PROIECT LA COMANDA CONVERTOARELOR ELECTRICE

CE ESTE UN UPS?

UPS-urile (Uninterruptible Power Supply) sunt surse neintreruptibile de putere. Se folosesc pentru electro-alimentare de siguranta. Aceste echipamente se conecteaza intre reteaua de alimentare si consumatori (calculatoare,    monitoare, etc). Atributia lor este de a proteja consumatorii de perturbatiile existente in reteaua de alimentare si pane de curent, care ar putea duce la deteriorarea aparatajelor conectate la reteaua de alimentare, pierderea datelor sau alte daune. UPS-urile contin acumulatoare, datorita carora la aparitia panelor de curent UPS-ul poate furniza energie consumatorilor conectati.

PRINCIPII DE FUNCTIONARE

UPS OFF - LINE (VFD) (STANDBY)

VFD - Voltage and Frequency Depedent - Depedent de tensiune si frecventa

Acest tip de UPS reda pe iesire consumatorilor tensiunea de intrare. Cand detecteaza intreruperea tensiunii de alimentare comuta sarcina pe sursa de energie proprie (acumlatoare) pana la reaparitia tensiunii retelei de alimentare. Din acest moment pe iesire iarasi se va furniza tensiunea de intrare si incarcatorul incepe reincarcarea acumulatoarelor.

Avantaje: cost redus, zgomot in mod line.

Dezavantaje: nu protejeaza consumatorii de perturbatiile retelei de alimentare, variatii de tensiune si frecventa, timp de autonomie redus, aparitia unui timp de comutare (cca. 4 ms) care ar putea afecta consumatorii sensibili, lipsa bypass.

Domenii de utilizare: IT, telecomunicatii, consumatorii cu surse in comutatie, aplicatii cu grad redus de sensibilitate.

UPS LINE - INTERACTIVE (VI)

VI - Voltage Independent - Independent de tensiune

Dupa principiul de functionare este un UPS off-line, dar asigura alimentare mai buna. Este dotat cu un filtru interactiv (AVR), care monitorizeaza tensiunea de intrare. Cand aceasta iese dintr-un domeniu bine stabilit, circuitul creste sau scade tensiunea care va aparea pe iesirile UPS-lui. Daca tensiunea de alimentare scade sub nivelul acceptat de filtru, sursa va comuta consumatorii pe acumulatoare pana la revenirea tensiunii de intrare in plaja acceptata.

Avantaje: cost redus, zgomot redus in mod line, grad de protectie mai mare ca la UPS-le off-line, durata de viata mai mare a acumulatoarelor.

Dezavantaje: protejeaza consumatorii de perturbatiile retelei de alimentare, de variatii de frecventa, timp de autonomie redus, existenta timp de comutare, lipsa bypass.

Domenii de utilizare: IT, telecomunicatii, consumatori cu surse in comutatie, aplicatii cu grad redus de sensibiltate.

UPS ON - LINE (VFI) (DOUBLE - CONVERSION UPS)

VFI - Voltage and Frequency Independent - Independenet de tensiune si frecventa

Functionarea UPS-lor On-line (dubla conversie) - dupa cum apare si in denumirea tipului - se bazeaza pe doua conversii: curentul de intrare alternativ este convertit permanent in curent continuu, din care unitatea reconstruieste un curent alternativ, perfect sinusoidal. In urma dublei conversii dispar toate variatiile si perturbasiile existente in reteaua de alimentare. Pe langa aceasta topologie, in general UPS-le de acest tip sunt dotate cu filtre suplimentare la intrare si la iesire.

UPS-le de tip on-line (recent si unele line-interactive) sunt inzestrate cu circuite de management al bateriilor , ceea ce conduce la o functionare mai economica si la prelungirea duratei de viata a bateriilor. Deoarece si acumulatoarele sunt ,,on-line , nu exista timp de comutare, astfel nu se produce discontinuitate in tensiunea de iesire la comutarea pe mod de baterii.

Avantaje: timp de autonomie mare, grad de protectie foarte ridicat, durata de viata extinsa a acumulatoarelor, bypass static si operationalde mentenanta.

Dezavantaje: cost ridicat, dimensiuni mai mari.

Domenii de utilizare: IT, telecomunicatii, aplicatii industriale.

PUTEREA 

Puterea UPS-lor se exprima in VA (volt-amperi) si arata puterea maxima a consumatorilor ce se pot conecta la unitate. Diferenta dintre VA si W (watt) rezulta din factorul de putere (cos φ). Acest factor de putere difera de la un UPS la altul functie de principiul de functionare si producator. In general UPS-le de tip off-line si line-interactive au cos φ intre 0,6 si 0,7. Majoritatea unitatiilor de tip on-line au factorul de putere cuprins intre 0,7 si 0,8. De aici rezulta, ca un UPS de 1000 VA cu factorul de putere 0,8 este capabil sa alimenteze consumatori de putere totala de 800W.

TIMPUL DE AUTONOMIE

Timpul de autonomie sau backup inseamna durata cat poate UPS-ul sa alimenteze consumatorii conectati in regim de acumulatori. Acest timp se calculeaza la sarcina nominala, adica puterea maxima de care este capabil UPS-ul. Cum puterea totala a consumatorilor conectati se micsoreaza asa creste autonomia. Timpul backup depinde de capacitatea, numarul acumlatoarelor si sarcina conectata.

In general autonomia de baza a UPS-lor variaza intre 5 si 10 minute, functie de model si fabricant. La unele tipuri de UPS, mai ales din categoria Off-Line si Line-Interactive nu se poate extinde autonomia datorita arhitecturii aparatelor.

BATERII

In general UPS-urile contin acumulatoare de tip VRLA (Valve Regulated Lead Acid) adica baterii cu gel de plumb. Aceasta nu necesita mentenanta, nu sunt periculoase pentru mediu si se pot utiliza in plan orizontal respectiv vertical. Bateriile cu gel de plumb au o durata preconizata de viata de aproximativ 5 ani, dar se prezinta si in versiunea cu o durata de viata de 10 ani. Desigur acestea au un cost mai ridicat fata de cele cu 5 ani de viata, dar deseori sunt mai fiabile.

Capacitatea acumlatoarelor se exprima in Ah (amper-ora). Schimbarea acumulatoarelor uzate se executa de personal calificat, deoarece exista riscul electrocutarii sau inlocuirii cu baterii neadecvate, care poate conduce la deteriorarea aparatului.

PRINCIPALELE    CARACTERISTICI TEHNICE ALE UNEI SURSE NEINTRERUPTIBILE:

DATE DE PROIECTARE

Intrare trifazata - 3 F_in

Iesire monofazata - 2 F_out

Puterea aparenta - S_C = 10 kVA

Numarul de elemente din bateria de acumulatori - n_cel

Frecventa de comutatie a invertorului - f_c = 8 kHz

Randamentul - η = 95 %

SCHEMA UNIFILARA A UNUI UPS

, unde v este tensiunea pe un element al bateriei de acumulator.

In functie de V_b si tensiunea retelei se va stabilii raportul de transformare al T₁.

K₁ - factor de redresare

U_a - este acceptata in variatii de - 15 % si + 10 %

U_c - este acceptata in variatii de 1 %

D = 0,85 la invertor

v_n - tensiunea nominala a unei celule = 2 V

v_min = 1,7 V

v_max= 2,27 V

Tensiunea de iesirea filtrului trebuie sa fie in precizie de 1 % din V_b si reprezinta tensiunea de ripplu.

CALCULUL RAPORTULUI DE TRANSFORMARE

n₁ reprezinta raportul de transformare a lui T₁.

CALCULUL FILTRULUI DE INTRARE

CALCULUL BOBINEI DE FILTRARE

η = 95 % - randamentul UPS-ului

- puterea absorbita din retea

- curentul maxim la intrarea filtrului f_1.

- ripplu de curent

- timp de conductie

Pentru un factor de umplere de 0,5 avem ripplu maxim

T₁ - perioada : - la 100 Hz T₁ = 10 ms

- la 300 Hz T₁ = 3,33 ms

In cazul nostru t_{on 1} = 1,65 ms

- valoarea minima a bateriei de acumulatoare

Se alege o valoare standard a inductantei, conform tabelului de mai jos.

Tensiunea care se aplica filtrului nu e dreptunghiulara, dar se poate aproxima cu una dreptunghiulara.

- tensiunea care se aplica bobinei din filtru.

- curentul care se aplica bobinei din filtru.

CALCULUL CAPACITATII DE FILTRARE

Ripplu de tensiune trebuie sa fie mic (1%).

Se alege o valoare standard a condensatorului, conform tabelului de mai jos.

Se alege un condensator cu o tensiune de alimentare de 400 V.

VERIFICAREA STABILITATII FILTRULUI

- rezistenta echivalenta a filtrului

- conditia de stabilitate este verificata.

CALCULUL FILTRULUI DE IESIRE

CALCULUL BOBINEI DE FILTRARE

- factor de forma

S-a ales pentru bobina o valoare intrega mai mare decat cea iesita din calcul :    

CALCULUL CAPACITATII DE FILTRARE

- condensator nepolarizat (cu dielectric polipropilena)

VERIFICAREA STABILITATII FILTRULUI

- rezistenta echivalenta a filtrului

- conditia de stabilitate este verificata.

ALEGEREA IGBT-URILOR

- factor de forma

Se lasa 1/3 rezerva pentru alegerea tensiunii de lucru.

In functie de acesti parametrii se alege IGBT ul     HGTG30N603D a carui date de catalog sunt anexate la proiect.

FRECVENTA DE COMUTATIE ESTE:

calculat mai sus.