Гальваническая развязка в ибп что это
Я уж обрадовался, что любой ИБП имеет гальваническую развязку - не надо мотать трансформаторы, вынимай из ИБП и пользуйся. Но все не так просто: цена такого ИБП начинается от 15000 рублей; а информация даже от продвинутых пользователей по поводу наличия развязки в ИБП не является достоверной.
Однако можно из двух ИБП собрать гальваническую развязку от сети 220В. Для этого потребуется корпус ИБП и 2 трансформатора из них (рассматриваются как обмотки гальванической развязки). Трансформаторы в корпусе подключаются зеркально, вход и выход данного подключения защищаются отдельными предохранителями, выходное напряжение контролируется встраиваемым вольтметром.
Зачем все эти манипуляции. В дешевые ИБП ставят именно автотрансформаторы: однообмоточные трансформаторы с электрической связью и коэффициентом трансформации близким к 1. Однако не ставится под вопрос гальваническая развязка трансформаторов микроволновых печей: точно несколько обмоток из-за коэффициента трансформации много больше 1: около 9. И гальваническая развязка БП ПК так же не подвергается сомнению из-за большого разнообразия выдаваемых напряжений.
(добавлено 03.11.2015): вопрос остается открытым. С одной стороны, маркет-яндекс дает понять, что не все ИБП имеют гальваническую развязку. С другой стороны, ИБП преобразует 12В с батареи на 220В на выходе, то есть трансформатор имеет коэффициент трансформации 18.33 и 2 обмотки - не является автотрансформатором. Что-то тут нечисто.
(добавлено 04.11.2015): дошло, мозг сломаешь. ИБП имеет именно трансформатор, а не автотрансформатор. Но трансформатор необычный. Когда берется от сети 220В - трансформатор пропускает через себя напряжение без электрической развязки (напрямую в нагрузку по 1 обмотке). Когда напряжение упадет ниже 200В - реле подключает дополнительную обмотку на выдачу дополнительных 20В (опция AVR) - но гальванической развязки еще нет. А вот когда начинается питание от батареи - тот же трансформатор начинает преобразовывать 12В->220В (использование собственных высоковольтной и низковольтной обмоток), и гальваническая развязка между батареей и генератором появляется. Поэтому на маркет-яндексе, по сути, пишут о гальванической развязке - подразумевая, что она работает всегда, даже при питании от сети 220В.
Вот и ответ, зачем 2 трансформатора зеркально ставить. Идет преобразование по двум обмоткам 220В->12В, с гальванической развязкой. Но на выходе нужно 220В, поэтому такой же трансформатор подключается последовательно зеркально, преобразовывая по двум обмоткам 12В->220В. Двойная гальваническая развязка - побочный продукт данного соединения.
Исто́чник бесперебо́йного пита́ния, (ИБП) (англ. Uninterruptible Power Supply, UPS) — источник вторичного электропитания, автоматическое устройство, назначение которого - обеспечить подключенное к нему электрооборудование бесперебойным снабжением электрической энергией в пределах нормы.
ГОСТ 13109-87 определяет следующие нормы в электропитающей сети:
- напряжение 220 В ± 10 %;
- частота 50 Гц ± 1 Гц;
- коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8 % (длительно) и менее 12 % (кратковременно).
Неполадками в питающей сети считаются:
- авария сетевого напряжения (напряжение в питающей сети полностью пропало);
- высоковольтные импульсные помехи (резкое увеличение напряжения до 6 кВ продолжительностью от 10 до 100 мс);
- долговременные и кратковременные подсадки и всплески напряжения;
- высокочастотный шум (высокочастотные помехи, передаваемые по электросети);
- побег частоты (отклонение частоты более чем на 3 Гц).
Массовое использование ИБП связано с обеспечением бесперебойной работы компьютеров, позволяющее подключенному к ИБП оборудованию при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы, некоторое непродолжительное (как правило — до одного часа) время продолжить работу. Кроме компьютеров, ИБП обеспечивают питанием и другую электрическую нагрузку, критичную к наличию питания с нормальными параметрами электропитающей сети, например, схемы управления отопительными котлами. ИБП способен корректировать параметры (напряжение, частоту) выходной сети. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии (например, дизель-генератором).
Важными показателями, обуславливающими выбор схемы построения ИБП, являются время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей и время работы от аккумуляторной батареи.
Сравнение Источников Бесперебойного Питания ИБП/UPS различных классов может быть проведено по их поведению в различных режимах работы.
Нормальный режим работы – работа от входной сети:
При работе от входной сети, ИБП фильтруют напряжение, поступающее на нагрузку (выступают в качестве фильтра сетевых помех) и, кроме самых простых моделей, стабилизируют напряжение.
От качества фильтрации и уровня стабилизации напряжения зависит качество работы и срок службы защищаемого ИБП оборудования. Питание нагрузки от повышенного или пониженного напряжения уменьшает время жизни оборудования, серьезные помехи приводят к сбоям в его работе.
Работа оборудования от встроенных аккумуляторов:
При отключении питания или выходе напряжения в сети за определенный диапазон, ИБП переходит на работу от встроенных аккумуляторов. Переменное напряжение для нагрузки формируется из постоянного, получаемого от аккумуляторных батарей.
Форма и стабильность генерируемого напряжения - основополагающая характеристика ИБП при работе от батарей. Идеальной формой выходного сигнала является гладкая синусоида.
Переход на аккумуляторы и обратно:
Каждый ИБП имеет диапазон входного напряжения, при котором он способен работать без перехода на аккумуляторы. Основополагающей характеристикой при переходе ИБП на аккумуляторы и обратно, является время перехода. Многие ИБП не в состоянии обеспечить непрерывность выходного сигнала и при переходе на батареи и обратно нагрузка имеет перерыв в электроснабжении.
Чем шире диапазон допустимого входного напряжения, тем реже ИБП переходит на аккумуляторы. Чем выше класс ИБП, тем время перехода на батареи и обратно меньше, ИБП с максимальным классом защиты не имеют разрыва выходной синусоиды при переключениях, время перехода = 0.
Все имеющиеся в настоящий момент на рынке ИБП условно можно разделить на 3 класса.
OFF-LINE или Standby, часто такие ИБП/UPS называются Back UPS , Eaton 3S.
Это – самые простые и дешевые ИБП. ИБП не стабилизируют напряжение, выходная амплитуда и частота изменяются так же, как и входные. В нормальном режиме ИБП фильтруют переменное напряжение пассивными фильтрами и при падении/повышении его относительно определенного уровня (например, падении ниже 180В), переходят на аккумуляторы, работают от батарей 5-7 мин и отключают нагрузку.
Основное применение -защита некритичной нагрузки от отключения напряжения в районах со стабильным напряжением без серьезных помех.
Недостатки ИБП:
- отсутствие стабилизации напряжения;
- отсутствие хорошей фильтрации напряжения;
- даже при незначительных падениях и бросках напряжения ИБП переходит в режим работы от встроенных аккумуляторов;
- время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 4—15 мсек, вероятность «подвисания» оборудования в этот момент велика.
- в некоторых ситуациях время переключения может утраиваться;
- большинство моделей при работе от аккумуляторов не воспроизводят на выходе напряжение синусоидальной формы.
Линейно-интерактивные (Line-interactive), часто называются Smart UPS, Eaton 5110.
Недостатки ИБП:
- ступенчатая (не плавная) стабилизация напряжения;
- отсутствие хорошей фильтрации напряжения (серьезные помехи нельзя уничтожить при помощи пассивных фильтров);
- время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 2—6 мсек, вероятность «подвисания» оборудования в этот момент невелика.
- регулирующие напряжение узлы могут порождать устойчивые искажения выходного сигнала и непредсказуемые переходные процессы
ИБП структуры ON-LINE.
1. ИБП структуры ON-LINE с двойным преобразованием напряжения:
2. ИБП структуры с дельта-преобразованием напряжения (АРС Silcon, на сегодня с производства сняты):
-
ИБП на специальном узле – дельта трансформаторе много раз за период корректируют форму входного напряжения. Получаемая синусоида имеет практически идеальную форму и не уступает по качеству синусоиде, производимой ИБП с двойным преобразованием напряжения.
При работе ИБП, двойному преобразованию подвергается не вся энергия потребляемая от сети, а только ее часть (до 15%) необходимая для поддержания стабильного выходного напряжения (отсюда и такое название принципа). ИБП не корректируют частоту входной сети ИБП не имеют времени перехода на батареи и обратно, могут работать с импульсной нелинейной нагрузкой, нормально работают при 100% сбросе/набросе нагрузки
Основное применение - защита критичной, ответственной нагрузки в районах со стабильной частотой. Возможны сильные колебаниями амплитуды входного напряжения.
Дополнительные преимущества ИБП структуры on-line.
Гальваническая развязка.
ИБП могут иметь гальваническую развязку, т.е. в них отсутствует замкнутая электрическая цепь между входом и выходом, что существенно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования и позволяет использовать ИБП в сложных промышленных условиях . Гальваническая развязка обеспечивается трансформатором гальванической развязки.
Режим Ву-Раss (байпас).
Байпас представляет собой «обходной» режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр, находящиеся в ИБП.
Сервисный байпас необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых сИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки.
Автоматический байпас включается при перегрузках ИБП, например при включении нагрузки, пусковая мощность которой в несколько раз выше номинальной (например электродвигатели), при отказах ИБП, его перегреве.
Ресурс аккумуляторов.
Часто стоимость аккумуляторов составляет до половины от стоимости ИБП. Время жизни батарей в таком случае играет существенную роль. В ИБП структуры On-line аккумуляторы работают дольше:
Что такое гальваническая развязка
И начнем мы с вами с определения.
Гальваническая развязка - это выполнение передачи энергии либо определенного сигнала между электрическими цепями, которые не имеют непосредственного контакта.
Так же гальваническая развязка используется для передачи сигналов с максимально возможным уровнем помех, для бесконтактного управления, а также для непосредственной защиты электрооборудования от возможных повреждений и людей от вероятного поражения электрическим током.
Еще необходимо знать, что при таком виде развязки электрические потенциалы разделенных цепей могут существенно разливаться.
По какому принципу работает гальваническая развязка
Для осознания алгоритма работы давайте разберемся в конструкции трансформатора.
Итак, в трансформаторе первичная обмотка не имеет электрической связи с вторичной обмоткой. То есть попадание электрического тока с первички возможно только в результате пробоя изолирующего материала. Но при этом разность потенциалов на выводах катушек достигает существенных величин.
И получается, если мы вторичную катушку соединим с корпусом устройства (то есть будет соединение с землей), то на аппарате будут отсутствовать паразитные токи, которые несли угрозу обслуживающему персоналу.
Существующие виды гальванических развязок
Существует несколько способов выполнить такое разделение. Вот о них и поговорим более подробно:
1. Индуктивная (она же трансформаторная) развязка. Для реализации подобного варианта развязки потребуется использовать магнитоиндукционный элемент (трансформатор). В данном случае сердечник может и не использоваться.
При этом для подобной развязки в основном используют трансформаторы с коэффициентом равным «1». И «первичка» подсоединяется к источнику сигнала, а «вторичка» к приемнику. И величина напряжения на приемнике имеет прямую зависимость от напряжения на источнике. К минусам такого варианта можно отнести следующие моменты:
- Размеры такого девайса не позволяют производить миниатюрные изделия, что в современных реалиях очень большой минус.
- Частотная модуляция гальванической развязки накладывает жесткие ограничения на частоту пропускания.
- Помехи входного сигнала существенно снижают качество выходного сигнала.
- Такая развязка функционирует исключительно в сетях с переменным напряжением.
Оптоэлектронная развязка
Развитие электроники и полупроводниковых элементов позволило создать принципиально новые развязки, основанные на использовании оптоэлектронных узлов. Основными элементами таких изделий являются оптроны (оптопары) реализованные на основе тиристоров, диодов, транзисторов и других подобных компонентов, обладающих повышенной чувствительностью к свету.
Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течёт и тем лучше, но выбирать не приходилось и я использовал принцип «как есть». Решено было использовать корпус ИБП и трансформатор, который там уже установлен. У китайцев был заказан простенький вольтметр для контроля наличия напряжения на выходе:
После того, как второй трансформатор был найден и закреплён, оставалось лишь все соединить.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.В итоге имеем конечную схему, по которой соединяем трансформаторы:
И получаем примерно такую картину:
Сначала я выбросил родную плату, но, как оказалось, корпус сильно теряет жёсткость и пришлось вернуть её на место, предварительно выпаяв все детали:
Потом я врезал вольтметр:
Вторичную обмотку на 18 В я использовал для питания подсветки штатного выключателя. В качестве входного предохранителя использовал штатный многоразовый предохранитель ИБП, а для защиты выхода врезал обычный держатель предохранителя.
И, вуаля! Наша развязка в работе:
При подключении на выход лампы накаливания на 100 Вт напряжение на выходе просаживается примерно на 7 Вольт , что для меня более чем удовлетворительно.
По факту этот блок здорово помогает мне и даже не столько при пользовании осциллографом, сколько при ремонте импульсных БП и других устройств, гальванически связанных с сетью.
Читайте также: