Розрахунок потужності блоку безперебійного живлення. Автоматичний вибір моделі джерела безперебійного живлення

Обладнання у ватах. Нам потрібно дізнатися саме середнє (за час роботи від) споживання. Воно може відрізнятись від максимальної або номінальної потужності, зазначеної в описах обладнання.

Наприклад, номінальна потужністьблоку живлення комп'ютера може бути 500 Вт, а реальне споживання 120 Вт (процесор невеликої потужності – 60 Вт, не надто наворочена матплата з інтегрованим відеоадаптером – 50 Вт та невеликий вінчестер – 10 Вт).

У другому прикладі. Підключений до холодильника має компресор з електричною потужністю 200 Вт, але включається цей компресор один раз на 10 хвилин і працює 2 хвилини. У цьому випадку, середнє споживання дорівнює:

200 Вт/10 хв. * 2 хв. = 40 Вт

Якщо для холодильника зазначено річне споживання енергії в кіловат-годинах, (наприклад, 270 кВт * год на рік), то для розрахунку середньої потужності цю величину потрібно розділити на 9:

P = 270/9 = 30 Вт

Нас цікавить середня активна потужність устаткування, що живиться від , тобто. потужність, виражена у ватах (Вт), а чи не у вольт-амперах (ВА). Якщо відома тільки повна потужність (В ВА), то її потрібно помножити на коефіцієнт від 0.6 до 1.0 залежно від характеристик обладнання.

2. Розрахунок сумарної

Наприклад, має вбудовану , що складається з 2-х

Номінальна потужність джерела безперебійного живлення – це один із найважливіших технічних параметрів, який необхідно враховувати під час вибору ДБЖ. Неправильний розрахунок потужності ДБЖ, як мінімум, призведе до того, що джерело безперебійного живлення постійно перевантажуватиметься, а значить, не зможе виконувати своє основне призначення - захищати обладнання. У гіршому випадку при значному навантаженні ДБЖ може стати причиною збою в енергопостачанні відповідального навантаження.

Розрахунок потужності ДБЖ. Теорія.

Номінальна потужність джерела безперебійного живлення визначається виходячи із потужності підключеного до нього навантаження. Тут під навантаженням ми розуміємо сумарну потужність усіх електроприладів, які планується підключити до ДБЖ. Отже, потрібно правильно розрахувати потужність навантаження та на підставі розрахунку вибрати джерело безперебійного живлення. Важливе уточнення – при розрахунку слід виходити як із повної, і з активної потужності навантаження. Згадаймо деякі дані з курсу шкільної фізики.

Повна потужність (одиниця виміру ВА, VA – вольт-ампер) – це вся потужність, споживана навантаженням. Повна потужність складається з двох складових – активної потужності (одиниця виміру Вт, W – Ватт) та реактивної потужності(одиниця виміру var, вар – вольт-ампер реактивний). Як правило, переважна більшість навантажень мають як активну, так і реактивну складові.

– навантаження, в якому вся споживана енергія перетворюється на тепло. Реактивна складова у такого навантаження настільки мала, що її можна знехтувати. До активних навантажень відносяться різні нагрівальні прилади (обігрівачі, ТЕНи тощо), лампи розжарювання, праски та електроплити. Як правило, виробник електроприладів вказує потужність такого навантаження у Ваттах.

- Всі інші навантаження. Реактивне навантаження може мати індуктивний або ємнісний характер. Типовим представником навантаження з реактивною складовою, що має індуктивний характер, є електродвигун. Повна потужність електродвигуна P та активна потужність P a пов'язані між собою коефіцієнтом cos φ.

Значення cos φ зазвичай вказується у технічному паспорті виробу.

Розрахунок потужності ДБЖ. Методика.

Найчастіше виробники джерел безперебійного живлення в технічній специфікації обладнання вказують повну і активну потужність ДБЖ. Рідше можна зустріти вказівку на повну потужність та значення вихідного коефіцієнта потужності. В останньому випадку активну потужність ДБЖ можна розрахувати за формулою

Тут
P – повна потужність ДБЖ
P а – активна потужність ДБЖ
P F - коефіцієнт потужності по виходу (вказується в технічній специфікації на джерело безперебійного живлення)

Щоб підібрати за потужністю необхідну модель джерела безперебійного живлення потрібно розрахувати сумарну потужність електроприладів, які планується підключити до ДБЖ. Розрахунок слід проводити як для активної, так і для повної потужності навантаження, тобто в результаті у вас має вийти дві цифри - повна потужність навантаження (у вольт-амперах) та активна потужність навантаження (у ватах). Алгоритм розрахунку приблизно наступний

1. Складіть список електроустаткування, яке плануєте підключити до ДБЖ.

2. Визначте повну потужність кожного пристрою одним із таких способів

• Повна потужність зазначається виробником у паспорті на прилад.
• Якщо в паспорті вказано активну потужність обладнання, то розрахуйте повну потужність за формулою, наведеною нижче.

Тут
P – повна потужність пристрою
Ра – активна потужність пристрою
cos φ – коефіцієнт потужності (вказується у паспорті пристрою). Якщо cos φ у паспорті не вказано, то для розрахунку виходимо з того, що cos φ = 0,7. Для активного навантаження (обігрівачі, лампи розжарювання тощо) cos φ = 1.

3. Важливе зауваження. Якщо ви плануєте підключити до ДБЖелектродвигун або електроприлад, до складу якого входить електродвигун, то при розрахунку потужності необхідно обов'язково враховувати пускові струми. Будь-який електродвигун у момент включення споживає значно більше потужності, ніж у номінальному режимі роботи. Тому щоб уникнути навантаження джерела безперебійного живлення, паспортне значення потужності пристрою потрібно помножити як мінімум на 5, а краще на 7.

4. Для отримання повної потужності вашого навантаження підсумуйте отримані дані по всіх пристроях.

5. Аналогічно розрахуйте активну потужність вашого навантаження. Для розрахунку активної потужності використовуйте таку формулу.

Розрахунок потужності. Правило вибору ДБЖ за потужністю

Отже, ми отримували два значення потужності нашого навантаження – повну потужність та активну потужність. Основне правило вибору ДБЖ за потужністю полягає в наступному: номінальна потужність джерела безперебійного живлення повинна бути на 25% більша ніж потужність вашого навантаження. Причому правило це має працювати як повної потужності ДБЖ, так активної потужності. Зрозуміло, можна підібрати ДБЖ, номінальна потужність якого дорівнює або трохи більша за потужність навантаження. Такий варіант припустимо, і працюватиме, проте термін служби навантаженого на 100% ДБЖ буде істотно (в рази) менше, ніж термін служби ДБЖ, навантаження якого не перевищує 80% від номінального.

Розрахунок потужності ДБЖ. Приблизна потужність деяких електроприладів

Нижче наведено орієнтовні значення споживання електроенергії різними побутовими електроприладами.

Побутова техніка.

ТБ – 80 Вт.
Пральна машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Мікрохвильова піч – 1000 Вт.
Електрочайник – 2000 Вт.
Електрична плита- 1000 ... 2000 Вт.
Пилосос – 200…3000 Вт.
Праска – 400…2000 Вт.
Лампа розжарювання побутова – 25…75 Вт.
Лампа люмінесцентна побутова – 5…30 Вт.

Комп'ютерна техніка.

Мережевий роутер, хаб - 10 ... 20 Вт.
Системний блок персонального комп'ютера – 200...1000 Вт.
Системний блок сервера – 300…1500 Вт.
Монітор ЕЛТ - 15 ... 200 Вт.
Монітор ЖК – 20…60 Вт.

Для стабільної роботинашій локальній мережі потрібне джерело безперебійного живлення, яке зможе забезпечити працездатність системи протягом 15 хвилин після вимкнення електроенергії.

Як перевести струм (А) або активну потужність (Вт) на повну потужність (ВА). Потужність навантаження вимірюється у ВА (повна потужність)

Якщо однофазна навантаження споживає струм 10А, її повна потужність P= 10А * 220В = 2200 ВА

Для комп'ютерного навантаження Вт переводяться у ВА з коефіцієнтом 0,7: 100 ВА = 70 Вт

89 комп'ютер = 89 х 300 ВА = 26,7 кВА

1 сервер = 1 х 700 ВА = 0,7 кВА

3 комутатора = 3 x 200 ВА = 0.6 кВА

Для нашої мережі, ДБЖ якої має підтримувати працездатність мережі протягом 15 хвилин після припинення подачі електроенергії, підходить ДБЖ Powerware 9355 30(PW9155)30 кВА/28 кВтіз 3 внутрішніми батареями 9Ah.

Схема мережі

Структурна схема локальної обчислювальної мережі, що у даній курсової роботі, представлена ​​малюнку 2.

Рис 2. Структурна схема мережі

Умовні позначення:

Відділ 1

Відділ 2

Відділ 3

Динамічна адресація

У цьому роботі необхідно створити DHCP-сервер. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – це сервіс або протокол, що працює на клієнтських машинах та на сервері, з метою автоматизації централізованого управління розподілом IP-адрес робочим станціям. Служба DHCP гарантує захист від дублювання IP-адрес. На сервері DHCP є база IP-адрес, які сервер може призначити робочим станціям. На робочих станціях запущена служба DHCP-клієнт, яка шукає в мережі DHCP-сервер і отримує від нього IP-адресу для робочої станції. Після отримання ця IP-адреса на сервері позначається як зайнята і жодна робоча станція її не зможе отримати повторно. Логічна схема мережі з урахуванням DHCP-сервера показано на рис.6.1.

Рис. 6.1. Логічна схема мережі, яка використовує DHCP-сервер

IP-адреси призначаються сервером по порядку з пулу адрес (списку доступних адрес). Той комп'ютер, який першим підключився до сервера, отримає IP-адресу 10.1.3.151, другий комп'ютер отримає IP-адресу 10.1.3.152 і т.д. IP-адреса закріплюється за клієнтською машиною на певний термін, встановлений сервером. Таким чином, якщо комп'ютер comp1 не з'явиться в мережі протягом n діб, то IP-адреса 10.1.3.151 буде позначена як вільна. Також на DHCP-сервері вказується діапазон призначених IP-адрес і діапазон виключених. У наведеному на рис.6.1 приклад IP-адреси починаються з 10.1.3.151 і закінчуються 10.1.3.165, винятків немає.

У міру свого розвитку цивілізація починає споживати все більше енергії, зокрема електричної — верстати, заводи, електронасоси, ліхтарі на вулицях, лампи в квартирах… Поява радіо, телевізорів, телефонів, комп'ютерів дала людству можливість прискорити обмін інформацією, проте ще сильніше прив'язала його до джерел електроенергії, оскільки тепер, у багатьох випадках, пропадання електрики рівносильне втраті каналу доставки інформаційного потоку. Найбільш критична така ситуація для низки найсучасніших галузей, зокрема там, де основним інструментом виробництва є комп'ютерні мережі.

Давно підраховано, що за пару-трійку місяців роботи вартість інформації, що зберігається на комп'ютері, перевищує вартість самого ПК. Вже давно інформація стала різновидом товару — її створюють, оцінюють, продають, купують, накопичують, перетворюють… і часом втрачають найрізноманітніші причини. Зрозуміло, до половини проблем, пов'язаних із втратою інформації, виникає через програмні або апаратні збої комп'ютерами. В інших випадках, зазвичай, проблеми пов'язані з неякісним електропостачанням комп'ютера.

Забезпечення якісного живлення компонентів ПК – запорука стабільної роботи будь-якої комп'ютерної системи. Від форми та якісних характеристик мережного живлення, від вдалого вибору компонентів живлення часом залежить доля цілих місяців роботи. Виходячи з цих міркувань, було розроблено викладену нижче методику дослідження, покликану надалі стати основою тестування якісних характеристик безперебійних блоків живлення.

1. Положення ГОСТ
2. Класифікація ДБЖ (опис, схема)
   • Офлайнові
   • Лінійно-інтерактивні
   • Онлайнові
   • Основні типи потужностей
3. Фізика
   • a. Види потужності, формули розрахунку:
     • Миттєва
     • Активна
     • Реактивна
     • Повна
4. Тестування:
   • Ціль тестування
   • Загальний план проведення
   • Параметри для перевірки
5. Устаткування, використане під час тестування
6. Бібліографія

Положення ГОСТ

Все, що пов'язано з електричними мережами, У Росії регламентується положеннями ГОСТ 13109-97 (прийнято Міждержавною Радою зі стандартизації, метрології та сертифікації замість ГОСТ 13109-87). Нормативи цього документа повністю відповідають міжнародним стандартам МЕК 861, МЕК 1000-3-2, МЕК 1000-3-3, МЕК 1000-4-1 та публікаціям МЕК 1000-2-1, МЕК 1000-2-2 в частині рівнів у системах електропостачання та методів вимірювання електромагнітних перешкод.

Стандартними показниками для електромереж у Росії, встановленими ГОСТ, є такі характеристики:

• напруга живлення - 220 В±10%
• частота - 50±1 Гц
• коефіцієнт нелінійних спотворень форми напруги – менше 8% протягом тривалого часу та 12% – короткочасно

Обговорено у документі та типові проблеми електропостачання. Найчастіше нам доводиться стикатися з такими:

• Повне пропадання напруги в мережі (відсутність напруги в мережі на час більше 40 секунд через порушення в лініях подачі електроенергії)
• Просідання (короткочасне зниження напруги в мережі до величини менше 80% від номінального значення на час більше 1 періоду (1/50 секунди) є наслідком включення потужних навантажень, зовні проявляється як мерехтіння ламп освітлення) та сплески (короткочасне підвищення напруги в мережі на величину більше 110 % від номінального на час більше 1 періоду (1/50 секунди), з'являються при відключенні великого навантаження, зовні виявляються як мерехтіння ламп освітлення) напруги різної тривалості
• Високочастотний шум – радіочастотні перешкоди електромагнітного або іншого походження, результат роботи потужних високочастотних пристроїв, комунікаційних пристроїв
• Відхилення частоти за межі допустимих значень
• Високовольтні викиди - короткочасні імпульси напруги величиною до 6000В та тривалістю до 10 мс; з'являються при грозах, як результат статичної електрики, через іскріння перемикачів, зовнішніх проявів не мають
• Вибіг частоти - зміна частоти на 3 і більше Гц від номінального (50 Гц), що виникають при нестабільній роботі джерела електроенергії, зовні можуть і не виявлятися.

Всі ці фактори можуть призвести до виходу з ладу досить тонкої електроніки, і, як це часто буває, до втрати даних. Втім, люди давно навчилися захищатися: фільтри мережевої напруги, стрибки, що гасять, дизель-генератори, що забезпечують подачу електроенергії системам при пропаданні напруги в «глобальному масштабі», нарешті, джерела безперебійного живлення — основний інструмент захисту персональних ПК, серверів, міні-АТС та ін Якраз про останню категорію пристроїв і йтиметься.
Класифікація ДБЖ

«Розділяти» ДБЖ можна за різними ознаками, зокрема, за потужністю (або сферою застосування) і за типом дії (архітектурою/пристроєм). Обидва ці методи тісно пов'язані один з одним. За потужністю ДБЖ поділяються на

1. Джерела безперебійного живлення малої потужності(з повною потужністю 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА - включаючи і on-line)
2. Малої та середньої потужності(з повною потужністю 3-5 кВА)
3. Середня потужність(з повною потужністю 5-10 кВА)
4. Великої потужності(з повною потужністю 10-1000 кВА)

Виходячи з принципу дії пристроїв, у літературі нині використовується два типи класифікації джерел безперебійного живлення. Відповідно до першого типу, ДБЖ поділяються на дві категорії: on-lineі off-line, які, в свою чергу, поділяються на резервніі лінійно-інтерактивні.

Відповідно до другого типу, ДБЖ поділяються на три категорії: резервні (off-line або standby), лінійно-інтерактивні (line-interactive) та ДБЖ з подвійним перетворенням напруги (on-line).

Ми будемо користуватися другим типом класифікації.

Розглянемо для початку різницю типів ДБЖ. Джерела резервного типу виконані за схемою з комутуючим пристроєм, який у нормальному режимі роботи забезпечує підключення навантаження безпосередньо до зовнішньої мережі живлення, а в аварійному — переводить її на живлення від акумуляторних батарей. Перевагою ДБЖ такого типу можна вважати його простоту, недоліком - ненульовий час перемикання на живлення від акумуляторів (близько 4 мс).

Лінійно-інтерактивні ДБЖ виконані за схемою з комутуючим пристроєм, доповненою стабілізатором вхідної напруги на основі автотрансформатора з обмотками, що перемикаються. Основною перевагою таких пристроїв є захист навантаження від підвищеної або зниженої напруги без переходу в аварійний режим. Недоліком таких пристроїв є ненульовий (близько 4 мс) час перемикання на акумулятори.

ДБЖ з подвійним перетворенням напруги відрізняється тим, що в ньому надходить на вхід змінна напругаспочатку перетворюється випрямлячем на постійне, а потім - за допомогою інвертора - знову на змінне. Акумуляторна батарея постійно підключена до виходу випрямляча та входу інвертора та живить його в аварійному режимі. Таким чином досягається досить висока стабільність вихідної напруги незалежно від коливань напруги на вході. Крім того, ефективно придушуються перешкоди та обурення, якими рясніє мережа живлення.

Фактично, ДБЖ даного класу при підключенні до мережі змінного струмуповодяться як лінійне навантаження. Плюсом цієї конструкції можна вважати нульовий час перемикання на живлення від акумуляторів, мінусом - зниження ККД за рахунок втрат при дворазовому перетворенні напруги.

Фізика

У всіх довідниках з електротехніки розрізняються чотири види потужності: миттєва, активна, реактивнаі повна. Миттєва потужність обчислюється як добуток миттєвого значення напруги та миттєвого значення струму для довільно вибраного моменту часу, тобто

Так як в ланцюзі з опором r u = ir, то

Середня за період потужність P ланцюга дорівнює постійної складової миттєвої потужності

Середню за період потужність змінного струму називають активною . Одиниця активної потужності вольт-ампер називається ват (Вт).

Відповідно, і опір r називають активним. Оскільки U=Ir, то

Зазвичай саме активну потужність розуміють під споживаною потужністю пристрою.

Реактивна потужність - Величина, що характеризує навантаження, створювані в електротехнічних пристроях коливаннями енергії електромагнітного поля. Для синусоїдального струмудорівнює твору діючих струмута напруги на синус кута зсуву фази між ними.

Повна потужність — сумарна потужність, що споживається навантаженням (враховуються як активна, так і реактивна її складові). Обчислюється як добуток середньоквадратичних значень вхідного струму та напруги. Одиниця виміру - ВА (вольт-ампер). Для синусоїдального струму дорівнює

Практично на будь-якому електричному приладізнаходиться етикетка із зазначенням або повної потужності пристрою, або активної потужності.
Тестування

Основна мета тестування— продемонструвати поведінку тестованих ДБЖ у реальних умовах, дати уявлення про додаткові характеристики, які не знаходять відображення у загальній документації на пристрої, на практиці визначити вплив різних факторів на роботу ДБЖ та, можливо, допомогти визначитися з вибором того чи іншого джерела безперебійного живлення.

Незважаючи на те, що рекомендацій щодо вибору ДБЖ в даний час існує безліч, в ході тестування ми розраховуємо, по-перше, розглянути ряд додаткових параметрів, якими варто поцікавитися перед покупкою обладнання, по-друге, по необхідності скоригувати набір вибраних методів та параметрів тестування та виробити базу для майбутнього аналізу всього тракту живлення систем.

Загальний план проведення тестування має такий вигляд:

• Вказівка ​​класу пристрою
• Вказівка ​​заявлених виробником характеристик
• Опис комплектності поставки (наявність керівництва, додаткових шнурів, ПЗ)
• Короткий опис зовнішнього виглядуДБЖ (функції, винесені на контрольну панель та перелік роз'ємів)
• Тип акумуляторів (із зазначенням ємності акумуляторів, що обслуговуються/необслуговуються, найменування, можливо - взаємозамінність, можливість підключення додаткових акумуляторних блоків)
• «Енергетична» складова тестів

У процесі тестування планується перевірити такі параметри:

• Діапазон вхідної напруги, при якому ДБЖ працює від мережі, не перемикаючись на акумулятори. Більший діапазон вхідної напруги зменшує кількість переходів ДБЖ на батарею та збільшує термін її служби
• Час перемикання живлення від акумулятора. Чим менший час перемикання, тим менший ризик виходу з експлуатації навантаження (пристрої, підключеного через ДБЖ). Тривалість і характеру процесу перемикання багато в чому визначають можливість нормального продовження роботи обладнання. Для комп'ютерного навантаження допустимий час переривання живлення 20-40 мс.
• Осцилограма перемикання на акумулятор
• Час перемикання з акумулятора на зовнішнє живлення
• Осцилограма перемикання з акумулятора на зовнішнє живлення
• Час роботи в автономному режимі. Цей параметр визначається виключно ємністю батарей, встановлених в ДБЖ, яка, у свою чергу, збільшується у разі зростання максимальної вихідної потужності ДБЖ. Для забезпечення автономним живленням двох сучасних комп'ютерів SOHO типової конфігурації протягом 15-20 хв, максимальна Вихідна потужністьДБЖ має бути близько 600-700 ВА.
• Параметри вихідної напруги під час роботи від батарей
• Форма імпульсу на початку розряду акумулятора
• Форма імпульсу наприкінці розряду акумулятора
• Діапазон вихідної напруги ДБЖ при зміні вхідної напруги. Чим цей діапазон вже, тим менший вплив зміни вхідної напруги на навантаження, що живиться
• Стабілізація вихідної напруги
• Фільтрування вихідної напруги (якщо вона є)
• Поведінка ДБЖ при перевантаженні на виході
• Поведінка ДБЖ при зникненні навантаження
• Обчислення ККД ДБЖ. Визначається як відношення вихідної потужності пристрою до споживаної потужності від джерела живлення
• Коефіцієнт нелінійних спотворень, що характеризує ступінь відмінності форми напруги або струму від синусоїдальної
  • 0% - синусоїда
  • 3% - спотворення не помітні на око
  • 5% - спотворення помітні оком
  • до 21% - трапецеїдальна або ступінчаста форма сигналу
  • 43% - сигнал має прямокутну форму

Обладнання

При тестуванні ми користуватимемося не реальними робочими станціями та серверами, а еквівалентними навантаженнями, які мають стабільний характер споживання та коефіцієнт використання потужності, близький до 1. Як основне обладнання, яке буде використовуватися при проведенні тестувань, в даний час розглядається наступний комплект:

Бібліографія

1. ГОСТ 721-77 Системи енергопостачання, мережі, джерела, перетворювачі та приймачі електричної енергії. Номінальна напругапонад 1000 В
2. ГОСТ 19431-84 Енергетика та електрифікація. терміни та визначення
3. ГОСТ 21128-83 Системи енергопостачання, мережі, джерела, перетворювачі та приймачі електричної енергії. Номінальна напруга до 1000 В
4. ГОСТ 30372-95 Сумісність технічних засобів електромагнітна. терміни та визначення
5. Теоретична електротехніка, вид. 9-е, виправлене, М.-Л., видавництво "Енергія", 1965
6. Рекламні матеріали компанії
7. Інтернет ресурс