Автоматическое включение (ввод) резерва – АВР, назначение, устройство и характеристики автоматов переключения

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

В общем понимании смысл выражения заключается в автоматическом вводе в действие резервного оборудования, блоков, участков электрической цепи при отказе основных частей.

Наиболее же часто имеется ввиду обеспечение бесперебойного питания потребителей. Ряд устройств по тем или иным причинам не допускает перебоев электропитания.

В зависимости от параметров потребителей или питающей сети могут использоваться разные решения по обеспечению бесперебойного питания.

Категории потребителей, требующие автоматического резервирования питания.

По требованиям надежности электрического питания все потребители подразделяются на три категории.

К первой относятся такие, перерыв в работе которых может угрожать жизни и здоровью людей, безопасности государства, привести к большому материальному ущербу, нарушению работы коммунального хозяйства, перерывам в связи и коммуникации.

Потребители первой категории требуют обязательного резервирования электроснабжения от двух независимых друг от друга источников питания.

Также в состав первой группы потребителей входит особая группа, с более жесткими требованиями по надежности и которая требует наличия трех взаимно резервируемых источников питающего напряжения.

Третьим источником обычно служит резервная электростанция, поэтому автоматика резервирования должна обеспечивать надежный запуск электрогенератора при критической ситуации на питающих линиях.

ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТАМ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

Одно из основных требований, которые предъявляются к АВР, это скорость переключения на резерв. Задержка включения, в течении которой отсутствует напряжение, может вызвать сбои в работе потребителей, поэтому, чем меньше время переключения, тем более высокую надежность обеспечивает система резервирования.

Учитываются такие параметры:

• напряжение основной и резервной линии;
• количество коммутируемых фаз;
• мощность нагрузки;
• возможность автоматического восстановления питания от основного источника после устранения перебоя подачи электроэнергии;
• задержка на восстановление;
• переключение только при условии наличия напряжения резервного источника;
• блокировка переключения при коротком замыкании в нагрузке.

ТИПЫ АВР – АВТОМАТОВ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА

Автоматы резервирования подразделяют на несколько типов:

• одностороннего действия;
• двухстороннего действия;
• с автоматическим восстановлением.

Автоматы одностороннего действия обеспечивают работу нагрузки от основного источника, подключая резервный только в аварийных ситуациях.

Двусторонние автоматы резервирования могут обеспечивать работу нагрузки от любой линии, считая ее основной, а не подключенную в настоящее время резервной.

И односторонние и двусторонние автоматы могут иметь возможность восстановления в случае устранения аварийной ситуации.

По вариантам исполнения АВР разделяют на:

• релейные;
• релейные с цифровым управлением;
• электронные.

Большинство используемых систем используют механическую переключающую часть, в которой линии питания коммутируются при помощи мощных реле или контакторов. Развитие полупроводниковой техники дало возможность использовать, так называемые, твердотельные реле, которые не содержат механических частей.

Твердотельные реле при условии соблюдения ограничений по коммутируемому току отличаются высокой надежностью, поскольку отсутствует такое явление, как искрообразование при переключении. Автоматика резервирования на микропроцессорном блоке управления имеет возможность оперативного изменения алгоритма работы.

Такие устройства снабжаются многофункциональным индикатором, на который могут выводиться ряд контролируемых параметров:

• состояние ввода основной и резервной линий;
• ток нагрузки;
• время задержки восстановления.

ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

В однофазной сети часто используется релейная схема автоматического резервирования. В виду простоты данная схема отличается высокой надежностью, легкостью реализации и простотой настройки и ремонта.

Схема построена на одном реле с группой переключающих контактов. По требованиям к потребляемому нагрузкой току, вместо реле могут устанавливаться контакторы (магнитные пускатели).

Контактная группа реле подключается следующим образом:

• общая часть – нагрузка;
• нормально разомкнутые контакты – основной ввод;
• нормально замкнутые контакты – резервный ввод.

Обмотка реле постоянно подключена к основной линии. Таким образом, при нормальном состоянии питания, обмотка реле находится под током, вызывая срабатывание контактной группы. Напряжение в нагрузку поступает с основного источника.

При отсутствии основного напряжения, питание нагрузки осуществляется через нормально замкнутые контакты от резервного источника. При восстановлении основного источника, питание от него восстанавливается автоматически, поскольку произойдет срабатывание реле.

Наряду с простотой конструкции данная схема обладает рядом недостатков:

• нет контроля наличия резервного напряжения;
• нет контроля короткого замыкания нагрузки;
• отсутствует временная задержка на восстановление;
• при коммутации больших токов возможно пригорание контактов с одновременным подключением нагрузки к основной и резервной линиям.

Контроль напряжения питания.

Напряжение питания основной и резервных линий контролируется при помощи реле минимального напряжения или реле контроля фаз. Реле срабатывает в случае снижения напряжения в любой из фаз ниже определенного минимального значения.

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИКИ

Для повышения надежности работы автоматики в ней должно быть предусмотрено:

• контроль короткого замыкания в нагрузке;
• наличие напряжения на резервном источнике;
• состояние вводного выключателя.

Контроль короткого замыкания необходим для того, чтобы подключение резерва не вызвало ухудшения ситуации, поскольку велика вероятность повреждения основного источника в результате аварийной ситуации в нагрузке.

При отсутствии напряжения на резерве, переключение не имеет смысла.

Контроль состояния вводного выключателя необходим для исключения срабатывания устройства при принудительном отключении основного питания.

Основная опасность использования автоматов ввода резерва (АВР) состоит в том, что возможна ситуация, когда на нагрузку будет подано одновременно напряжение с основного и резервного источников. В случае использования многофазных сетей с несогласованными фазами это может привести к междуфазным замыканиям и отключению подачи напряжения с обоих источников.

Таким образом, в многофазных системах должен предусматриваться контроль чередования фаз основного источника и резерва.

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Часть потребителей может нормально функционировать при перерывах в подаче питания не более 0.2 – 0.3 с. Релейные системы автоматического резервирования не могут обеспечивать переключения за такое или меньшее время. В то же время нет отсутствует гарантированное срабатывание автоматики при кратковременных пропаданиях электроэнергии.

Источники бесперебойного питания (ИБП) обеспечивают мгновенное переключение питания на резерв. Особую надежность обеспечивают ИБП с двойным преобразованием, в которых резервным источником является аккумуляторная батарея.

ИБП двойного преобразования (инвертор) преобразует входное напряжение переменного тока в постоянное, которое, в свою очередь, через коммутационные полупроводниковые ключи, вновь преобразуется в переменное. Одновременно производится буферная подзарядка аккумуляторной батареи.

При пропадании переменного напряжения к выходным ключам автоматически подключается аккумулятор. Поскольку после выпрямительного моста в цепи входного питания установлена батарея конденсаторов большой емкости, то переключение на работу от батареи не вызывает перерывов в подаче выходного напряжения.

Еще одно преимущество ИБП – стабилизация выходного напряжения и защита от просадок входного.

Фактором, сдерживающим широкое распространение ИБП, является их высокая стоимость, ограниченная мощность нагрузки и малое время работы.

Максимальный ток нагрузки ограничивается используемыми полупроводниковыми ключевыми элементами, а время работы – используемой аккумуляторной батареей. С ростом мощности, стоимость аккумулятора становится определяющим фактором.

© 2012-2023 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Автоматы включения резервного электропитания (АВР)

Поплавный Сергей

№ 2’2014

PDF версия

Для обеспечения бесперебойного питания достаточно широко применяется система резервного электроснабжения, при которой, помимо основного, используется резервный источник электроэнергии. Однако существует проблема своевременного определения нарушения работы и быстрого переключения между ними. Для решения данной проблемы используются автоматы включения резервного электропитания (АВР). В настоящей статье рассмотрены особенности современных АВР.

Принцип работы АВР

Прежде чем переходить к конкретным устройствам, необходимо разобраться в том, что такое АВР. Как уже говорилось выше, данное устройство предназначено для определения перебоев в процессе электроснабжения и быстрого переключения на резервный источник питания (ИП). Первоначально переключение осуществлялось вручную, однако с развитием технологий возникла необходимость сократить промежуток времени, в течение которого происходит переключение. Для этой цели и были созданы устройства автоматического включения резервного электропитания. На сегодня они получили широкое распространение на промышленных предприятиях, где перебой в электроснабжении может привести к простою или выходу из строя оборудования.

Схемы устройства АВР должны:

• выявлять неисправности рабочего ИП на ранней стадии;
• обеспечивать быстрое переключение между ИП для возможности сохранения технологического процесса;
• не допускать возникновения короткого замыкания при включении резервного ИП;
• исключать недопустимое несинхронное включение потерявших питание синхронных электродвигателей на сеть резервного источника;
• не допускать подключение потребителей к резервному источнику с пониженным напряжением.

Существует несколько разновидностей АВР по принципу работы:

• АВР с приоритетом первого ввода. В данном случае один из ИП имеет высокий приоритет и является основным, в то время как второй, резервный, срабатывает только при прекращении нормальной работы первого и отключается при его восстановлении. Данный тип АВР является наиболее распространенным.
• АВР с равноценными вводами. В данной реализации предполагается, что оба источника являются равноценными и могут использоваться для длительного обеспечения подачи электроэнергии. При выходе из строя одного из них происходит переключение на второй. Обратный переход возможен либо при нарушении работы второго источника, либо при ручном переключении.
• АВР без возврата. При пропадании электро­питания на первом вводе АВР автоматически переключается на второй. При восстановлении электропитания на первом вводе переключение АВР производится только в ручном режиме.
• АВР, работающий в режиме, при котором каждый ввод работает независимо от другого на своего потребителя. В случае выхода из строя одного из вводов АВР все потребители подключаются к исправному.

Устройство АВР состоит из пускового органа и узла автоматики включения. Существует несколько основных реализаций пусковых устройств. Первое основано на применении реле минимального напряжения. Оно предназначено для отключения выключателя при значительном понижении или исчезновении переменного напряжения. Время срабатывания такого реле регулируется в диапазоне 0,5–9 с. В некоторых случаях роль пускового органа выполняет реле времени с возвращающимся якорем. Уставка срабатывания этих реле обычно, если не имеется конкретных данных, выбирается из условия:

U_ср = (0,25…0,4) × U_ном.

В случае трехфазного питания могут использоваться реле контроля фаз.

 

Современные варианты исполнения АВР

На сегодня на рынке существует огромное количество различных вариантов исполнения АВР, что позволяет подобрать устройство с необходимыми параметрами практически для любого конкретного случая. Однако, несмотря на все многообразие вариантов, все они имеют общие недостатки. Например, существующие АВР не допускают возможности комбинирования источников переменного и постоянного напряжения, допуская подключение основного и резервного ИП только одного типа. Также одной из проблем, которой обладают современные реле, является возможное «залипание» контактов. Это происходит из-за возникновения дугового разряда при переключении ИП, при котором контакт одного ввода «залипает», а в это время включается другой ввод. Таким образом, на короткое время к нагрузке подключаются два ввода, что, в случае если фазы источников разные, может привести к короткому замыканию.

Еще одна проблема связана с одним из основных параметров пускового устройства — временем срабатывания АВР. Оно определяет временной интервал, в течение которого происходит определение необходимости переключения и срабатывание узла автоматики включения. В идеальном случае время срабатывания АВР должно быть таким, чтобы во время переключения не происходило остановки оборудования. С помощью кривых ITIC (Information Technology Industry Council), представленных на рис. 1, можно оценить максимальную задержку.

Рис. 1. Кривые ITIC

Данный график отображает время, в течение которого оборудование продолжает нормально функционировать при понижении напряжения до определенного уровня. Так как при переключении вводов питания происходит полное отключение нагрузки от источника, то нормальное функционирование оборудования сохраняется в течение 10 мс. Следовательно, для непрерывной работы время срабатывания АВР не должно превышать данного значения. Однако на практике значение данного параметра для современных АВР составляет не менее 120–130 мс, и, как следствие, это непременно приводит к сбоям или отключению оборудования. Для большинства предприятий данная ситуация не является критичной, однако существует ряд отраслей, в которых используется оборудование, остановка которого может привести к серьезным нарушениям производственного цикла. К таким отраслям относится, например, добыча природных ресурсов. Поэтому на таких предприятиях применение стандартных реле является неприемлемым.

Для решения данной задачи компания ЗАО «Протон-Импульс» разработала автомат ввода резерва «БУП». Его технические характеристики представлены в таблице.

Таблица. Технические характеристики электронного АВР «БУП»

Напряжение источников питания, В	220 переменного тока
	220 постоянного тока
Допустимые отклонения напряжения питания (заводские установки устанавливаемые), %	±10
Частота сети переменного тока, Гц	50
Частота сети переменного тока, А	5 (без внешнего охладителя)
	10 (с внешним охладителем)
	25 (с внешним охладителем и вентилятором)
Статусные выходные сигналы наличия напряжения на вводах	С логическими уровнями 12–30 В и нагрузочной способностью до 0,2 А
Статусный выходной сигнал неисправности вентилятора охладителя	С логическими уровнями 12–50 В и нагрузочной способностью до 0,1 А
Статусный выходной сигнал внешней сетевой индикации	С логическими уровнями до 100 В и нагрузочной способностью до 0,1 А
Габаритные размеры, мм	75×106×44 (без внешнего охладителя)
Тип подключаемых проводников	Гибкий и жесткий
Диаметр сечения подключаемых проводников, мм2	До 4
Возможность установки на DIN-рейку	Да
Диапазон рабочих температур, °С	–40…+60

Данное устройство относится к типу АВР с приоритетом первого ввода, однако, в отличие от своих аналогов, позволяет вручную выставлять приоритет ИП. Данная операция выполняется посредством непродолжительного нажатия на кнопку SB1. Благодаря тому, что задержка переключения составляет менее 5 мс, «БУП» обеспечивает бесперебойную работу оборудования.

Аппаратно «БУП» выполнен в виде блока с габаритными размерами 75×106×44 мм (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид устройства «БУП»

Конструкция «БУП» исключает возможность возникновения дребезга контактов, дугового разряда и электромагнитных помех, что положительно сказывается на надежности изделия. На верхней панели размещены контакты для подключения основного и резервного ИП, а также нагрузки. Для индикации работы устройства используются пять светодиодов: HL1, HL2 используются для сигнализации о наличии или отсутствии напряжения на первом или втором вводе соответственно; HL3 — для сигнализации о наличии напряжения на выводе; HL4 и HL5 — для сигнализации о выборе в качестве приоритетного ввода 1 или ввода 2.

Временные диаграммы работы «БУП» представлены на рис. 3.

Рис. 3. Временные диаграммы работы «БУП», основной и резервный ввод:
а) переменный ток;
б) переменный и постоянный ток;
в) постоянный и переменный ток

Как видно из диаграмм, благодаря времени срабатывания в 5 мс во время переключения источников практически отсутствуют просадки напряжения на выходе.

Помимо завышенного времени переключения, «БУП» лишен и остальных недостатков современных АВР. Так, он в принципе исключает возможность одновременного подключения двух ИП к нагрузке, предотвращая тем самым возможность возникновения короткого замыкания. Кроме того, данное устройство позволяет использовать питание как постоянного, так и переменного тока (в любых сочетаниях) напряжением до 220 В. ИП могут быть как гальванически связаны, так и не связаны. Имеется возможность регулирования допусков по напряжению питания. Количество переключений, выдерживаемых в период срока службы, составляет 1 млрд, что значительно превышает соответствующий параметр у современных аналогов.

 

Выводы

На сегодня АВР «БУП», разработанный ЗАО «Протон-Импульс», является наиболее доступным и эффективным решением для обеспечения бесперебойного электропитания на промышленных предприятиях, позволяющим значительно повысить надежность функционирования оборудования.

Литература

1. Information Technology Industry Council. itic.org/.
2. Автоматическое включение резервного питания (АВР). Школа для электрика.
3. Электронный автоматический ввод резерва «БУП». ЗАО «Протон-Импульс».

Микроконтроллер

AVR можно использовать как импульсный регулятор

• по:
Анул Махидхария

Компания

[SM6VFZ] спроектировала, построила и протестировала повышающий стабилизатор постоянного тока с переключением режимов, используя независимые от ядра периферийные устройства (CIP) микроконтроллера ATtiny214 в качестве доказательства концепции, и это выглядит довольно многообещающе!

Топология переключающего стабилизатора Buck, Boost или Buck-Boost обычно состоит из диода, переключающего элемента (MOSFET) и накопителя энергии (катушка индуктивности/конденсатора) в цепи питания, а также контроллера, который может измерять выходное напряжение , управлять переключающим элементом и добавлять функции безопасности, такие как ограничение тока и отключение по температуре. Поиск переключающих регуляторов или контроллеров приводит к тысячам деталей, и можно выбрать одну, которая особенно хорошо подходит для любого желаемого применения. Тем не менее, возможность использовать сам микроконтроллер в качестве регулятора может иметь несколько вариантов использования. Такая реализация позволяет использовать программно настраиваемый регулятор переключения режимов и легко изменять топологию (повышать, понижать, летать назад и т. д.).

Заметки по применению «Начало работы с независимыми от ядра периферийными устройствами на AVR®» — хорошее место, чтобы получить общее представление о том, как работает функциональность CIP. Настраиваемая пользовательская логика (CCL) является одним из мощных периферийных устройств CIP. Думайте о CCL как об элементарной CPLD — программируемой логической периферии, которая может быть подключена к широкому спектру внутренних и внешних входов, таких как выводы устройства, события или другие внутренние периферийные устройства. CCL может служить связующим звеном между периферийными устройствами и внешними устройствами. Периферийное устройство CCL предлагает две таблицы поиска (LUT). Каждая LUT состоит из трех входов, таблицы истинности, синхронизатора, фильтра и детектора фронта. Каждая LUT может генерировать выход в виде программируемого пользователем логического выражения с тремя входами, и любое устройство, имеющее периферийные устройства CCL, будет иметь как минимум две доступные LUT.

На этом эскизе napkinCAD показано, как [SM6VFZ] реализовал повышающий регулятор в ATtiny214. Логический элемент И формируется с использованием одной из LUT CCL. Первый «таймер 1» слева, подключенный к одному входу логического элемента И, работает в свободном режиме и настроен на 33 кГц. Аналоговый компаратор сравнивает усиленное выходное напряжение с внутренним опорным напряжением, полученным от ЦАП. Затем выход компаратора «строит» сигнал таймера 1 для запуска второго «таймера 2», который представляет собой монокадровый таймер, настроенный на максимальное время 15 мкс. Это гарантирует, что у индуктора останется достаточно времени, чтобы полностью высвободить свою энергию до начала следующего цикла. Вы можете ознакомиться с кодом, который [SM6VFZ] использовал для создания этого прототипа, и его щедрое количество комментариев позволяет легко понять, как это работает.

Основанный на этой конструкции прототип, который он построил, выдает 12 В при токе около 200 мА с эффективностью 85 %, что довольно неплохо по сравнению с обычными импульсными регуляторами. Имейте в виду, что это скорее проверка концепции (которая действительно работает), и есть много возможностей для улучшения с точки зрения шума, эффективности и других параметров, поэтому приветствуются все комментарии.

В предыдущем сообщении в блоге мы рассмотрели, как ATmegas с программируемой логикой получили эту функцию, которая обычно встречается в микроконтроллерах PIC, благодаря приобретению Microchip компании Atmel несколько лет назад. Но до сих пор мы не видели ни одного практического примера периферийного устройства CCL в чипе Atmel.

Posted in ATtiny HacksTagged atmega, atmel avr, attiny, ATtiny214, повышающий преобразователь, ccl, CIP, настраиваемая пользовательская логика, независимые от ядра периферийные устройства, повышающий ШИМ-регулятор

arduino — Создание тумблера в сборке AVR

Задать вопрос

спросил 6 лет, 4 месяца назад

Изменено 6 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 7к раз

Я хочу создать программу в сборке AVR, которая будет опрашивать состояние мгновенного кнопочного переключателя и переключать состояние светодиода при каждом нажатии переключателя. Я использую Arduino Duemilanove с чипом ATMega328P. У меня есть кнопочный переключатель, подключенный между цифровым контактом 0 и землей, и светодиод с резистором 330 Ом, подключенный между цифровым контактом 8 и +5 В. Вот мой код:

 ;==============
; Декларации:
.деф темп = r16
.org 0x0000
rjmp Сброс
;==============
Сброс настроек:
        сер температура
        вне DDRB, темп ; установите все контакты порта B в режим OUTPUT
        ldi темп, 0b11111110 ; установите контакт 0 на порту D в режим INPUT
        вне DDRD, темп.
        clr temp
        вне PORTB, темп ; очистить температуру и установить все контакты на порту B в состояние LOW
        ldi темп, 0b00000001 ; установите контакт 0 на порту D в состояние HIGH
        выход PORTD, темп.
;==============
; Основная программа:
выключатель:
        в темп, PIND ; получить состояние контактов на порту D
        темп. на дюйм, 0 ; сравнить результат с 0 (кнопка нажата)
        brne PC+3 ; если != 0, проверьте еще раз
        ldi темп, (1< 
        вне PINB, темп ; который переключает состояние булавки
        переключатель rjmp
 

К сожалению, все, что он делает, это зажигает светодиод и поддерживает его независимо от того, сколько раз нажимается кнопка. Я основываю этот код на найденной здесь программе, которая включает светодиод , пока нажата кнопка. Я просто хочу расширить это, чтобы удерживать светодиод в его текущем состоянии, пока кнопка не будет нажата снова. Какие-либо предложения?

• сборка
• ардуино
• авр
• атмега

4

Этот код меняет значение так быстро, что вы не заметите никаких изменений. Каждый раз, когда вы нажимаете кнопку, она будет переключать значение все время, пока она нажата. Вы должны добавить некоторую задержку или просто игнорировать состояние включения в течение некоторого времени. Кроме того, вы должны взять из PIND только то, что хотите, замаскировав его (самый простой способ — использовать andi).

 .def дел = r15
  клр дел
выключатель:
  в темп, PIND ; получить состояние контактов на порту D
  и темп, (1<
 вы можете переключить его с помощью оператора NOT
 ldi temp2,0
выключатель:
в temp,PIND
и темп,1 ; удалить все результаты, кроме bit.0
темп. на дюйм, 0 ; при нажатии (я предполагаю, что кнопка активна на низком уровне)
переключатель brne; зациклить снова, если не нажимать
mov temp2,!temp2 ; не оператор
вне ПОРТВ,темп2 ; переключить вывод PORTB
переключатель rjmp; вернуться к основному циклу
 
 Вы единственный раз записываете HIGH в PB0.