Применение ИБП для стабилизации питания

Статья посвящена использованию Источников Бесперебойного Питания (ИБП) для питания промышленного оборудования. Рассказано подробно, как я использовал UPS мощностью 500 Вт для питания промышленного холодильника на 22 кВт.

Проблемы с напряжением

Немного предыстории. Обратился ко мне один клиент с такой проблемой. У него имеется огромный холодильник-цистерна для хранения молока. У холодильника два трехфазных компрессора, оба по 11 кВт мощности.

Всё бы ничего, но иногда бывают внезапные отключения света, что может привести к прокисанию молока и недопустимым материальным потерям. Чтобы перестраховаться от таких форс-мажоров, которые бывают несколько раз в день (это сельская местность), было решено купить дизельный генератор мощностью 30 кВт для питания этого холодильника.

Получилось так, что генератор установлен на расстоянии около 100 м от холодильника, при этом используются 2 разъема, 1 болтовое соединение, и контакты двух автоматических выключателей.  Жилы в кабеле сечением 6 мм² меди и 16 мм² алюминия. Устанавливал генератор не я, но последствия этого безобразия устранять пришлось мне.

А безобразие проявлялось вот в чём. Генератор выдавал на холостом ходу честные 225В по каждой фазе. При включении холодильника напряжение на вводе холодильника опускалось до 125…145 В. Естественно, ни один компрессор не захочет запускаться в таких условиях.

Выключался холодильник не просто так, а потому, что на страже качества питающего напряжения стояло реле контроля фаз. Кому интересно, что это и как работает – читайте статью.

А по включению пускателей и подключению трехфазных двигателей через пускатели – другую мою статью.

И дело прежде всего в том, что блок управления не может нормально управлять запуском. Блок управления выдаёт напряжение на включение пускателей, которые включают компрессоры (не одновременно!). Пускатели (контакторы) включаются, компрессор запускается, напряжение падает, пускатель отпускает, компрессор отключается.

Я был на объекте со специалистом фирмы ИК Энергопартнер (благодарности ниже), и у нас был замечательный прибор – анализатор качества напряжения HIOKI 3197. C помощью этого прибора видно всё, что происходит в сети. Мы подключились на входе питания холодильника, и вот что увидели:

Как видно из графика, напряжение в момент запуска падало до примерно 125 В. А вот соответствующие скачки тока:

Налицо – большое падение напряжения, и повышением мощности генератора тут точно проблему не решить.

Была мысль посоветовать купить новый генератор, и установить на место старого. Но интуиция мне подсказывала, что при огромных материальных затратах с такой проводкой новый генератор не поможет – слишком большие пусковые токи, и слишком ржавые болты в соединениях.

Было предложено перенести генератор, чтобы схема питания выглядела примерно так:

Но перенести генератор тоже было проблематично, не будем об этом.

Вот такой замкнутый круг. Конечно, я не собирался стабилизировать трехфазное напряжение, питающее весь холодильник. Достаточно было стабилизировать управляющее напряжение, которое берется от одной из фаз, питающих трехфазные компрессоры.

А это одна фаза 220В и мощность не более 300ВА.

Как стабилизировать напряжение

Прежде всего, я убедился, что проблема действительно в том, что пускатели не могут удерживаться во включенном состоянии из-за низкого напряжения на их катушках. Для этого я просто зажал пальцем пускатель, и компрессор запустился!

Способ очень грубый и топорный, но для первоначального анализа поломок и приведения оборудования в чувство часто действует. Главное – делать это с пониманием.

Как же стабилизировать напряжение питания этих пускателей? Мощность при этом требовалась сравнительно небольшая.

Если бы питались только БП, которые преобразовывают из переменного в постоянное, проблема решилась бы очень просто установкой парочки электролитов в цепь постоянного напряжения 315В. И провалы напряжения 1-2 сек. были бы не страшны. Но пускатели питались переменкой…

Первое, что приходит в голову – стабилизатор напряжения. Однако, у стабилизаторов в данном случае очень долгое время включения. Лишь у тиристорных моделей она составляет приемлемое значение – менее 2 периодов напряжения (40 мс). Однако, производитель не уточняет, сколько секунд понадобится стабилизатору, чтобы переключиться и поднять напряжение на выходе при мгновенном проседании питающего напряжения с 220 до 140 В. Экспериментировать у меня не было времени, да и минимальная стоимость такого стабилизатора – около 10000 руб.

Кстати, для сглаживания помех с сети используют варисторы, которые поглощают кратковременную импульсную помеху. Чем мощнее варистор, тем бОльшую энергию импульса он сможет погасить. Варисторы ставят на входах различных приборов, а также в “Пилотах” для питания офисной техники. А также – на входе питания цепей управления, и даже параллельно катушкам пускателей, чтобы сгладить нежелательные импульсы напряжения.

Решено было использовать источник бесперебойного питания (ИБП). Но надо было выбрать, какой использовать ИБП – Back (OFFLINE) или Smart (Line-Interactive). Думаю, большинство моих читателей примерно знают, чем отличаются эти виды ИБП.

Напоминаю, что мне нужен был UPS с одной целью – устранить кратковременный (около 1 сек.) провал входного напряжения.

Мною были проведены исследования, которые вынесены в отдельную статью. Они подтвердили, что с поставленной задачей прекрасно справляются оба вида ИБП.

А зачем платить больше?

Поэтому я решил использовать для решения проблемы Back UPS.

Подключение ИБП в цепь управляющего напряжения

Прежде всего, надо разобраться, где что на выходе ИБП. Буковкой L я отметил фазовые входы-выходы:

Это нужно для того, чтобы случайно не перепутать фазу и ноль и не сделать КЗ при подключении ИБП.

ИБП был установлен в отдельный металлический ящик и подключен кабелем длиной 4м и сечением 1,5мм2. Провод, выходящий из блока управления на вход ИБП, защищен автоматом 6А.

Вот, если кому интересно, плата управления холодильником. Через реле внизу платы включаются те самые пускатели на 220 VAC.

Вот какая схема питания получилась:

Под нагрузкой при питании от батареи квазисинус искажался, на выходе было напряжение такой формы:

Вообще, при включении ИБП создается жуткая помеха, которая может влиять на работу оборудования, поэтому это тоже надо учитывать.

Стоит сказать, что применяю я источники бесперебойного питания в таких случаях не в первый раз. Чаще всего это требуется там, где питание по каким-то причинам нестабильно, но вполне приемлемо для питания силовой части (двигателей).

А вот в первый раз пользовался такими замечательными приборами. Анализатор напряжения, цифровой осциллограф, и даже тепловизор, которым мы посмотрели температуру клеммных и болтовых соединений. По этому поводу выражаю благодарность Дмитрию, специалисту фирмы “ИК Энергопартнер”. Фирма занимается энергоаудитом, энергосберегающими технологиями, системами энергоснабжения.

 

Скачать

Информация по теме – статья про конструкцию и ремонт Источников Бесперебойного питания:

• APC_Smart-UPS_450-1500_Back-UPS_250-600 / Устройство и ремонт ИБП. Пособие по ремонту. Схемы и их обзор., pdf, 1.93 MB, скачан: 3331 раз./

Схемы и ремонт также здесь – http://electro-tech.narod.ru/schematics/power.htm