Исследование источника бесперебойного питания для ответственных потребителей электрической энергии

Спроектирован источник бесперебойного питания для ответственных потребителей электрической энергии, проведено исследование имитационной модели в среде Matlab.

Введение ………………………………………………………………………………………………………………………14
1. Источники бесперебойного питания для ответственных потребителей электрической
энергии переменного тока …………………………………………………………………………………………….16
1.1. Основные типы ИБП………………………………………………………………………………………..17
1.1.1. ИБП off- line (Stand-By) типа………………………………………………………………………17
1.1.2. ИБП Line-interactive типа …………………………………………………………………………..19
1.1.3. Системы типа on-line …………………………………………………………………………………20
1.2. Анализ структурных схем ИБП On-Line типа……………………………………………………21
2. Расчет и выбор элементов силовой части ИБП ………………………………………………………..27
2.1. Схема разрабатываемого источника бесперебойного питания…………………………..27
2.2. Расчет параметров входной сети и нагрузки ……………………………………………………..28
2.3. Выбор аккумуляторных батарей ………………………………………………………………………29
2.4. Расчет инвертора напряжения ………………………………………………………………………….31
2.5. Расчет фильтра на выходе инвертора напряжения…………………………………………….33
2.6. Расчет импульсного преобразователя постоянного напряжения №1 …………………37
2.7. Расчет импульсного преобразователя постоянного напряжения №2 ………………42
2.8. Расчет неуправляемого выпрямителя №1 …………………………………………………………47
2.9. Расчет неуправляемого выпрямителя №2 …………………………………………………………48
2.10. Расчет сглаживающего фильтра на выходе выпрямителя №1…………………………49
2.11. Расчет сглаживающего фильтра на выходе выпрямителя №2 …………………………51
2.12. Расчет фильтра на входе инвертора……………………………………………………………….53
2.13. Электрическая принципиальная схема ИБП с описанием работы ее элементов 55
3. Исследование имитационной модели ИБП………………………………………………………………59
3.1. Описание имитационной модели ……………………………………………………………………..59
3.2. Исследование высших гармоник тока на выходе ИБП ………………………………………64
3.2.1. Работа ИБП в режиме питания от сети……………………………………………………….67
3.2.2. Работа ИБП в аварийном режиме ………………………………………………………………72
3.2.3. Исследование работы однофазного 3-уровневого инвертора ………………………77
3.2.4. Сравнительный анализ 3-уровневого и однофазного мостового инвертора …79
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………..83
4.1. Предпроектный анализ …………………………………………………………………………………….83
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………………….83
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений ……………………………………………..86
4.1.3. SWOT- анализ …………………………………………………………………………………………..88
4.2. Планирование научно-исследовательских работ……………………………………………….89
4.2.1. Контрольные события проекта …………………………………………………………………..89
4.2.2. Планирование НИР……………………………………………………………………………………90
4.3. Бюджет научного исследования ……………………………………………………………………….92
4.4. Определение ресурсной и экономической эффективности исследования …………..97
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………………………….99
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. ……………………100
5.2. Производственная безопасность ………………………………………………………………………..102
5.2.1. Инструкция по обслуживанию ИБП ……………………………………………………………….103
5.2.2. Отсутствие или недостаток естественного света……………………………………………..105
5.2.3. Химический фактор. ………………………………………………………………………………………107
5.2.4. Микроклимат аккумуляторных помещений ……………………………………………………108
5.2.5. Шум ………………………………………………………………………………………………………………109
5.2.6. Анализ выявленных опасных факторов…………………………………………………………..110
5.2.6.1. Электробезопасность ………………………………………………………………………………….110
5.3. Экологическая безопасность. …………………………………………………………………………….110
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………………..112
Заключение …………………………………………………………………………………………………………………117
Список использованных источников ……………………………………………………………………………119
ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………………………………………………………………….123
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………………………………………………………………….125
ПРИЛОЖЕНИЕ В ……………………………………………………………………………………………………….126
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ……………………………………………………………………………………………………….127
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ……………………………………………………………………………………………………….128
ПРИЛОЖЕНИЕ Е ……………………………………………………………………………………………………….129
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж ………………………………………………………………………………………………………130
ПРИЛОЖЕНИЕ К ……………………………………………………………………………………………………….131
ПРИЛОЖЕНИЕ Л ……………………………………………………………………………………………………….132
ПРИЛОЖЕНИЕ М ………………………………………………………………………………………………………133
ПРИЛОЖЕНИЕ Н……………………………………………………………………………………………………….134
ПРИЛОЖЕНИЕ П……………………………………………………………………………………………………….135
ПРИЛОЖЕНИЕ P ……………………………………………………………………………………………………….136
ПРИЛОЖЕНИЕ C ……………………………………………………………………………………………………….137
ПРИЛОЖЕНИЕ Т ……………………………………………………………………………………………………….138

В данном разделе были рассмотрены вредные и опасные
производственные факторы, с которыми можно столкнуться при разработке и
эксплуатации технологического процесса.
Применение приведенной инструкции по обслуживанию ИБП
приведет к снижению вероятности отказа оборудования и получения
производственных травм персоналу. Кроме того, применение и соблюдение
основных норм, мер и способов устранения вредных и опасных
производственных факторов позволят повысить производительность рабочих
и сохранить их здоровье, а именно:
 дополнительные средства защиты персонала;
 дополнительные датчики, которые способны регистрировать
концентрацию вредных веществ в воздухе;
 правильно обустроенное рабочее место
 рекомендательные действия персонала;
Также, были приведены требования к экологической безопасности, к
пожарной безопасности. Утилизации аккумуляторным батареям уделяют
особое внимание. Утилизировать АБ необходимо в специальные пункты
приема для дальнейшей переработки. В случае пожара предусмотрены в
помещение огнетушители. Для устранения выделяемых вредных газов в
аккумуляторной установлена отдельная для помещения вентиляция. Чтобы
своевременно узнать о возникновение пожара – устанавливаются датчики
пожарной сигнализации. Таким образом, применяя вышеперечисленные
меры устранения вредных и опасных производственных факторов,
автоматизированная система безопасности и соблюдая технику безопасности,
создается безопасный технологический процесс.
Заключение
В данной магистерской диссертации был разработан, рассчитан и
спроектирован источник бесперебойного питания для ответственного сервера
мощностью 10 кВА. Осуществлен обзор существующих типов и структурных
типов ИБП, произведен расчет и выбор элементов силовой части и
отдельного зарядного устройства, также разработана принципиальная
электрическая схема ИБП.
В моделирующей среде Matlab была разработана и исследована
имитационная модель работы ИБП на различные нагрузки. При работе ИБП
на активно-индуктивную нагрузку происходит сглаживание колебаний тока и
напряжений, и выходное напряжение практически не искажается, в отличии
от выпрямительной нагрузки. При работе ИБП на данную нагрузку,
происходит негативное влияние на качество питающей сети. Это объясняется
емкостным характером выпрямительной нагрузки, так как при набросе
нагрузке происходит бросок тока и провал напряжения. Кроме того
моделирование показало, что применение трёхуровневого инвертора в
разработанном ИБП, в сравнении с однофазным мостовым, позволяет
существенно снизить выходные высшие гармоники. Наиболее характерно это
наблюдается на 3, 5 и 7 гармониках. Снижение величин которых особенно
важно, так как они оказывают наиболее сильное негативное влияние на
работу оборудования.
В четвертой части работы были рассчитаны затраты на покупку
программного обеспечения, зарплату инженерному персоналу, проведение
моделирования. Кроме того произведено планирование на создание
имитационной модели ИБП.
В заключительной главе рассмотрены вопросы касаемые социальной
ответственности, а именно: инструкции по эксплуатации ИБП, а также
вопросы связанные с утилизаций кислотно-свинцовых АБ.
В итоге, после завершения разработки, проектирования и
моделирования, был получен ИБП, который обеспечивает решение всех
поставленных задач, и соответствует всем требованиям, представленным в
техническом задании.