ОТЧЕТ - Энергетические технологии

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
на электродинамической модели МЭИ
источника бесперебойного питания ДПК-1/1-1-220М
(ЗАО «Энергетические технологии»)
На электродинамической модели кафедры «Электроэнергетические системы»
Московского энергетического института (технического университета) в мае 2006 года
проведены испытания источника бесперебойного питания ДПК-1/1-1-220М, выпущенного
ЗАО «Энергетические технологии» (г. Москва). Полная номинальная мощность ИБП
равна 1000 ВА, активная номинальная мощность 700 Вт.
Для обработки результатов экспериментов на электродинамической модели
использовался программно-технический комплекс «НЕВА», разработанный научнопроизводственной фирмой «Энергосоюз» (г. Санкт-Петербург).
Вначале была проверена работа ИБП при включении двигательной нагрузки. На
рис. 1 показана работа ИБП от сети при включении холодильника. До включения
холодильника ИБП работал на лампово-вентиляторную нагрузку мощностью 160 Вт (197
ВА), состоящую из следующих элементов:
1) лампа накаливания 40 Вт;
2) вентилятор мощностью 90 Вт;
3) два вентилятора суммарной мощностью 30 Вт.
При включении холодильника потребляемая полная мощность возросла до
значения 8,8 А  200 В = 1760 ВА (см. рис. 1), превышающего 150% от номинальной
нагрузки (при этом активная потребляемая мощность составляет 1760  cos 31,7 = 1497
Вт). Поэтому через 0,24 с ИБП автоматически перешел в режим Bypass. Через 0,42 с пуск
двигателя холодильника завершился, причина перехода в режим Bypass снялась и ИБП
автоматически возвратился в нормальный сетевой режим с двойным преобразованием
энергии. При этом полная мощность, потребляемая лампово-вентиляторной нагрузкой и
холодильником, была равна 2,0 А  228 В = 456 ВА (см. рис. 2), а активная мощность
составляла 456  cos 53,1 = 274 Вт.
В следующем опыте мощность предварительно включенной лампововентиляторной нагрузки была уменьшена до 132 ВА (112 Вт) и включение холодильника
производилось при работе ИБП в автономном режиме. При пуске двигателя холодильника
полная мощность была равна 8,5 А  202 В = 1717 ВА (рис. 3), что превышает 150% от
номинальной нагрузки (при этом активная потребляемая мощность составляла 1717  cos
32 = 1456 Вт). Поэтому через 0,22 с после начала превышения нагрузкой 150 %-ного
значения ИБП был отключен защитой от перегрузки (см. рис. 3).
Следует отметить, что переход ИБП от сетевого режима к автономному режиму и
обратно происходит без скачков и на кривых изменения во времени тока и напряжения
этот переход никак не отражается.
На ЭДМ был проведен анализ гармонического состава кривых напряжения и тока
при питании от ИБП лампово-вентиляторной нагрузки и холодильника.
Определенный с помощью программно-технического комплекса «НЕВА»
гармонический состав напряжения при работе ИБП в сетевом режиме представлен на рис.
4, а при работе в автономном режиме на рис. 5. В табл. 1 и 2 приведен гармонический
состав напряжения, определенный с помощью регистратора показателей качества
электрической энергии «Парма РК1.01» (ООО «ПАРМА», г. Санкт-Петербург), который
позволяет получать усредненные за 3 секунды значения гармонических составляющих
напряжения (до 40-й гармоники включительно) и коэффициента искажения
синусоидальности кривой напряжения kU.
Комплекс «НЕВА» дает мгновенные значения гармонических составляющих,
которые близки к значениям, определенным регистратором «Парма РК1.01».
Таблица 1.
2
Гармонический состав напряжения ИБП в сетевом режиме
Номер гармоники
1
2
3
5
7
kU = 1,05%
100%
0,37%
0,5%
0,33%
0,2%
9
0,09%
Таблица 2.
Гармонический состав напряжения ИБП в автономном режиме
Номер гармоники
1
2
3
5
7
kU = 1,19%
100%
0,37%
0,42%
0,47%
0,29%
9
0,15%
Из табл. 1 и 2 видно, что значения гармонических составляющих напряжения в
сетевом режиме и в автономном режиме отличаются мало. Коэффициент искажения kU
близок к 1%.
На электродинамической модели было проведено исследование поведения ИБП
при нелинейной нагрузке с cos   1. На рис. 6 приведена осциллограмма включения
электронно-лучевого осциллографа. Он представляет собой нагрузку, близкую к чистоактивной (cos 16,6  0,96, см. рис. 6). При ее включении наблюдается импульс тока с
амплитудой 17,3 А и импульс напряжения с амплитудой, превышающей амплитуду
напряжения в установившемся режиме в 1,28 раза (398/310  1,28, см. рис. 6). Следует
отметить, что величина импульса напряжения зависит от фазы включения. Во всех
исследованных случаях включения электронно-лучевого осциллографа при работе ИБП
как в сетевом, так и в автономном режиме величина импульса напряжения была меньше,
чем на рис. 6.
На рис. 7 приведены результаты анализа гармонического состава напряжения, а на
рис. 8 – состава тока для случая питания нелинейной нагрузки в виде осциллографа. Из
рис. 8 видно, что ток при питании от ИБП электронно-лучевого осциллографа является
резко несинусоидальным. Но при этом кривая напряжения очень близка к синусоиде. Об
этом свидетельствуют результаты анализа гармонического состава напряжения,
полученные с помощью регистратора показателей качества электрической энергии
«Парма РК1.01» и приведенные в табл. 3.
Таблица 3.
Гармонический состав напряжения при питании электронно-лучевого
осциллографа от ИБП в сетевом режиме
Номер гармоники
1
2
3
5
7
9
kU = 0,99%
100%
0,28%
0,62%
0,55%
0,11%
0,27%
Аналогичные результаты получены при питании осциллографа от ИБП в
автономном режиме. Они показаны на рис. 9 и в табл. 4.
Таблица 4.
Гармонический состав напряжения при питании электронно-лучевого
осциллографа от ИБП в автономном режиме
Номер гармоники
1
2
3
5
7
9
kU = 0,89%
100%
0,27%
0,48%
0,52%
0,15%
0,26%
Таким образом, при нагрузке с резко несинусоидальным током ИБП обеспечивает
практически идеальную синусоиду кривой напряжения. Коэффициент искажения kU
меньше 1%.
В следующей серии опытов определялись значения входного напряжения, при
которых ИБП переходит в автономный режим (при снижении входного напряжения) и
возвращается в сетевой режим (при подъеме входного напряжения). Результаты
измерений, приведенные в табл. 5, показывают, что значения входного напряжения ИБП,
при которых происходит переход из сетевого режима в автономный и обратно,
3
соответствуют заявленным изготовителем ИБП (ЗАО «Энергетические технологии»): при
нагрузке менее 50% ИБП переходит в автономный режим при снижении входного
напряжения до 118 В, а при нагрузке более 50%, но менее 75% - при снижении
напряжения до 140 В.
Таблица 5.
Значения входного напряжения ИБП, при которых происходит переход из сетевого
режима в автономный и обратно
Диапазон входного напряжения, В
Значение нагрузки
Сетевой
режим
Переход
в автономный
режим
Возврат
в сетевой
режим
Холостой ход
1,2А  220 В = 264 ВА
2,1А  218 В = 458 ВА
P = 458 сos 40= 351 Вт
(50,1% от 700 Вт)
2,5А  218 В = 545 ВА
118-254
118-254
117 и ниже
117 и ниже
134 и выше
134 и выше
139-248
138 и ниже
151 и выше
139-248
138 и ниже
151 и выше
Исследование работы ИБП при значениях входного напряжения, превышающих
248 – 254 В, не проводилось.
На электродинамической модели МЭИ была проверена способность ИБП защищать
электрооборудование от искажения синусоидальности кривой напряжения сети. На вход
ИБП было подано напряжение от источника значительного искажения синусоидальности
кривой напряжения. Форма кривой входного напряжения показана на рис. 10. В табл. 6 и 7
приведены полученные с помощью регистратора показателей качества электрической
энергии «Парма РК1.01» результаты измерения гармонического состава напряжения на
входе и выходе ИБП при холостом ходе и при нагрузке, которые подтверждают
способность
ИБП надежно защищать
электрооборудование от
искажения
синусоидальности кривой напряжения сети. При значении коэффициента искажения
синусоидальности кривой напряжения kU на входе ИБП, равном 36 – 40 %, форма
выходного напряжения ИБП практически синусоидальная: значение коэффициента kU на
выходе ИБП близко к 1% (см. табл. 6 и 7).
Таблица 6.
Гармонический состав напряжения в сетевом режиме ИБП
при холостом ходе
Номер гармоники
1
3
5
7
9
Вход ИБП, kU = 40,81 %
100%
13,13%
25,99%
5,34%
13,39%
Выход ИБП, kU = 0,62 %
100%
0,41%
0,13%
0,13%
0,16%
Таблица 7.
Гармонический состав напряжения в сетевом режиме ИБП
при нагрузке, равной 1,5А  220В = 330 ВА
Номер гармоники
1
3
5
7
Вход ИБП, kU = 36,66 %
100%
5,38%
23,8%
11,97%
Выход ИБП, kU = 1,03 %
100%
0,52%
0,25%
0,11%
Проведенные испытания позволяют сделать следующие выводы:
9
6,63%
0,07%
4
1. Переход ИБП от сетевого режима к автономному режиму и обратно происходит
без скачков и на кривых изменения во времени тока и напряжения этот переход никак не
отражается.
2. Если при работе ИБП в автономном режиме нагрузка превышает 150% от
номинальной, примерно через 0,24 с защита отключает ИБП.
3. При перегрузке в сетевом режиме ИБП автоматически переходит в режим
Bypass. Если причина перехода в режим Bypass снимается, ИБП автоматически
возвращается в нормальный сетевой режим с двойным преобразованием энергии.
4. При питании от ИБП всех исследованных нагрузок коэффициент искажения
синусоидальности кривой напряжения близок к 1%.
5. При включении нелинейной нагрузки с cos   1 в кривой напряжения может
появляться импульс (до 30% длительностью 1-2 мс).
6. ИБП работает без перехода в автономный режим при изменении входного
напряжения в широком диапазоне (см. табл. 5).
7. ИБП обеспечивает синусоидальную форму выходного напряжения (коэффициент
искажения синусоидальности kU  1%) даже при весьма существенном искажении
синусоидальности входного напряжения (kU =36-40%).
Зав. НИЛ 0612 кафедры
«Электроэнергетические системы» МЭИ (ТУ)
к.т.н., ст.н.с.
С.Ю. Сыромятников
К.т.н., ст.н.с.
Р.С.Бейм