Сбой питания:что делает накопитель при отключении питания?

Общественное электроснабжение, как правило, надежно, но бывают перебои. Очевидно, что полная потеря питания приводит к остановке всего электрооборудования, если к нему не подключен резервный источник питания, такой как ИБП и/или резервный генератор. Когда питание возвращается, оборудование перезапускается из выключенного состояния так, как оно было задумано для запуска. Однако существует класс помех, которые принимают форму коротких прерываний или провалов напряжения, поведение которых не столь очевидно.

Кратковременные провалы напряжения не редкость. Они могут быть вызваны неисправностями линии, вызванными молнией или падающими предметами, такими как деревья и т. д. Всякий раз, когда в энергосистеме общего пользования возникает неисправность, падение напряжения распространяется от точки неисправности по всей системе. Аппаратура защиты энергокомпании отключает неисправную цепь за время порядка 200 мс, после чего питание большинства потребителей восстанавливается, иногда после нескольких попыток автоматическими выключателями АПВ. Однако в это время потребители электроэнергии испытывают провалы напряжения различной глубины в зависимости от их электрической удаленности от места повреждения. В тяжелой промышленности провалы напряжения также происходят при пуске больших двигателей напрямую от сети.

Важно, чтобы электрическое оборудование вело себя правильно во время и после провала или прерывания, что легко упустить из виду. Он должен ехать через короткий или неглубокий провал. Если это невозможно, правильное поведение зависит от приложения. в некоторых приложениях оборудование должно останавливаться и ждать повторного запуска либо вручную, чтобы избежать опасности из-за неожиданного запуска, либо автоматически, но при координированном управлении несколькими двигателями. Другие приложения требуют, чтобы оборудование перезапускалось автоматически при восстановлении питания контролируемым образом. Неправильный повторный запуск может привести к остановке производства на заводе-изготовителе, аварийным ситуациям, таким как застревание людей в лифтах, срабатывание систем кондиционирования воздуха, а также к тому, что все виды электронных устройств потребуют дорогостоящего визита в сервисную службу для их сброса.

Провалы и перерывы

Кратчайшие провалы и прерывания обычно имеют продолжительность около 10 мс или один полупериод сети. Все, что превышает примерно 10 с, будет считаться потерей мощности. Диапазон длительностей, когда нам нужно внимательно следить за поведением, в основном составляет от 10 мс до примерно 500 мс. В этом диапазоне ошибки проектирования могут привести к неправильному поведению, например к зависанию или сбою процессора или повреждению данных.

В трехфазной системе неисправности часто затрагивают только одну фазу, поскольку молния и падающие предметы часто затрагивают только одну фазу. Однако неисправность может распространиться на все три. Однофазное замыкание на землю в системе передачи высокого напряжения проявляется как межфазное замыкание в системе распределения низкого напряжения после трансформаторов «треугольник-звезда». Провалы при запуске двигателя влияют на все три фазы.

Накопление энергии и ее пропускная способность

В типичной электронной схеме с питанием от сети есть довольно большой конденсатор, подключенный к внутренней линии питания постоянного тока для сглаживания выпрямленного напряжения, и обычно он накапливает достаточно энергии, чтобы поддерживать работу схемы в течение примерно 10–20 мс. При более коротких провалах или прерываниях он продолжает нормально работать, и может быть цепь контроля мощности, которая обнаруживает низкое напряжение. Затем есть время запустить короткую процедуру, чтобы сохранить некоторые важные данные в энергонезависимой памяти и перевести систему в известное состояние, из которого она может перезапуститься после восстановления подачи питания. Если требуется прохождение до 100 мс, этого можно добиться, добавив дополнительную емкость, после которой потребуется какая-либо батарея или ИБП.

В типичном приводе с регулируемой скоростью из-за высокой пропускной способности конденсаторы не накапливают достаточно энергии для обеспечения номинальной мощности нагрузки даже в течение 10 мс. Не существует реальной возможности преодолеть провал простым способом, используя накопленную в конденсаторе энергию, если только мощность нагрузки в данный момент не окажется очень низкой. В некоторых специальных приложениях к шине постоянного тока подключаются дополнительные внешние конденсаторы, суперконденсаторы или батареи, чтобы обеспечить пропускную способность, но обычно это слишком дорого.

С другой стороны, некоторая полезная энергия может храниться механически в инерции двигателя. В зависимости от приложения можно использовать часть этой энергии для поддержания накопителя в жизнеспособном состоянии, готовом к возобновлению питания.

Проезд для поездок

На рис. 1 показаны основные силовые компоненты привода переменного тока. Дроссели не являются обязательными и мало влияют на скорость поездки.

Рис. 1. Основные силовые компоненты преобразователя частоты переменного тока

Выпрямитель однонаправленный, мощность может передаваться только от источника переменного тока к шине постоянного тока. Инвертор и двигатель являются двунаправленными, поэтому энергия может возвращаться от двигателя к шине постоянного тока привода при условии, что энергии достаточно для поддержания намагниченности двигателя.

Контроллер привода измеряет напряжение на шине постоянного тока, поэтому он может обнаруживать падение напряжения. Кратковременное прерывание питания переменного тока имеет тот же эффект, что и провал, поскольку напряжение постоянного тока падает при разряде конденсатора. Существует несколько возможных ситуаций, и детальное поведение зависит от используемого режима управления двигателем. Давайте рассмотрим простое управление без обратной связи с базовым фиксированным отношением V/f.

В любом случае, когда напряжение восстанавливается до достижения уровня обнаружения потери питания, нормальная работа продолжается. Возникает кратковременный всплеск входного тока, поскольку конденсатор перезаряжается без использования схемы мягкого заряда. Привод спроектирован таким образом, чтобы безвредно выдерживать такое перенапряжение, но известно, что в такой ситуации срабатывают автоматические выключатели, особенно когда несколько приводов питаются от одного и того же выключателя.

Процедура потери поставок:

Существует выбираемый пользователем параметр режима, который дает выбор из трех действий, которые можно выбрать в соответствии с потребностями приложения:

1. Никаких действий (функция потери питания отключена)
2. Рапать до остановки
3. Проехать

В варианте 1 двигатель останавливается. Привод не выполняет никаких действий, когда напряжение падает ниже уровня обнаружения потери питания. Если напряжение продолжает падать ниже уровня обнаружения пониженного напряжения, привод отключается, а двигатель останавливается выбегом. Если питание возвращается, привод выполняет автоматический перезапуск, если все еще присутствуют команды включения и запуска для привода.

Вариант 2 обычно выбирается, когда приложение требует нескольких скоординированных движений, и важно, чтобы привод не предпринимал независимых действий. Двигатель останавливается, когда напряжение падает ниже уровня обнаружения потери питания. Если питание восстанавливается, когда привод замедляет двигатель, привод продолжает замедлять двигатель до остановки, в противном случае привод входит в состояние пониженного напряжения и отключается.

Существует разница в детальном поведении некоторых продуктов Control Techniques, когда привод останавливается, если питание восстановлено:

• Для Unidrive M700 и сопутствующих продуктов:когда двигатель достигает остановки, привод переходит в отключенное состояние и требует переключения разрешающего сигнала, прежде чем он сможет снова работать.
• Для приводов Unidrive M100–M400 и сопутствующих продуктов:после того, как двигатель достиг останова, пока подаются команды разрешения и запуска, привод перезапускается и увеличивает скорость двигателя до заданного значения.

Вариант 3 обычно выбирается, когда приложение требует, чтобы привод продолжал работать независимо, насколько это возможно. Привод снижает уставку скорости двигателя контролируемым образом, чтобы поток двигателя сохранялся, а механическая энергия, накопленная в двигателе и нагрузке, возвращалась в привод по мере падения скорости. Энергия используется для поддержания тока намагничивания двигателя и питания цепи управления привода. Если питание восстанавливается до того, как энергия будет исчерпана, привод разгоняет двигатель до заданной скорости.

Вероятность успешной поездки явно зависит от механической нагрузки в данный момент, а также от конкретной инерции двигателя и его нагрузки.

Обратите внимание, что если падение напряжения происходит только в одной фазе трехфазного питания, то восстановленная энергия должна только «заполнять пробелы» для выпрямителя во время пропущенных интервалов фазного напряжения, что требует гораздо меньше энергии, чем для трехфазного питания. падение и, скорее всего, приведет к успешному прохождению.

Ограничение количества попыток автоматического сброса

Это может быть установлено на желаемое число или неограниченно.

Перезапуск вращающегося двигателя:

Во всех этих вариантах, если выбран автоматический перезапуск, необходимо учитывать, требуется ли процедура «подхвата вращающегося двигателя». Если привод сохранил контроль над двигателем, т. е. в режиме рампы или режима езды, в этом нет необходимости. Однако, как только произошло отключение по пониженному напряжению, двигатель больше не управляется. Он может продолжать вращаться из-за своей инерции и/или внешних факторов, таких как поток воздуха в вентиляторе. В этом случае повторный запуск может завершиться неудачей, если не включен алгоритм вращающегося двигателя.

Стандарты и требования к провалам, прерываниям и прохождению питания

Существуют международные и согласованные с ЕС стандарты устойчивости электротехнических изделий к провалам и перебоям в подаче электроэнергии. В ЕС это юридически регулируется Директивой по электромагнитной совместимости. В остальном мире это обычно считается вопросом качества продукции, а не законом об электромагнитной совместимости. Для оборудования с номинальным током ниже 16 А на фазу стандартом испытаний является IEC 61000-4-11 (EN 61000-4-11 в ЕС), но этот стандарт дает широкий диапазон дополнительных уровней испытаний и не содержит критериев «годен/не годен». Чтобы найти точные требования, необходимо ознакомиться со стандартом на продукцию. Типичное требование можно взять из общего стандарта помехоустойчивости для промышленного оборудования IEC 61000-6-2:

Оборудование должно работать, как указано, во время погружения и после него, и не должно происходить потери или повреждения сохраненных данных. Обратите внимание, что это не требует буквального прохождения, в смысле продолжения подачи номинальной выходной мощности, а только работы по назначению. Целью теста является поиск ошибок или ошибок, таких как зависание или поврежденные сохраненные данные после провала/прерывания. Если тест применяется к машине, которая включает в себя диски, то диски должны быть правильно сконфигурированы, чтобы гарантировать, что вся машина ведет себя должным образом во время и после провалов.

Для оборудования с номинальным током более 16 А на фазу существует другой стандарт испытаний IEC 61000-4-34. Этот стандарт мало используется из-за сложности и стоимости испытательного оборудования. Поведение мощного привода можно надежно спрогнозировать с помощью моделирования и масштабирования модели с более низким энергопотреблением.

Еще один стандарт для помех в электроснабжении исходит от Совета индустрии информационных технологий (ITIC) в США и иногда применяется для ИТ-оборудования. Он не определяет метод испытаний, а определяет только поведение напряжения на клеммах. Кривая ITIC (ранее кривая CBEMA) показывает непрерывную работу с перерывами до 20 мс. Он применим только к однофазным источникам питания и не может быть легко адаптирован к трем фазам.

Из предыдущего обсуждения вы можете видеть, что привод может достичь этого в режиме управления поездкой при условии, что достаточное количество накопленной энергии может быть восстановлено путем замедления нагрузки, особенно при трехфазном питании.

Рис. 2. Кривая ITIC (ранее CBEMA)