info
Основные понятия и упрощенная классификация ИБП (UPS)
Для того чтобы поддерживать питание во внутренних электрических сетях, когда происходит сбой подачи электрического тока или в том случае, когда происходит резкое снижение показателей электрического тока, необходим источник бесперебойного питания (ИБП). Это устройство основано на работе аккумуляторов, которые временно подают электропитание, то есть не снижают нагрузку во внутренних электрических сетях. Иными словами можно сказать, что ИБП – это устройство, которое становится в настоящее время гарантией качественной поставки электроэнергии, когда остальные источники начинают давать сбой.
Делятся ИБП по двум основным показателям: мощность и тип.
Одним типом ИБП является тип Off-Line или Standby. Схема их работы достаточно проста. Здесь важную роль играет коммутирующее устройство, в простонародье, реле, которое в процессе питания внутренних сетей от сетей внешних соединяет именно их. В том случае, если внешнее питание прерывается, оно автоматически переключается на аккумуляторы. Невысокая стоимость данного типа ИБП определяется простотой ее конструкции и схемы.
Но, как и у любого электрического прибора, данный агрегат имеет и недостатки. Отсутствует стабилизация напряжения и частоты, коррекция формы напряжения при работе от входящей сети (чтобы снизить количество переходов на работу нагрузки от батарей, встроенный простейший бустер или AVR осуществляет грубую дискретную коррекцию входного напряжения). Это очень серьезный недостаток.
Или, например, более худшая защита нагрузки, в т.ч. случайных входных воздействий, по сравнению с on-line ИБП, т.к. нагрузка подключается непосредственно к внешней питающей сети, а в качестве фильтра может стоять только один варистор и один конденсатор. Это говорит о том, что защитный блок разработан по достаточно низким показателям надежности.
Можно так же отметить наличие переходных процессов при работе бустера (AVR) и переключения на работу от сети/батарей или ненулевое время переключения (4-6 мс) на питание от аккумуляторов. Есть и другие показатели, которые относят ИБП Off-Line к разряду менее надежных. Вот, к примеру, несинусоидальная форма напряжения (слабо напоминающая синус) при работе от аккумуляторов. В том случае, если происходит интенсивная эксплуатация батарей в условиях частых любых сбоев, то это влияет на срок эксплуатации последних. Так же еще одним негативным аргументов является невозможность подключать нагрузку, для которой требуется синусоидальная форма напряжения питающей сети. Как видно, минусов у такой системы предостаточно.
С точки зрения классификация ИБП Off-Line или Standby по стандарту IEC 62040-3 относятся к типу VFD (Voltage and Frequency Dependent) - выходное напряжение и частота на выходе ИБП зависят от входной сети. Поэтому данная система относится к категории резервной. Необходимо сразу же отметить, что ИБП резервного типа имеют максимальную мощность до одного киловатта. Обычно их устанавливают для обеспечения бесперебойного питания компьютерных сетей или другого вида оборудования, которому не нужна синусоидальная форма напряжения. Это очень важное замечание.
Но необходимо отметить, что данный тип ИБП считается самым малошумным, потому что в его конструкции нет системы охлаждения, в которую в обязательном порядке входит вентилятор, создающий основной шум при работе. И хотя это можно отнести к достоинствам ИБП Off-Line или Standby, но это же является и минусом. Почему? Потому что все узлы и детали ИБП под напряжением начинают выделять тепло, которое пагубно влияет на состояние аккумуляторов, что приводит к резкому сокращению их срока эксплуатации. Обычно данный срок составляет 2-1,5 года.
Второй тип ИБП – это линейно-интерактивный (Line-interactive) тип. Схема данного ИБП отличается от предыдущей тем, что реле дополнительно снабжается стабилизатором. Достоинств у данного агрегата больше. К примеру,
Подобные источники бесперебойного питания, даже в условиях повышенном или пониженном напряжении в электросети (что является наиболее распространенной причиной неполадок к отечественных электросетях) обеспечивают нормальное питание нагрузки. Причем осуществляется это без перехода режима питания на батарейный.
Кроме того:
- в данном виде ИБП, когда происходит работа от аккумуляторов, напряжение выдается практически синусоидальным или, во всяком случае, приближенное к этому показателю;
- модификация ИБП различна, так вот в некоторых из них часто используются фильтры помех, а так же вмонтирована цепь байпас - это устройство, которое соединяет входную сеть и внешние приборы и оборудование;
- так же улучшены некоторые технические параметры устройств, которые заряжают аккумуляторы. Здесь так же присутствуют датчики определения времени, при котором работают батареи и сеть, которая позволяет подключать дополнительные аккумуляторы;
- настройка режимов, мониторинг источника – это все более в упрощенной форме и на более качественном уровне;
- исполнение данного типа ИБС возможно практически во всех видах, это и башенный вариант, и настольный, и шкафный, установка в 19” стойки.
Однако прибор не лишен минусов. Все та же плохая защита от нагрузки. Стабилизации частоты, коррекции формы напряжения отсутствуют. К тому же необходимо отметить и другие показатели, которые влияют на качество работы ИБП. Это наличие переходных процессов при работе бустера (AVR) и переключения на работу от сети/батарей, ненулевое время переключения (2-4 мс) на питание от батарей, в отдельных моделях приближенная к синусоидальной форма напряжения при работе от аккумуляторов.
Кстати, данная система снабжена вентиляционным охлаждением, которая может изменять скорость вращения рабочего органа или работать в постоянном режиме, можно выбирать. Данный ИБП относится к типу VI (Voltage Independent). Ели говорить о качестве, то линейно-интерактивный (Line-interactive) тип ИБП относится к среднему классу. Обычно их устанавливают в местах работы компьютерных сетей, сетей связи и информации, серверных зон, офисного оборудования и даже телекоммуникационных средств.
И последний тип источника бесперебойного питания – это высокоэффективные, но дорогостоящие ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line). Здесь используется сложная система преобразования энергии. Поступающее электричество переменного тока преобразуется в ток постоянный и после прохождения инвертора преобразуется опять в переменный ток. В данном случае аккумуляторы постоянно находятся в данной цепи. Они не стоят без дела. Именно батареи подпитывают инвертор, они же сразу включаются, когда внешнее напряжение исчезает. Поэтому время переключения здесь равно нулю, вот почему данный тип ИБП считают высокоточным.
ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line) выпускается в различных конструкционных вариантах, которые легко мониторить, налаживать и подстраивать под определенные параметры. Очень важной составляющей данного типа ИБП – это технологичная система охлаждения, которая основана на вентиляции всего агрегата, скорость вращения которого зависит от температуры внутри блока и нагрузки питания. Это эффективная система. Современные модификации ИБП с двойным преобразованием энергии (On-line) могут работать в парах, то есть параллельно, что сильно увеличивает их мощность. Но можно делать схему подключения таким способом, чтобы один работал в нормальном режиме, а второй был - как резерв.
Как было уже сказано выше, ИБП On-line работает по принципу двойного преобразователя. Сегодня выпускаются несколько видов этого устройства. Первый вариант, он же классический - когда выпрямитель после первого преобразования формирует шину постоянного тока с низким уровнем пульсаций и помех, к которой подключены батареи и инвертор. Данный тип преобразователя имеет достаточно большой срок эксплуатации аккумуляторов. У него же высокая степень защиты. Но вот коэффициентом полезного действия он похвастаться не может. К тому же стоит он немало, что является его самым большим недостатком. В настоящее время выпускаются модели источников бесперебойного питания, которые именно на входе искажают электрический ток. Но уже сегодня можно говорить о том, что такого типа преобразования усовершенствованы. В данном случае упор был сделан на снижение потерь и увеличение качества характеристик. Можно привести пример ИБП с IGBT-выпрямителями. Чем отличаются они от традиционных моделей? Во-первых, снижением нелинейных искажений на входе. Сегодня это уже составляет 4%. Во-вторых, синусоидальная форма тока в таком случае обеспечивается на все сто процентов.
Второй тип преобразования – это так называемые дельта - преобразования. В данной системе плюсов много. К примеру, низкая стоимость, упрощенная конструкция, высокий КПД. Достаточно высокий коэффициент полезного действия гарантируется отсутствием отклонений и искажений напряжения в электросети, а также в том случае, когда нагрузка ИБП равна номинальной и является линейной.
Правда, степень защиты здесь меньше, но развитие технологий не стоит на месте, что, безусловно, в будущем даст возможность разрешить существующие проблемы. Отметим и высокую мощность дельта-преобразований, которые доходят до максимальных значений, что очень важно при частых перегрузках в сети потребления.
Если говорить о реализации моделей, то необходимо выделить трансформаторные и бестрансформаторные ИБП. Последние, обычно, работают от выпрямителей. Как было сказано выше, источники бесперебойного питания могут соединяться параллельно, создавая более мощную систему. К тому же, создается система резервирования. Здесь можно использовать такие схемы, как: N+1, N+2 и так далее без ограничений.
Используются два варианта создания блоков и резервирования:
- на уровне модулей ИБП, как например в ИБП серии Symmetra компании АРС;
- на уровне изделий в целом, например по технологии Резервируемой Параллельной Архитектуры (Redundant Parallel Architecture™ или RPA™) компании General Electric, позволяющей наращивать мощность и осуществлять резервирование системы за счет установки дополнительных блоков ИБП.
Если говорить о мощности ИБП on-line, то необходимо отметить, что они выпускаются с минимальными показателями от 500 ватт и максимальными в несколько мегаватт. Соответственно их срок работы в автономном режиме может варьироваться в диапазоне от нескольких минут до нескольких дней.
С точки зрения классификации линейно-интерактивные ИБП по стандарту IEC 62040-3 относятся к типу VFI (Voltage and Frequency Independent). Где можно использовать данный тип ИБП? Областей применения много. Это в основном локальные вычислительные сети, системы управления технологическими процессами и оборудованием.
Как правильно выбрать источник бесперебойного питания, то есть, на какие характеристики лучше всего обратить внимание:
- мощность нагрузки, которую прибор сможет выдержать;
- стоимость;
- время, которое могут выдержать аккумуляторы, до включения альтернативного источника питания;
- качество и надежность;
- показатель шума;
- оформление;
- могут ли добавляться дополнительные аккумуляторы или нет;
- возможность устройства резервирования;
- могут ли источники работать в режимах, где используются компьютерное обеспечение.
Для личного использования рекомендуется применять ИБП с мощностью потребления от 350 до 1500 ватт. Если устанавливается на персональный компьютер, то здесь подойдет ИБП с показателями 350-600 ватт. Для компьютера с игровой приставкой необходимо использовать ИБП от 700 до 1000 ватт. А вот для компьютера с лазерным принтером без ИБП с мощностью 1200-1500 ватт просто не обойтись.
