеризовать теми же параметрами, что и любой колебательный процесс.
Коэффициент амплитуды (пик-фактор) тока потребления импульсных блоков питания всегда намного больше единицы. Обычно он находится в диапазоне от 2 до 3, но может и быть более 5.
Источник бесперебойного питания должен быть рассчитан на работу с такими пик-факторами. Т.е. ИБП должен не только обеспечивать действующее значение тока, соответствующее максимальной нагрузке, но и максимальное (амплитудное) значение тока, существенно превышающее амплитудуу синусоидального тока с таким же действующим значением.
С другой стороны, если блок питания компьютера оставить работать на холостом ходу или с очень маленькой нагрузкой (например взять блок питания мощностью 400 Вт и поставить его в простую персоналку минимальной мощности), то коэффициент амплитуды тока может быть очень велик (например 5). Если тот же блок питания нагрузить полностью (скажем установить его в файловый сервер с большими дисками, модемами и др.), то коэффициент амплитуды уменьшится (и составит например 2.5).
На рис. 24 представлен примерный вид спектра тока импульсного блока питания. Вернее сказать, что это начало спектра. Полный спектр тока импульсного блока питания включает многие десятки гармоник.
Рис. 24. Начало спектра тока импульсного блока питания.
В токе потребления импульсного блока питания присутствует набор нечетных гармоник, амплитуда которых более или менее монотонно уменьшается с номером гармоники.
Если компьютеры подключены к электрической сети, в которую включены и другие (и, в основном, линейные) потребители электроэнергии, то отличие формы тока, потребляемого блоком питания компьютера, от синусоиды не оказывает влияния ни на сами компьютеры, ни на другое оборудование, подключенное к той же электрической сети.
Если в сеть включены в основном компьютеры и их суммарная мощность сопоставима с характерной мощностью электрической сети, то напряжение в сети может перестать быть синусоидальным. Это является признаком перегрузки электрической сети нелинейными нагрузками, и может служить причиной сбоев в работе чуствительного оборудования.
Если вершина синусоиды начинает заостряться, значит кроме третьей в сети появилась и пятая гармоника: сеть сильно перегружена нелинейными нагрузками.
Форма выходного напряжения ИБП
Источник бесперебойного питания является временным заменителем электрической сети для подключенного к нему оборудования. Качество этой замены сильно зависит от типа и марки ИБП.
В электрической сети напряжение имеет синусоидальную форму или форму, близкую к синусоиде.
Все высококлассные ИБП тоже имеют синусоидальную форму выходного сигнала, т.е. обеспечивают электропитание практически не отличающееся от обычной сети или даже имеют синусоиду более высокого качества.
На выходе ИБП (как и в сети) синусоида может быть не совсем идеальной.
Для определения коэффициента гармонических искажений обычно нужно специальное оборудование. Но можно приблизительно оценить величину полного коэффициента гармонических искажений просто по осциллограмме напряжения. Если вы видите слабые искажения, то коэффициент гармонических искажений около 5 %. Если искажения очень хорошо заметны, коэффициент гармонических искажений примерно равен 10 %.
Рис. 25. Напряжение с коэффициентом гармонических искажений 5 %.
При коэффициенте гармонических искажений более 20 % у вас «не поднимется рука» назвать форму кривой напряжения синусоидой.
Этот способ, как и любое упрощение, имеет свои ограничения. В частности, чем больше номер гармоники, тем при меньшем коэффициенте гармонических искажений ее хорошо видно.
Синусоидальное выходное напряжение имеют все ИБП с двойным преобразованием, феррорезонансные ИБП и большинство ИБП, взаимодействующих с сетью. Для всех этих ИБП полный коэффициент гармонических искажений выходного напряжения, равный 5%, является граничным. Если коэффициент гармонических искажений на выходе ИБП меньше 5%, то ИБП по этому параметру можно считать «хорошим». Если эта величина больше 5%, то форма выходного сигнала ИБП оставляет желать лучшего.
Такими предельными условиями (их набор или сочетание может быть разным для разных моделей ИБП) могут быть максимальная нагрузка или холостой ход (отсутствие нагрузки); предельный или запредельный коэффициент мощности (например меньший, чем 0.5), слишком большой пик-фактор. Серьезные искажения выходное напряжение может претерпевать также при различных переходных процессах (например при ступенчатом изменении нагрузки).
На режиме работы от сети ИБП с переключением и взаимодействующий с сетью питают свою нагрузку отфильтрованным сетевым напряжением. То есть они в этом случае не являются независимыми источниками питания. Таким источником является электрическая сеть. Это значит, что коэффициент гармонических искажений на входе блока питания компьютера будет примерно таким же, как и без ИБП. Это так, поскольку фильтры этих ИБП не предназначены для фильтрации низкочастотных гармоник, и свободно их пропускают. Соответственно, если в сети были сильные гармонические искажения до установки ИБП (из-за общей перегрузки сети или большой доли мощности нелинейных нагрузок), они такими и останутся. Если этих искажений не было, они и не появятся.
Иначе обстоит дело с феррорезонансным ИБП и ИБП с двойным преобразованием энергии. Они являются в рассматриваемом смысле независимыми источниками питания. Поэтому все сказанное выше относительно искажений формы сетевого напряжения нужно в этом случае отнести к выходному напряжению ИБП. Если эти ИБП сильно (почти до номинальной мощности) нагружены нелинейными нагрузками, то на входе этих нагрузок могут появиться искажения основной гармоники, которых не было без ИБП. С другой стороны, если при работе от сети наблюдались гармонические искажения, то они могут пропасть после установки ИБП, если ИБП недогружен.
Если нелинейная нагрузка on-line ИБП составляет более двух третей его полной мощности, то напряжение на выходе ИБП может быть заметно искажено. Не опасное само по себе для компьютеров искажение формы напряжения является нехорошим признаком того, что нагрузка ИБП слишком велика. Лучше установить ИБП большей мощности или отключить от него какое-либо оборудование.
Некоторые высококлассные ИБП с двойным преобразованием оснащены специальной управляющей цепью, назначением которой является корректировка формы выходного напряжения даже при работе с нелинейными нагрузками большой мощности. На выходе этих ИБП напряжение не имеет заметных гармонических искажений, даже в случае, если ИБП питает нелинейные нагрузки значительной мощности.
Разумеется все компьютеры и другое оборудование, предназначенное для питания от сети переменного тока, рассчитано на синусоидальное напряжение. Вряд ли какой-нибудь производитель этой техники готов гарантировать нормальную работу его оборудования с сильно несинусоидальным напряжением.
Тем не менее, большинство потребителей электрической энергии могут питаться напряжением переменного тока несинусоидальной формы. Причем для разного оборудования более важны разные характеристики синусоидального напряжения питания. Например оборудование, оснащенное импульсными блоками питания (скажем, персональные компьютеры) потребляет ток только в моменты времени, когда напряжение очень близко к максимуму. Потому для питания такого оборудования важно правильное амплитудное значение напряжения. Оборудование, имеющее непосредственно питаемые электрические двигатели и нагреватели, требует номинального действующего значения напряжения. Синусоидальное напряжение отвечает требованиям любой из этих нагрузок.
Но почти все виды нагрузок (оборудования), в том числе компьютеры, может более или менее нормально работать с напряжением, которое очень сильно отличается от синусоидального. Этим обстоятельством широко пользуются производители ИБП с переключением.
Раньше (очень давно) некоторые ИБП с переключением имели выходное напряжение в форме меандра (прямоугольных импульсов разной полярности).
Когда мы заменяем синусоидальное напряжение тем или иным его приближением, мы должны выбрать параметры этого приближения такими, чтобы они были наиболее близки параметрам заменяемой синусоиды. Но у меандра амплитудное и действующее значения напряжения равны друг другу (коэффициент амплитуды равен единице). Поэтому мы не можем сделать напряжение прямоугольной формы таким, чтобы оно одновременно удовлетворяло требованиям различных нагрузок.
В попытках найти компромисс производители таких ИБП устанавливали прямоугольное напряжение равным некоторому значению, лежащему между амплитудным и действующим. В результате получалось, что некоторые нагрузки (требующие правильного действующего значения напряжения) могли выйти из строя из-за избыточного напряжения, в то время, как другому оборудованию (потребляющему ток при напряжениях, близких к максимуму) это напряжение было слишком мало.
Для того, чтобы среднеквадратическое и амплитудное значение прямоугольного напряжения были равны соответствующим значениям синусоидального напряжения, производители современных ИБП с переключением слегка изменили форму меандра, введя паузу между прямоугольными импульсами разной полярности.
Рис. 27. Меандр с паузой.
Выходное напряжение всех попадавшихся мне ИБП с переключением, присутствующим на рынке России, имеет вид ступенчатого приближения к синусоиде.
Иногда производители ИБП соблюдают декларируемое равенство действующего значения напряжения на выходе ИБП действующему значению напряжения сети весьма приблизительно. Длительность пауз, и амплитуда прямоугольного напряжения заметно отклоняются от расчетных значений.
Эти отклонения видимо не могут служить основанием для того, чтобы объявить тот или иной ИБП плохим. Ведь все они нормально работают с персональными компьютерами, для работы с которыми они собственно и предназначены.
Реальная форма выходного напряжения ИБП с переключением приведена на рис. 28.
Рис. 28. Осциллограммы напряжения и тока персонального компьютера, подключенного к ИБП с переключением.
На той же осциллограмме приведена и кривая потребляемого компьютером тока. Это позволяет оценить, насколько «несладко» приходится компьютеру, защищаемому ИБП с переключением. Но, как ни странно, сильные импульсные токи, потребляемые компьютером в моменты начала и конца прямоугольного импульса, не влияют на работу компьютера. Они полностью подавляются блоком питания компьютера, на выходе которого наблюдается постоянное напряжение с обычным уровнем пульсаций.
Не следует также забывать, что компьютер, защищаемый ИБП с переключением, питается несинусоидальным напряжением только в моменты работы ИБП от батареи (т.е. очень кратковременно). При работе ИБП от сети, компьютер питается сетевым напряжением, сглаженным с помощью встроенных в ИБП фильтров шумов и импульсов.
Возможность применения ИБП с переключением для питания другого оборудования (не компьютеров) требует, вообще говоря, проверки в каждом подобном случае. Известны случаи, когда с такими ИБП отказывались работать некоторые принтеры. С другой стороны, известны случай применения ИБП с переключением для защиты таких нетрадиционных нагрузок, как телефонные станции или кассовые аппараты с трансформаторными блоками питания.
К применению ИБП с переключением для питания приборов с трансформаторными блоками питания следует подходить с осторожностью. Дело в том, что обычные для трансформатора 5-10 % потерь в присутствии гармоник увеличиваются пропорционально квадрату номер агармоники. Поэтому ресурс сильно нагруженных трансформаторов при питании напряжением в виде меандра может уменбшаться в десятки раз.
Как и у любого источника питания, форма выходного напряжения ИБП с переключением зависит от величины и характера нагрузки. Для ИБП, выпускаемых известными в мире фирмами эта зависимость обычно невелика.
Однако некоторые ИБП имеют сильную зависимость формы (а иногда и амплитуды) выходного напряжения от нагрузки. Некоторые из них не могут использоваться при малых нагрузках, поскольку имеют на выходе импульсное напряжение амплитудой до 800 В. Другие проверяются изготовителем только при работе с линейными нагрузками. Такие ИБП при работе с компьютером могут быть неустойчивы в моменты переключения.
Сказанное показывает: не следует пользоваться ИБП малознакомых производителей или покупать такие ИБП у неспециализированных фирм.
Стабилизация и регулирование напряжения
К сожалению иногда напряжение выходит за пределы, установленные для него начальниками. В некоторых районах такие периоды повторяются с регулярностью восходов солнца. Владельцы компьютеров, работающих в этих условиях, конечно же склонны требовать, чтобы ИБП, защищающие их компьютеры, стабилизировали напряжение.
Два из рассмотренных нами типов источников бесперебойного питания стабилизируют напряжения, так сказать, по определению. Это on-line ИБП: с двойным преобразованием и феррорезонансный.
Точность стабилизации переменного напряжения на выходе ИБП с двойным преобразованием обычно около 1-3 % при статической (т.е. не изменяющейся во времени) и сбалансированной (равномерно рапределенной по фазам для 3-х фазных ИБП) нагрузке. В случае резкого изменения нагрузки (например ее полного или неполного включения или выключения) погрешность стабилизации возрастает до примерно 10% для хороших ИБП. Не все производители ИБП указывают эту характеристику. В случае, когда она не указана, нужно быть очень осторожным, если для вас принципиальна работа ИБП при динамической нагрузке.
При разбалансированной нагрузке (т.е. если нагрузка неравномерно распределена по фазам 3-х фазного ИБП) погрешность стабилизации также возрастает. Существуют правда трехфазные ИБП с независимым регулированием напряжения в каждой из трех фаз. Разбалансированность нагрузки для таких ИБП не имеет значения.
Диапазон входных напряжений, в котором происходит стабилизация напряжения, для ИБП с двойным преобразованием всегда совпадает с диапазоном допустимых входных напряжений (т.е. диапазоном напряжений, при котором ИБП работает от сети). Таким образом ИБП с двойным преобразованием не может не стабилизировать напряжение. Он выдает или стабильное выходное напряжение (при работе от сети или от батареи) или не выдает никакого. Диапазон входных напряжений для разных ИБП очень сильно разнится. Характерным является значение плюс минус 10-15 % от номинального напряжения. Некоторые маломощные ИБП могут иметь диапазон входных напряжений от 100 до 280 вольт и даже шире (правда часто работа ИБП при минимальных значениях напряжения обеспечивается только при неполной нагрузке).
Для большинства ИБП с двойным преобразованием диапазон входных напряжений зависит от нагрузки. При меньшей нагрузке диапазон входных напряжений несколько расширяется.
Феррорезонансный ИБП стабилизирует напряжение за счет свойств феррорезонансного трансформатора. Погрешность стабилизации напряжения составляет 1-5% и зависит от нагрузки: при меньшей нагрузке погрешность уменьшается.
Феррорезонансный трансформатор очень устойчив к любым переходным процессам. Поэтому погрешность стабилизации слабо изменяется при динамической нагрузке.
Диапазон входных напряжений феррорезонансного ИБП сильно зависит от нагрузки. При малой нагрузке он может начинаться от 145 В.
ИБП с переключением не обладают функцией стабилизации напряжения.
ИБП, взаимодействующие с сетью, могут ступенчато регулировать выходное напряжение.
Ступенчатое регулирование напряжения реализовано за счет переключения нагрузки на работу от другой обмотки автотрансформатора.
В простейшем случае существует только одна ступень повышения напряжения, срабатывающая при уменьшении напряжения сети. Более современные взаимодействующие с сетью ИБП регулируют напряжение и при его повышении.
Например ИБП Smart-UPS фирмы American Power Conversion переключает нагрузку на работу от повышающей обмотки автотрансформатора, если напряжение становится меньше 196 В. Повышающая обмотка позволяет поднять напряжение на 12%. При дальнейшем падении входного напряжения выходное напряжение линейно падает. Когда входное напряжение достигает 176 В (заводская установка) Smart-UPS переключается на работу от батареи.
При повышении входного напряжения выше 264 В нагрузка переключается на работу от обмотки автотрансформатора, понижающей напряжение на 12%. После достижения входным напряжением значения 296 В, ИБП переключается на работу от батареи.
В большинстве ИБП, взаимодействующих с сетью, имеется только одна ступень регулирования напряжения (в каждую сторону, если регулирование двухстороннее). Но некоторые ИБП имеют две и более ступеней стабилизации в каждую сторону.