Источник бесперебойного питания принцип работы: Как выбрать источник бесперебойного питания?

Принцип работы источника бесперебойного питания

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 19-01-2021

Выбирать электрооборудование всегда было нелегко из-за разнообразия доступных на рынке моделей. А вот выбирать устройство для защиты этого оборудования – еще труднее. Источники бесперебойного питания очень разнообразны и подбирать их следует исходя из требований, предъявляемых самим потребителем.

Чтобы найти наиболее подходящую модель, следует рассмотреть принцип работы источника бесперебойного питания. Поняв основные отличия и особенности различных типов бесперебойников, Вы легко сможете выбрать то, что Вам нужно.

Зачем нужен ИБП

Как часто у Вас случаются ситуации, когда обесточивание центральной сети застает врасплох? Например, отключается компьютер с важными несохраненными данными, или какой-либо процесс останавливается задолго до его завершения.

Учитывая, что многие жители Украины используют в домах и квартирах газовые котлы, запросто можно остаться без отопления и горячего водоснабжения. Для кого-то отсутствие электричества делает невозможной работу.

Как бы там ни было, отключение электроэнергии не несет ничего хорошего. ИБП в той или иной мере решает эту проблему, позволяя оборудованию работать без отключений или, как минимум давая возможность закончить работу и корректно выключить оборудование. Помимо автономной работы, любой ИБП обеспечивает защиту от перепадов напряжения, так как переход на питание от АКБ осуществляется не только когда сеть обесточена, но и когда напряжение в ней имеет опасное для электрооборудования значение.

Разумеется, постоянный ток АКБ не подходит для питания бытовой техники и электроники, нуждаясь в преобразовании. Это преобразование осуществляет инвертор.

Таким образом, ИБП является полезным устройством, обеспечивающим многоуровневую защиту электрооборудования от любых неисправностей в питающей сети.

Очень важно правильно выбрать модель. Если Вы возьмете модель с недостаточными характеристиками, она не будет корректно работать, а топовый бесперебойник потребует значительную переплату за ненужные характеристики. Поэтому перейдем к принципу работы различных видов ИБП, чтобы Вы могли подобрать наиболее подходящий из них.

Разновидности ИБП

Источники бесперебойного питания, если абстрагироваться от таких параметров, как мощность, автономность и т.д., делятся на три большие группы: линейно-интерактивные, off-line и on-line. Стоит понимать, что для каждого из типа есть как более дорогие, так и более доступные модели, однако этот вопрос мы затронем позже.

Line-interactive

Источники бесперебойного питания данного типа пользуются, возможно, наибольшим спросом в быту благодаря доступности большинства моделей. Схема таких ИБП очень проста: есть основная и резервная цепь. Основная цепь обычно включает в себя простенький ступенчатый стабилизатор напряжения, а резервная – блок аккумуляторов и инвертор.

Таким образом, принцип работы выглядит примерно следующим образом: до тех пор, пока колебания сетевого напряжения не превышают определенные рамки, активна основная цепь со стабилизатором, выдающая на выход 220В с некоторым допустимым отклонением. Как только амплитуда колебаний приобретает опасное значение (или напряжение в сети вовсе пропадает), бесперебойник максимально быстро переключает нагрузку на резервную цепь, питаемую аккумуляторными батареями. Обратная коммутация на основную цепь произойдет только когда параметры сети будут соответствовать норме.

Off-line

Нет смысла много рассказывать о данном типе ИБП, если ранее уже был рассмотрен принцип работы линейно-интерактивных бесперебойников. Дело в том, что технология off-line идентична за одним исключением: в схеме источника бесперебойного питания нет стабилизатора. То есть в максимально упрощенном варианте это “мозги”, которые переключают потребителя на резервную цепь и обратно, в зависимости от параметров сетевого напряжения.

On-line

Самым интересным, разумеется, является принцип работы ИБП с двойным преобразованием. Бесперебойники on-line отличаются тем, что на выходе выдают идеальный по качеству электрический сигнал вне зависимости от состояния питающей сети. Именно для такого результата и применяется двойное преобразование.

У нас есть три основных функциональных элемента, собранные в одну схему: выпрямитель, блок аккумуляторов и инвертор. Сперва выпрямитель преобразует нестабильный входной сигнал в постоянный ток и фильтрует его, чтобы получить эталонный сигнал. Далее этот постоянный ток, добираясь до инвертора, параллельно подзаряжает АКБ. После этого сигнал постоянного тока преобразуется в идеальный по своему качеству сигнал переменного тока 220В. Если напряжение в сети пропадет, для инвертора ничего не изменится: он будет получать постоянный ток не от выпрямителя, а от АКБ.

Достичь идеально стабильного выхода путем регулировки нестабильного сетевого напряжения никак не получится. Двойное преобразование запросто решает эту проблему.

Какой ИБП выбрать

Мы рассмотрели принцип работы различных типов источников бесперебойного питания, но вряд ли стали ближе к ответу на вопрос, какой же выбрать. Для ответа надо кое что уточнить.

Одним из важнейших ценообразующих факторов является качество инвертора, а если конкретно – форма выдаваемой синусоиды. Инвертор может выдавать как ступенчатую аппроксимацию, так и чистый сигнал. Второй вариант, разумеется, значительно дороже. Но, как оказывается, не всегда лучше то, что дороже.

Возьмем, к примеру, компьютер. На его входе установлен импульсный блок питания, преобразующий поступающий переменный ток в постоянный для подачи на комплектующие. Подача на блок питания аппроксимированной синусоиды абсолютно безвредна, посему платить за дорогой ИБП с правильной синусоидой на выходе нет никакого смысла. Именно поэтому понятие “компьютерный ИБП” ассоциируется с самыми бюджетными моделями. Здесь наиболее популярны простейшие линейно-интерактивные бесперебойники.

Если же речь идет о более чувствительной бытовой технике (газовый котел), требуется ИБП с правильной синусоидой на выходе. В таком случае можно отдать предпочтение бесперебойникам класса off-line. В большинстве случаев они дороже линейно-интерактивных аналогов, несмотря на, казалось бы, упрощение в виде отсутствия стабилизатора. Это связано как раз с инвертором, который в off-line ИБП обычно имеет очень высокое качество и выдает правильную синусоиду.

А вот ИБП on-line – это исключительно профессиональная техника, оборудованная множеством сетевых интерфейсов и функциональных возможностей. Их сфера – это серверы, контроллеры и прочее оборудование.

Типы ИБП: принцип работы и отличия

Компания «Cистемотехника» занимается производством и продажей энергетического оборудования.

Оказываем комплексные услуги по поставке, монтажу и обслуживанию систем бесперебойного электроснабжения по оптимальным ценам в Москве.

По принципу работы все ИБП принято делить на 3 вида:

ИБП Line Interactive

Основой данного типа источников бесперебойного питания является специальная линейно-интерактивная технология. Отличительной особенностью, которая позволяет добиваться большей эффективности в сравнении с off-line источниками, является присутствие трансформатора, который обеспечивает стабильное выходное напряжение даже при довольно сильно различающихся величинах входящего напряжения. То есть этот тип ИБП позволяет справляться с гораздо более сильными перепадами напряжения в сети, чем это могут сделать обычные офф-лайн источники.

Интерактивные источники способны защитить электрооборудование от кратковременного исчезновения или скачка, перепада или просадки напряжения. Данные устройства не способны контролировать форму напряжения и эффективно фильтровать помехи и выбросы. Таким образом, все помехи, которые могут быть созданы нагрузками, просто выйдут обратно в электросеть.

Вывод: Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания отлично справляются с поддержкой электрооборудования, для которого важна величина входящего напряжения, но при этом не важны спектральные параметры. В связи с этим такие источники нашли свое широкое распространение в защите сетевого оборудования (маршрутизаторы, коммутаторы и прочие устройства).

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела линейных интерактивных ИБП >>>

ИБП Online

Устройство и рабочий процесс данного вида существенно отличается от такового в двух предыдущих вариантах. Он-лайн системы используют двойное преобразование напряжения. Это позволяет выпрямить поступающее переменное напряжение и преобразовать его в постоянный ток. Затем этим напряжением питается батарея, после чего инвертор снова изменяет ток на переменный и выводит его для питания устройств. Отличительной особенностью является то, что батарея постоянно включена в сеть, а это позволяет мгновенно (без какой-либо задержки) нивелировать любые скачки напряжения.

Постоянный ток лишен недостатков, которые могут быть связаны с частотой, фазой или шумом и которые присущи переменному току. Ток поступает с жестко лимитированными параметрами, а затем преобразовывается в ток со строго заданными рамками формы, частоты и фазы.

Вывод: On-line ИБП весьма дорогостоящие, поэтому они используются только для обеспечения безопасной работы техники, которая очень требовательна. Примерами такого оборудования могут быть современные сверхпроизводительные сервера. Нарушения в их работе порой чреваты убытками в десятки тысяч долларов или угрозой сохранности важных коммерческих данных. Поэтому их высокая стоимость сполна оправдывает себя, а использование онлайн-источника бесперебойного питания позволит максимально обезопасить крупные бизнес проекты от непредвиденных сбоев.

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела онлайн ИБП >>>

ИБП Offline

Работа источника бесперебойного питания офф-лайн типа имеет довольно несложный алгоритм и структуру. Основными элементами данного вида источника являются: автоматический переключатель, автономный источник энергоснабжения (батарея) и выходы для внешнего питания. В обычном режиме положительный заряд батареи поддерживается зарядкой через внешние источники.

В обычных случаях переключатель позволяет использовать электроэнергию с внешних источников, но даже при кратковременном скачке или исчезновении питания он производит подключение автономного источника энергии (батарея). При этом на весь процесс переключения уходит приблизительно 4 миллисекунды, что никак не сказывается на работоспособности подключенного оборудования. Электрический ток выходит из батареи в форме постоянного тока, поэтому используются специальные инверторы. Они преобразовывают постоянный ток в переменный, который уже и используется для питания электрооборудования.

Батарея, входящая в структуру данного типа ИБП способна обеспечить потребности в электроэнергии на протяжении довольно небольшого отрезка времени. Поэтому данный тип подходит скорее для кратковременной страховки в случае возникновения проблем с электроснабжением из центральной сети.

Вывод: офф-лайн ИБП являются одними из самых простых, дешевых и портативных источников. Но справиться они смогут только с кратковременными перебоями в работе электросети.

Для наглядности, вы можете посмотреть нашу продукцию из раздела резервных offline ИБП >>>

зачем необходимы, принцип работы и конструкция, разновидности, правила эксплуатации

Все больше современных людей стараются организовать в своем доме автономную систему отопления. Такое решение позволяет не только существенно снизить материальные расходы, но и не от кого не зависеть. Именно потому газовые котлы стали пользоваться в последнее время столь огромным спросом. Однако современные агрегаты имеют весьма сложную конструкцию и из-за ряда особенностей работы требуют постоянного подключения к электросети. Отсутствие же питания может быть чревато возникновением некоторых серьезных проблем. Чтобы не попасть в подобную ситуацию, рекомендуется использовать ИБП для котлов, о которых и пойдет речь ниже.

Целесообразность применения

Как уже отмечалось выше, резкое отключение электропитания или даже существенный скачок напряжения могут привести к аварийной остановке котла. Если при этом оперативно не запустить систему, то радиаторы отопления довольно быстро потеряют температуру и станут бесполезными. Вот почему так важно обеспечить бесперебойное питание для газового котла. Особенно, если вы проживаете в районе с частыми перепадами напряжения.

Однако важно понимать, что ИБП – это лишь временное решение проблемы. Среднестатистический аппарат способен поддерживать работу котла в автономном режиме в среднем около одного часа. Если же речь идет о сложных системах с принудительной циркуляцией теплоносителя, где основной ресурс тратится на поддержание работы насосов, время автономного функционирования системы ограничивается лишь 10-15 минутами. В этом случае целесообразно приобрести как можно более емкий ИБП.

Конструкция

Стандартная комплектация любого источника бесперебойного питания включает в себя три составные части:

• инвертор;
• батареи;
• блок стабилизации напряжения.

Именно последний компонент играет наиважнейшую роль, поскольку предотвращает колебания в сети, поддерживая значение напряжения на отметке в 220 В. Но помимо этого, указанный блок обеспечивает стабильную зарядку аккумулятора, что, в свою очередь, заметно продлевает срок службы последнего.

Блок батарей играет не менее значимую роль. С его помощью поддерживается работоспособность котла не только во время резких скачков напряжения, но и при полном его отсутствии. Длительность автономного функционирования котла зависит от степени зарядки аккумулятора, его емкости и качества. Поэтому при выборе ИБП особое внимание следует уделить именно этой составной части.

Задачей последнего компонента, инвертора, является преобразование постоянного тока в 12 В, который исходит от батарей, в переменное напряжение 220 В, необходимое для нормальной работы котла. Благодаря минимальной амплитуде колебания, которой характеризуется синусоидальная кривая в момент перехода через инвертор, все оборудование, включая платы управления, будет работать корректно и без каких-либо серьезных сбоев.

Принцип работы

Следует отметить, что разобраться с данным пунктом сможет любой человек, даже не имеющий специального образования. С одной стороны ИБП подключается к отопительному котлу и циркуляционному насосу, а с другой – непосредственно в домашнюю электросеть. Теперь при поступлении тока стандартного напряжения осуществляется не только поддержание работы котла и насосов, но параллельно с этим происходит еще и подзарядка батарей ИБП. Некоторые модели имеют возможность обеспечивать прямое поступление электричества к оборудованию, но только в том случае, если аккумулятор будет иметь максимальный заряд.

После того, как в сети по той или иной причине пропадает электричество, происходит автоматическое включение бесперебойника. Параллельно с этим инвертор начинает преобразование постоянного тока в переменный. Причем происходит это одномоментно, а система продолжает работать так, будто никакого сбоя и не было. Как только подача тока в сети возобновляется, ИБП переходит в режим зарядки. Все процессы протекают без малейшего вмешательства человека.

В некоторых моделях источников бесперебойного питания отсутствует транзитная линия. В этом случае инвертор работает постоянно, что позволяет избежать даже минимальных скачков напряжения при переходе в автономный режим работы и обратно.

Классификация

Выделяют три основных категории ИБП:

• оффлайн;
• онлайн;
• линейно-интерактивные.

Аппараты первой категории не оборудованы стабилизаторами. Другими словами, они не способны обеспечить постоянного напряжения в сети, и находятся, так сказать, вне линии, чем и обусловлено их название. Подобные котлы хоть и относятся к самой низшей ценовой категории, не могут считаться абсолютно бесполезными.

Принцип действия оффлайновых ИБП заключается в следующем. При отключении электроэнергии или ее скачке, превышающем допустимые нормы, происходит автоматические переключение аппаратуры на питание от батарей источника. После того, как напряжение вновь стабилизируется, весь процесс повторяется, но в обратном порядке. Переключение в автономный режим работы и назад осуществляется очень быстро. Даже в случае с самыми дешевыми моделями этот процесс не занимает более 15 мс. Таким образом, никаких последствий для системы наблюдаться не будет.

Онлайновые ИБП на сегодняшний день считаются наиболее прогрессивными. Благодаря их совместимости с генераторами разных типов, сфера применения и степень независимости таких аппаратов существенно расширяется. Это довольно дорогостоящее оборудование, но если вы действительно желаете продлить срок службы имеющейся техники, то лучше все же обратить внимание на данный вариант.

Подобные ИБП принимают переменный ток сети и сразу же преобразуют его в постоянный, который используется для подзарядки батарей. После этого напряжение, подающееся уже от аккумулятора, преобразовывается в переменное с равносторонней синусоидой. Благодаря такому принципу работы подобные источники бесперебойного питания нередко еще называют ИБП с двойным преобразователем.

Описанное решение обеспечивает стабильное напряжение в сети на протяжении всего времени работы системы. Особенно это важно в тех домах, где используются автономные источники энергии, такие как ветряки или солнечные батареи.

И, наконец, линейно-интерактивные бесперебойники представляют собой нечто среднее между двумя вышеописанными типами устройств. Тут уже имеется стабилизатор напряжения, но система переключается на работу от батареи только в случае прямой необходимости.

Благодаря оптимальному соотношению «цена-качество», аппараты этой категории пользуются наибольшей популярностью среди потребителей. Однако, если вы решите приобрести именно такой бесперебойник, учитывайте, что переключение в автономный режим работы происходит тут несколько медленнее, чем в случае с оффлайновыми ИБП.

Кроме того различают источники бесперебойного питания и по методу установки, выделяя:

К первой группе относятся аппараты небольших размеров, оснащённые аккумуляторами малой емкости. Очень часто к ним подключат дополнительные батареи, которые размещаются где-нибудь в другом месте. Подобное решение удобно своими компактными размерами и подойдет в первую очередь для владельцев небольших помещений.

Напольные ИБП – это огромные и мощные агрегаты, рассчитанные на длительное время автономной работы при повышенных нагрузках на оборудование. Обычно используются на предприятиях.

Правила эксплуатации

В первую очередь важно запомнить, что любой источник бесперебойного питания всегда должен быть подключен к электросети. В противном случае его батареи могут очень быстро выйти из строя. Если же ИБП полностью выработал свой ресурс, то его непременно нужно поставить на зарядку как только подача энергии возобновится.

Категорически нельзя подключать бесперебойник через сетевой фильтр. При резком скачке напряжения будет крайне сложно предсказать последствия такого решения. Могут наблюдаться сбои в работе, как фильтра, так и самого ИБП. Также крайне важно обеспечить надежное заземление аппарата. И тут речь идет уже не о работоспособности техники или ее сроке службы, а о вашей личной безопасности. И, конечно же, не забывайте следить за чистотой прибора, удаляя пыль не только с его наружной, но и внутренней поверхности.

Типы ИБП: отличия и принцип работы

ИБП с двойным преобразованием напряжения (Online)

ИБП с двойным преобразованием напряжения обеспечивают максимальное качество, непрерывность и стабильность электропитания, поэтому они востребованы при использовании электрооборудования, имеющего высокую чувствительность к параметрам тока.

Рис. 1 Схемы ИБП с технологией Online

Принцип работы устройств этого типа заключается в следующем:

• Переменное напряжение (220 В), которое поступает на вход ИБП, встроенным выпрямителем преобразуется в постоянное (12 В).
• Заряжая встроенную АКБ, инвертированный ток подается на обратный выпрямитель.
• Последний, в свою очередь, преобразует постоянное напряжение обратно в переменное, но уже со стабилизированной чистой синусоидой. Оно и подается на выход ИПБ.

Отличительной особенностью ИПБ Online является АКБ, постоянно включенная в сеть. Это позволяет мгновенно реагировать на любые скачки напряжения, что, в свою очередь, гарантирует подачу  на выход всегда стабилизированного тока.

Преимущества и недостатки

ИБП с двойным преобразованием – наиболее совершенное решение, способное обеспечить максимальную защиту оборудования от сбоев и неполадок в системах электропитания. К основным преимуществам относятся:

• Фильтрация сетевого напряжения от помех и спонтанных выбросов.
• Помехи, генерируемые нагрузкой, блокируются и не пропускаются обратно в сеть.
• Чистое синусоидальное электропитание, стабилизированное  по частоте, форме и величине напряжения, как при работе от сети, так и от аккумулятора.
• Переключение на питание от АКБ происходит мгновенно, отсутствуют любые переходные процессы.
• Непрерывность фазы.
• Возможность наращивания ёмкости аккумуляторной батареи и ее автоматическая загрузка.

Помимо достоинств online ИБП имеют  и ряд недостатков:

• Высокая стоимость оборудования и его относительная сложность.
• Энергетические потери при двойном преобразовании снижают общий КПД системы.
• Повышенное тепловыделение при работе устройства.

Online ИПБ стоят дороже аналогичных устройств других типов. Поэтому их применение должно быть финансово оправданным и целесообразным. При этом в плане соотношения эффективности и безопасности они способны обеспечить максимальную защиту всего подключенного оборудования. Как правило, онлайн источники бесперебойного питания используются для защиты телекоммуникационного оборудования, файловых серверов или компьютерных сетей, которые имеют большую мощность потребления.

ИБП Offline

ИБП Offline считаются самым простым типом  источников бесперебойного питания. В нормальном режиме работы батарея и инвертор отключены от выхода источника. Когда внешнее напряжение полностью пропадает или его значения выходят за допустимые пределы, устройство переключается на автономный режим. Время переключения составляет приблизительно от 4 миллисекунд, что не влияет на работоспособность подключенных приборов. Специальные инверторы преобразуют постоянный ток в переменный, который и используется для питания электрооборудования.

Рис. 2. Схемы ИБП с технологией Offline

Преимущества и недостатки

Источники бесперебойного питания offline используются для предотвращения внезапной остановки работы приборов, подключенных к  сети. Они обеспечивают беспрерывное питание в течение 15-30 минут, что является достаточным временем для сохранения данных и остановки оборудования.

К основным достоинствам Offline ИПБ относятся:

• Простота конструкции.
• Низкая стоимость.
• Бесшумная работа в штатном режиме.
• Высокий КПД.
• Удобство эксплуатации дома или в офисных помещениях.
• Базовая защита подключенных электроприборов.

Основными недостатками резервных ИПБ являются:

• Ненулевое время переключения в автономный режим. Это не позволяет использовать устройства данного типа для защиты электрооборудования, имеющего высокую чувствительность к параметрам тока.
• Невозможность защитить оборудование от значительных повышений и глубоких провалов напряжения.
• Отсутствие встроенного стабилизатора и узкий диапазон входных напряжений. Это приводит к тому, что источник бесперебойного питания переключается на работу от батареи при малейших неполадках в сети, что значительно снижает строк службы АКБ.

ИБП данного типа, ввиду небольшой номинальной мощности применяются для базовой защиты персональных компьютеров, маломощного офисного оборудования, рабочих станций, IP- телефонии или бытовых приборов. Их рекомендуется использовать в сетях с незначительными отклонениями напряжения.

ᐅ Применение и принцип работы источника бесперебойного питания

Схема работы: из чего состоит источник бесперебойного питания?

Главный компонент ИБП — это аккумуляторные батареи, в которых накапливается электроэнергия. Как правило, используется свинцово-кислотный тип, но также встречается литий-ионный и гелевый.

Самыми совершенными на сегодняшний день считаются источники бесперебойного питания с двойным преобразованием напряжения (on-line ИБП). Переменный ток из сети преобразуется в постоянный с помощью встроенного в ИБП инвертора, после чего накапливается в батарее. На выходе из батареи конвертор преобразует напряжение обратно в переменное и запитывает им подключенные электроприборы.

Обратите внимание! На выходе ток становится стабилизированным. Дорогостоящая техника защищена от перепадов напряжения — служит дольше на 1-2 года.

Кроме инвертора, конвертора и батарей, в корпус источника бесперебойного питания монтируется блок пользовательского  управления. С его помощью можно настроить взаимодействие с сетью, включить или выключить устройство.

Сферы применения ИБП

Сферы применения зависят от модели. Самые популярные ИБП покупаются для офиса. Большинство офисных источников бесперебойного питания с низкой мощностью обеспечивают работу компьютера от батареи в течение 5-15 минут. Этого достаточно, чтобы успеть сохранить рабочий документ, закончить передачу файлов или совершить другое действие на персональном компьютере.

Офисные модели ИБП с небольшой вместительностью рассчитаны на роутеры, свичи, терминалы, серверы и компьютерную технику .Такое устройства не рекомендуется использовать для приборов, потребляющих большое количество электроэнергии скачкообразными пиками. Например, микроволновки, утюги, паяльники, кипятильники, МФУ, пылесосы и т.д.

Если вы хотите использовать ИБП для домашнего хозяйства, выбирайте модели с повышенной мощностью. Узнать оптимальную мощность можно с помощью суммирования энергопотребления. Подсчитайте энергопотребление каждого устройства, которое планируете подключить к ИБП, и прибавьте к получившемуся значению от 10 до 20%. 

Обратите внимание! Максимальная выходная мощность источника бесперебойного питания, питающегося от сети, составляет 12 000 ВА. В нашем каталоге это модель MASTERYS BC 120.

Где купить хороший ИБП?

Компания ИНЭЛТ уже 16 лет производит и реализует источники бесперебойного питания для физических и юридических лиц Республики Беларусь. У нас есть обширный каталог моделей под любые нужды, но вам не нужно выбирать самостоятельно. Просто позвоните по телефону (017) 369-46-64. Специалист выслушает пожелания и подберет ИБП, который идеально подходит под решение ваших индивидуальных задач.

11:10, 15 октября 2019

Введение в источники бесперебойного питания

Необходимость использования ИБП 

Российский стандарт электропитания; причины появления и типы помех в энергосети; их последствия для пользователей современных электроприборов.

Невозможно представить себе нашу сегодняшнюю жизнь без электричества. Универсальность в применении, дешевизна, простота транспортировки потребителю сделали электроэнергию неотъемлемым атрибутом окружающего мира. Использование электроэнергии стало настолько обыденным, что мы уже не обращаем внимания на свою зависимость от электричества. Только личное столкновение с перебоями в сети электропитания или их последствиями (застрявший между этажами лифт, потеря информации в компьютере, недосмотренный телесериал) заставляет нас на время вспомнить об этом.

Упрощенно процесс производства и транспортировки электроэнергии выглядит следующим образом: на электростанциях механическая, тепловая, атомная или другая энергия превращается в электрическую, по линиям электропередач передается к потребителям и непосредственно перед источниками ее потребления преобразуется в нужный стандарт.

В России стандарт бытового электропитания следующий: действующее напряжение 220 В ± 10%, частота 50 гц ± 2%, коэффициент несинусоидальности – длительно до 8% и кратковременно – до 12% (см. ГОСТ-13109-97). Таким образом, напряжение в сети должно менять свое значение по синусоиде с периодом 1/49 -1/51 сек., находиться в пределах 198 В – 242 В и отличаться по форме от идеальной синусоиды не более чем на 8%.

Все электроприборы рассчитаны на работу от сети, удовлетворяющей требованиям стандарта, и любой пользователь должен обеспечить соблюдение условий их эксплуатации. В противном случае продавцы и производители электроприборов не будут нести ответственность за качество их работы. О возмещении косвенного ущерба, вызванного неправильным функционированием электрооборудования, речи вовсе быть не может (достаточно почитать в любом гарантийном соглашении пункт об ограничении ответственности производителя).

К сожалению, по различным причинам характеристики электрической сети, питающей ваше оборудование, не являются стабильными. Все отклонения величины или формы подаваемого напряжения от требований стандарта принято называть искажениями либо помехами. Причины, вызывающие эти искажения в электропитании, условно можно разделить следующим образом:

• Субъективные: относящиеся к локальным особенностям построения и эксплуатации электросети – изношенность оборудования в системе энергоснабжения России, перегрузка сетей из-за недостатка средств на их развитие, плохое качество работ или ошибки персонала при управлении и ремонте сетей и т. д. Пример: отключение питания в здании электриком городской сети для ремонта центрального щита. Предупреждение, как обычно, забыли написать, либо сразу после его появления на доске объявлений оно было заклеено предложениями о работе за СКВ.
• Объективные: объясняющиеся базовыми физическими законами функционирования электрических сетей – воздействие на электросеть различных потребителей энергии в моменты их работы, включения или отключения. Пример: при запуске холодильника все лампочки в квартире на мгновение “пригасают”. Эффект объясняется тем, что в момент включения любой электромотор вызывает кратковременное “короткое” замыкание сети.
• Форс-мажорные: вызванные действием непреодолимой силы или их последствиями – удары молний в элементы электросети, обрывы ЛЭП при стихийных бедствиях и др. Пример: внезапный выход из строя электроприбора с возникновением “короткого” замыкания и, как следствие, обесточиванием участка сети.

Основными типами помех, влияющими на работу электрооборудования, являются: импульсные высоковольтные броски, выбросы напряжения, длительное падение напряжения, интерференция, кратковременное повышение или понижение напряжения, нестабильность формы напряжения, полное отключение электропитания.

Некоторые из этих помех легко фиксируются “невооруженным” взглядом – трудно, например, не заметить полное отсутствие питания, для того, чтобы отметить другие, человеку требуются специальные приборы.К сожалению, электрооборудованию, подключенному к “грязной” электросети, никакие приборы для фиксации помех не требуются. Его внутренние схемы ежесекундно испытывают перегрузки, вызванные искажениями электросети. Часть помех компенсируется внутренними блоками питания и схемами защиты электроприбора, не сказываясь на его работе немедленно, а лишь сокращая срок его эксплуатации. Другие оказывают губительное влияние на работу прибора мгновенно, выводя его из строя либо временно нарушая его нормальное предсказуемое поведение.

В принципе с этим можно было бы смириться как с необходимым злом, ведь, во-первых, выше головы не прыгнешь (не строить же свою электростанцию), а во-вторых, ничто не вечно, в том числе и срок службы оборудования, да к тому же не каждый день “горят” электроприборы, подключенные непосредственно к городской электросети.

Применение такой логики не всегда оправдано, поскольку современное сложное электронное оборудование само по себе весьма дорого (и наиболее подвержено губительному воздействию помех по входному напряжению), кроме этого, от его нормального бесперебойного функционирования зачастую зависят жизнь человека (медицинские системы жизнеобеспечения), благосостояние отдельных людей и больших групп (компьютеры банков и страховых обществ, офисные ЛВС и системы управления производством), безопасность имущества (охранные и противопожарные системы), результаты длительного труда больших коллективов (научные приборы и системы баз данных), комфорт и оперативность работы (системы связи) и многое другое.

К счастью, в настоящее время существует оборудование и подходы, позволяющие спроектировать и создать автономные локальные системы бесперебойного энергоснабжения, обеспечивающие независимость потребителей электроэнергии от помех в обычной энергосети. В зависимости от класса оборудования и конфигурации такие системы в состоянии нейтрализовать либо все, либо только определенный набор помех. На Западе это оборудование обозначается аббревиатурой UPS (Unineraptble Power System или Supply). В России нет устойчивого названия, в литературе встречаются такие названия, как АБП, БИП, ББП, ИПБ, ИБП и др. В дальнейшем мы будем придерживаться термина ИБП (источник бесперебойного питания) и СБП (система бесперебойного питания).

Современный уровень технологии и качества используемого в этих системах оборудования позволяет затрачивать на их закупку и эксплуатацию суммы, несравнимые с потерями, которых они позволяют избежать. Применение таких систем с финансовой точки зрения подобно страховке, с той разницей, что при правильном построении системы страховой случай никогда не наступает.

Выводы:

• Все существующие электроприборы рассчитаны на питание от сети, соответствующей стандарту.
• По разным причинам в энергосети постоянно возникают искажения. Искажения в энергосети губительно сказываются на функционировании электроприборов. Чем сложнее оборудование, тем больше оно подвержено влиянию искажений в электросети.
• Существует возможность создания автономных сетей бесперебойного энергоснабжения. Затраты на их внедрение и эксплуатацию несравнимы с величиной потерь, которых они позволяют избежать.

Классификация ИБП

Классы ИБП; их сравнительные характеристики при работе в различных режимах.

Отличительные особенности существующих классов ИБП могут быть нагляднее всего оценены при рассмотрении поведения источника в различных режимах работы. Ниже перечисляются эти режимы и основные факторы, требующие внимания:

• Питание нагрузки при наличии напряжения во входной сети. Это основной режим работы любого ИБП. Для случаев, когда напряжение отсутствует большую часть времени, использование отдельно стоящего ИБП является плохим решением, и здесь уже требуются дополнительные источники электроэнергии, например дизель-генератор. При работе от сети источник выступает для нагрузки ограничителем и фильтром сетевых помех, а в некоторых классах, еще и стабилизатором напряжения. От защитных свойств, демонстрируемых ИБП, напрямую зависит качество работы и срок службы запитанного от него оборудования. Любая нагрузка всегда рассчитана на питание от номинального напряжения с небольшими отклонениями. Питание нагрузки от пониженного напряжения также вредно, как и от повышенного.
• Питание нагрузки при работе от встроенных аккумуляторов. При полном отключении питания или выходе напряжения в сети за определенный диапазон (чрезмерном повышении или понижении) любой ИБП переходит на работу от встроенных батарей. В этом случае переменный ток генерируется из постоянного, получаемого от аккумуляторных батарей. Форма и стабильность генерируемого напряжения является основополагающей характеристикой ИБП при работе от батарей. Идеальной формой выходного сигнала является гладкая синусоида.
• Переход на аккумуляторы и обратно.

Любой ИБП имеет диапазон входного напряжения, при котором он способен работать без перехода на аккумуляторы. Другой основополагающей характеристикой является время перехода на аккумуляторы и обратно. В этот момент большинство классов ИБП не в состоянии обеспечить непрерывность выходного сигнала. Чем шире диапазон допустимого входного напряжения, тем реже ИБП переходит на аккумуляторы, желательно также, чтобы время этого перехода было как можно меньше.

Все имеющиеся в настоящий момент на рынке ИБП условно можно разделить на три класса:

ON-LINE, OFF-LINE (от англ. термина “вне линии”) или Standby (“дежурные”).

Принцип работы таких источников понятен из названия – нагрузка (т. е. ваш потребитель) через некий сетевой фильтр напрямую связан с городской электросетью. При отключении входного напряжения ИБП OFF-LINE переходит на питание нагрузки от встроенных аккумуляторов. К недостаткам этих устройств следует отнести:

– отсутствие хорошей фильтрации и стабилизации выходного напряжения; -даже при незначительных падениях и бросках напряжения ИБП переходит в режим работы от встроенных аккумуляторов;

– время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 5-20м/сек;

– в некоторых ситуациях время переключения может утраиваться;

– большинство моделей при работе от аккумуляторов не воспроизводят на выходе напряжение синусоидальной формы.

ГИБРИДНЫЕ (Line-interactive, Ferroresonant, Тriport и мн. др.). Принцип действия в основном аналогичен OFF-LINE, но с целью подавления некоторых видов помех и улучшения работы потребителей при длительном падении или повышении напряжения в этих источниках используются различные дополнительные устройства (“бустеры”, “кондиционеры линий” и др.). Для подчеркивания конструктивных особенностей своих приборов производители таких ИБП употребляют различные родовые термины, зачастую вводящие пользователей в заблуждение. По сути же все они относятся к одному классу. Недостатки ГИБРИДНЫХ ИБП те же, что и уOFF-LINE, кроме этого, их регулирующие напряжение узлы могут порождать устойчивые искажения выходного сигнала и непредсказуемые переходные процессы. Возможно, в скором времени некоторые типы ГИБРИДНЫХ ИБП полностью выйдут из употребления из-за несовместимости со стандартом IЕС 555.

ON-LINE (от англ. термина “в линию”).

Принцип работы: ИБП преобразует 100% поступающего к нему на вход переменного тока в постоянный (т. н. выпрямление), а затем выполняет обратное преобразование. Внутренние узлы таких ИБП всегда работают “в линии” между входом, запитанным от обычной сети, и выходом, питающим ответственную нагрузку. Это своего рода электростанция, преобразующая всю поступающую на вход “грязную” энергию в “чистую”, т. е. свободную от помех и каких-либо искажений, и поэтому идеально подходящая для питания сложных потребителей . ИБП класса ON-LINE обеспечивают прецизионную стабилизацию величины и формы выходного напряжения и полную фильтрацию любых помех, возникающих в электросети. Кроме этого, как правило, они корректируют КМ (коэффициент мощности) нагрузки, снижая таким образом ток потребления от сети, благодаря чему не нужно устанавливать более мощные защитные автоматы и применять провода увеличенного сечения, чем в случае применения ИБП других классов. При их переходе на аккумуляторные батареи полностью отсутствуют переходные процессы у выходного электросигнала.

Если попытаться проанализировать эти классы, то можно увидеть, что такая характеристика, как время перехода на аккумулятор, присутствует только у ИБП классов OFF-LINE и ГИБРИДНЫХ. Типовое значение времени перехода на аккумулятор у этих классов составляет 4-5 м/сек (согласно рекламным материалам). Однако следует иметь в виду, что это верно лишь при обрыве входной линии. В случае, когда входное напряжение исчезает за счет короткого замыкания на входе или отключения питания на трансформаторной подстанции, оно может увеличиться в 4-6 раз. Теоретически современные компьютеры способны выдержать без мгновенных последствий единичный перерыв в питании продолжительностью до 15 м/сек, но с более длительными перерывами уже приходится считаться, особенно неприятные последствия могут произойти, если компьютеры связаны в ЛВС.

В OFF-LINE и ГИБРИДНЫХ ИБП выходное напряжение при работе в автономном режиме имеет, как правило, прямоугольную или ступенчатую формы. Многие ошибочно полагают, что форма выходного напряжения не важна для компьютерной нагрузки, но коэффициент нелинейных искажений (КНИ) у такого напряжения может достигать 50% или 30% соответственно. В рекомендациях специалистов МЭКа (Международной Электротехнической Комисии), однако, говорится, что выходное напряжение должно иметь гладкую синусоидальную форму, а в отдельных статьях даже указывается, что КНИ не должен превышать 5%. При работе от сети OFF-LINE и ГИБРИДНЫЕ ИБП никак не корректируют КНИ напряжения и Км нагрузки, а в некоторых случаях даже ухудшают его.

Такое понятие, как стабильность выходного напряжения у ИБП OFF-LINE, вообще отсутствует, так как выходное напряжение всегда равно входному, если источник не работает от аккумуляторов. Как правило, диапазон входного напряжения у OFF-LINE без перехода на аккумуляторы равен 187-264 В. Поэтому точно так же будет изменяться и выходное напряжение. У ГИБРИДНЫХ ИБП диапазон входного напряжения несколько шире, как правило, 176-264 В, а выходное напряжение при этом изменяется в пределах 187-264 В. Расширение нижней границы входного диапазона обусловлено так называемым бустером. Фактически бустер представляет собой автотрансформатор с отводами, который ступенчато или поднимает выходное напряжение, или снижает его. Таким образом, говорить о стабилизации напряжения ГИБРИДНЫМИ ИБП также не приходится.

ИБП класса ON-LINE с двойным преобразованием энергии (иногда – даже с тройным), во-первых, не имеют времени перехода на аккумуляторы (оно равно нулю), так как выходному инвертору абсолютно все равно, откуда получать энергию, от выпрямителя или от аккумулятора. Таким образом, при переходе на аккумулятор или обратно выходная синусоида не имеет разрывов или каких-либо других искажений. Во-вторых, форма выходного напряжения всегда синусоидальная и не зависит от формы, частоты и величины входного напряжения, и, следовательно, электромагнитная совместимость этих ИБП неизмеримо выше, чем OFF-LINE и ГИБРИДНЫХ. В-третьих, выходное напряжение и частота всегда стабильны и также не зависят ни от формы, ни от частоты, ни от величины входного напряжения.

ИБП OFF-LINE. Некоторые эксплуатационные характеристики устройств этого класса, помимо конструктивных ограничений, объясняются также задачами, стоящими перед разработчиками и производителями таких ИБП. Попытка минимизировать габариты и вес источников (создать “ИБП на ладони”), а также жесточайшая ценовая конкуренция часто заставляют их действовать по принципу “экономия на всем”, включая качество применяемых батарей и электронных компонент схем управления.

ИБП ON-LINE. Описанные выше принципы построения ИБП ON-LINE имеют, помимо перечисленных, еще множество чрезвычайно полезных для пользователя следствий, например:

   – Гальваническая развязка

Высококачественные ON-LINE, за исключением особо малых, ИБП обычно имеют так называемую гальваническую развязку, т.е. в них отсутствует замкнутая электрическая цепь между входом и выходом (т.обр. электроцепи “до” и “после” прибора не связаны проводниками между собой), что существенно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования.

   – Ресурс аккумуляторов

Стоимость аккумуляторов составляет 40-50% от стоимости ИБП класса ON-LINE. Ресурс аккумуляторов, как известно, определяется количеством циклов заряд-разряд, температурой окружающей среды, оптимальностью зарядного и разрядного тока и их периодическими “тренировками”. Количество циклов заряд-разряд определяется диапазоном входного напряжения – чем он шире, тем реже ИБП переходит в автономный режим. На сегодняшний день самым широким диапазоном входного напряжения обладают ON-LINE ИБП POWERWARE. Наиболее комфортная температура для аккумуляторов 20-25¦С, при понижении снижается их емкость, при повышении увеличивается их саморазряд и уменьшается ресурс, поэтому при переходе ИБП POWERWARE в автономный режим, когда в результате происходящих химических процессов в аккумуляторах они начинают разогреваться, скорость вращения встроенных вентиляторов увеличивается. Оптимизация зарядного и разрядного тока выполнена в них аппаратными средствами, а чтобы осуществлять тренировку аккумуляторов в ИБП POWERWARE, встроен таймер, который каждые 28 дней включает аккумуляторы на внутреннюю нагрузку, определяя их емкость, после этого производится автоматический подзаряд батарей. Если емкость батарей ниже 75% первоначальной, пользователь получает соответствующее предупреждение. Благодаря этому ресурс аккумуляторов в ON-LINE ИБП POWERWARE составляет не менее 10 лет.

    – Режим Ву-Раss

Ву-Раss представляет собой режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр, в некоторых моделях еще и через трансформатор гальванической развязки, находящиеся в ИБП. Различают Ву-Раss автоматический и ручной.

Автоматический Ву-Раss включается при перегрузках ИБП, например при включении нагрузки, пусковая мощность которой в 3 – 7 раз выше номинальной, при отказах, возникающих внутри источника, при перегреве и т.п. Без автоматического Ву-Раss невозможно построение резервируемых систем бесперебойного питания. При резервировании входы ИБП и Ву-Раss должны быть раздельными. Вход основного ИБП питается от сети, а вход Ву-Раss от стоящего в горячем режиме резервного. В случае отказа основного ИБП он автоматически переключается в Ву-Раss и нагрузка получает питание от резервного. Существуют и другие архитектуры систем бесперебойного питания, в которых необходимо наличие автоматического Ву-Раss. Ручной Ву-Раss необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых с ИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки. Таким образом, наличие режима Ву-Раss позволяет экономить на мощности ИБП (выбирать ИБП без учета пусковой мощности защищаемого оборудования), повышает надежность, обеспечивает гибкость при создании сложных систем бесперебойного питания, создает удобства при обслуживании и ремонте ИБП.

– Холодный старт

Холодный старт – это режим автономного запуска ИБП при отсутствии напряжения во входной сети. Далеко не все ИБП имеют такую возможность. “Холодный старт” обеспечивает дополнительные удобства, например возможность срочно передать факс или вывести какой-либо файл на принтер при отсутствии напряжения в сети.

следовательно:

– ИБП ON-LINE – идеальная защита для нагрузки даже в такихкритических ситуациях, как удары молний или статические разряды в элементы электросети. В этом случае все воздействие возникающего электрического пика принимает на себя выпрямитель ИБП, а нагрузка продолжает получать чистое питание без помех и сбоев.

– Нагрузка, запитанная через ИБП класса ON-LINE, не может быть выведена из строя или повреждена путем “электродиверсии” (целенаправленного воздействия на электроприбор или группу приборов через внесение специально подобранной последовательности возмущений в питающую их электросеть).

– ИБП ON-LINE является единственной абсолютно надежной защитой от попыток считывания информации с компьютера путем анализа его обратного воздействия на электросеть.

Из-за высоких технических показателей источники класса ON-LINE в последнее время некоторые производители, не владеющие соответствующими технологиями, а также их торговые партнеры выдают свои ГИБРИДНЫЕ источники за ON-LINE. Основополагающим признаком, отличающим все ИБП этого класса, является следующий: если весь поступающий на вход источника ток, независимо от режима работы, претерпевает как минимум двойное преобразование (переменный ток-постоянный-переменный), тогда ИБП относится к классу ON-LINE, иначе – нет.

Основные выводы:

• Наилучшим выбором с точки зрения защиты от помех в электросети и по другим потребительским качествам являются ИБП класса ON-LINE.
• Основополагающим признаком ON-LINE является обязательное двойное (иногда тройное) преобразование напряжения.

Определение мощности и конфигурации ИБП

Определяющими величинами для выбора конкретной конфигурации источника являются полная мощность оборудования в вольт-амперах (VА) и необходимое время автономной работы. Следующие рекомендации относятся к ИБП, независимо от их класса.

1. Определите перечень защищаемого оборудования.

2. Определите мощность каждой единицы оборудования. Необходимо определить так называемую полную мощность в вольт-амперах. Полная мощность – это вся мощность, потребляемая электроприбором, она состоит из активной мощности и реактивной мощности, которая частично возвращается в сеть питания, а частично уходит в электромагнитное излучение прибора. Таким образом, часть полной мощности всегда расходуется вхолостую, а нагрузки можно различать по соотношению активной и полной мощностей, которое характеризуется коэффициентом мощности Км. Типичными видами нагрузок, различающихся по этому соотношению, являются активно-индуктивная, активно-емкостная, линейная, нелинейная и другие. Мощность прибора указывается либо в технической документации, либо на задней стенке его корпуса. Может указываться или активная мощность, или полная. Активная мощность всегда указывается в ваттах (W), полная – в вольт-амперах (VА). Если мощность не указана, то указывается напряжение питания в вольтах и потребляемый ток в амперах, тогда полная мощность S в вольт-амперах равна S = Uпит. Х Iпотр. Для компьютерных нагрузок полная мощность S в вольт-амперах и активная мощность Р в ваттах связаны между собой коэффициентом, приблизительно равным 1.4, т.е. S =1.4 X Р. Для определения соотношения полной и активной мощностей для других типов нагрузки следует проконсультироваться со специалистами по соответствующему оборудованию.

3. Определите суммарную полную мощность всего оборудования путем сложения полных мощностей его отдельных единиц.

4. При небольшом количестве оборудования (приблизительно до 20 единиц) для обеспечения высокой надежности мощность закупаемого ИБП должна превышать на 20-30% суммарную полную мощность потребления. При подключении к одному мощному ИБП большего количества единиц оборудования запаса мощности обычно не требуется, так как часть оборудования всегда оказывается отключенной.

5. Исходя из задач, решаемых вашим оборудованием, и из качества электросети задайтесь временем автономной работы ИБП – на аккумуляторе при перерыве в сети питания.

6. Зная мощность ИБП и время автономной работы, выберите необходимый тип и конфигурацию ИБП. Выбрав модель нужной мощности, определите количество и типы внешних батарей, необходимых для обеспечения нужного времени автономной работы. Если оказалось, что выбранная модель даже с максимально возможным количеством внешних батарей не обеспечивает требуемого времени автономной работы или мощность ИБП превышает 6 кVА, для оптимизации выбора обращайтесь за консультацией к специалистам.

7. При необходимости информационного подключения ИБП к компьютерам обратитесь к специалистам для выбора способа подключения и программного обеспечения.

 Публикуется с разрешения компании “Копитан”

Назад в раздел

типы, особенности, лучшие модели ИБП/UPS для компьютеров и ноутбуков

В условиях нестабильного или прерывистого электроснабжения источник бесперебойного питания поможет обеспечить надёжную и непрерывную работу компьютеров, рабочих станций и серверов. Устройства бесперебойного питания выпускаются для домашнего, офисного, промышленного и аварийного применения.

Описание и принцип работы

ИБП — это устройство, представляющее собой вторичный источник энергии, который обеспечивает поддержание питания и улучшение его параметров:

• при нестабильной работе электросети;
• при слишком низком или высоком напряжении;
• при кратковременном отключении основного источника, например, обычной 220-вольтовой электросети.

Бесперебойник состоит из аккумуляторной батареи, зарядного устройства, а также преобразователя напряжения (инвертора). Этот аппарат питания помогает защищать технологические процессы от нарушений и сбоёв. Дома и в офисе ИБП для компьютера позволяет избежать утери данных, над которыми выполнялась работа. В качестве батарей широко применяются кислотные и гелевые 12-вольтовые аккумуляторы.

Типы источников

Блоки бесперебойного питания для компьютера, рабочих станций, промышленных потребителей и серверов делятся на три основных типа. Онлайн-бесперебойники обеспечивают двойное преобразование напряжения. Вначале прибор преобразует переменный ток электросети в постоянный, а затем — обратно при помощи двух инверторов. Батарея оказывается подключённой постоянно, играя роль буфера, что обуславливает одно из достоинств такого устройства — отсутствие промежутка времени между пропаданием напряжения первичного источника и вступлением в работу аккумулятора.

Онлайн-бесперебойники выдают энергию очень высокого качества. Другое достоинство ИБП с двойным преобразованием заключается в чистой синусоидальной форме напряжения на выходе. Благодаря этому, такое устройство может подключаться к ответственным и загруженным постоянно серверам, рабочим станциям на компьютерных сетях и прочим приборам, предъявляющим повышенные требования к качеству электроэнергии.

Ещё одним несомненным плюсом является возможность одновременного корректирования и напряжения, и частоты. Онлайновые ИБП являются наилучшими стабилизаторами напряжения из всех существующих. Но есть и недостатки — более низкий КПД, чем у двух предыдущих устройств, повышенное тепловыделение. Из-за этого требуется постоянное охлаждение, обеспечиваемое компьютерным вентилятором.

Резервные бесперебойники обеспечивают питание подключённой к нему нагрузки напрямую от электросети, если есть в ней стабильное напряжение. Предусмотрена фильтрация от высоковольтных импульсов и электромагнитных помех. Когда напряжение пропадает или выходит за нормальные пределы, происходит переключение нагрузки с электросети на аккумуляторную батарею с инвертором.

Его цель — преобразование постоянного тока в переменный с последующим повышением напряжения до 220 вольт. Во время питания от сети батарея офлайнового ИБП подзаряжается.

Резервные приборы бесперебойного питания применяются вместе с офисными и домашними компьютерами и рабочими станциями локальных сетей низкого уровня. Достоинства заключаются в очень высоком коэффициенте полезного действия, близком к 99%. А также в низкой стоимости, шумности и температуре нагрева.

Резервные ИБП — самые распространённые на отечественном рынке. Один из недостатков таких устройств заключается в долгом времени перехода на батарейное питание. Это может привести к дестабилизации работы компьютера. Также не стабилизируется ни напряжение, ни частота, а при функционировании от батареи форма выходного тока далека от идеальной синусоиды.

От резервных ИБП линейно-интерактивные устройства отличаются наличием стабилизатора на базе автотрансформатора, обмотки которого переключаются посредством реле. Благодаря этому такие бесперебойники поддерживают напряжение на выходе при колебаниях этой величины на входе, что является важным достоинством таких устройств. Есть и недостатки — завышение выходной частоты при работе от батареи и искажение осциллограммы. Это связано с большими габаритами трансформатора. Чтобы тот мог пропустить через себя повышенные токи, приходится повышать частоту. Из-за этого интерактивные ИБП не подходят для питания устройств с асинхронными двигателями.

Особенности устройств

Для удобства использования источники бесперебойного питания для компьютера оснащаются разными видами индикации. Заметный звуковой сигнал подаётся, когда батарея почти полностью разряжена. Уровень заряда отображается световой индикацией. Более продвинутые устройства управляются и контролируются по RS-232 или USB. Также офисные UPS-беспербойники для компьютера чаще всего оснащаются не евророзетками, а разъёмами IEC 320 C13/14. Это сделано для того, чтобы можно было подключать устройство только к системному блоку, монитору и принтеру.

Бесперебойник для ноутбука представляет собой портативное устройство. Для совместимости с устройствами оно оснащается всеми необходимыми переходниками. Встроенный контроллер обеспечивает регулировку напряжения. Некоторые устройства также оснащены инновационным портом USB Type-C для подзарядки. С помощью такого аксессуара можно зарядить гаджет вдали от первичной электросети.

Характеристики аппаратов

Источники бесперебойного питания имеют несколько важных характеристик:

• выходная мощность. Измеряется в вольт-амперах и реже в ваттах. Известно, что приборы с асинхронными двигателями, а также лазерные принтеры в момент запуска кратковременно потребляют мощность, в 5—7 раз превышающую номинальную. УПС для компьютера (UPS) должен выбираться с учётом этой особенности;
• выходное напряжение (в большинстве случаев составляет 220 В) и пределы его колебания. У резервных ИБП последняя величина колеблется от 3 до 5%. У приборов двойного преобразования — от 1 до 2%;
• время переключения на работу от батарей. Для устройств с двойным преобразованием оно равно нулю. Для офлайн-ИБП этот показатель колеблется от 6 до 10 миллисекунд, а для линейно-интерактивных — от 2 до 5 мсек;
• время автономной работы. Оно зависит от ёмкости аккумулятора ИБП, а также от потребляемой мощности подключённых приборов. Офисный ИБП будет обеспечивать автономную работу в течение 10−15 минут при нормальной нагрузке. Этого достаточно для того, чтобы сохранить файлы и документы, с которыми работал пользователь, закрыть программы и выключить компьютер. Более продвинутые бесперебойники с более ёмкими батареями поддерживают питание в течение 20−50 минут;
• пределы изменения входного напряжения, при котором ИБП стабилизирует питание без переключения на батареи. В простых устройствах для дома и офиса этот показатель колеблется от 160−180 до 250−280 вольт.

Лучшие модели

Одним из лучших бесперебойников для дома и офиса является IPPON Back Office 600. Это устройство выполнено по резервной схеме. Форма напряжения на выходе при питании от батарей — ступенчато-аппроксимированная синусоида. Выходная номинальная мощность — 300 Вт или 600 вольт-ампер. Этот ИБП обеспечивает не менее 8 минут автономной работы при нормальной нагрузке. Минимальное и максимальное входное напряжение — 170 и 280 В, соответственно. Переход на функционирование от батарей занимает 6 миллисекунд.

Также IPPON Back Office 600 защищает подключённые к нему приборы от высоковольтных помех, перегрузки, замыкания, играя роль сетевого фильтра. Предусмотрена защита телефонной и локальной сети. Для подключения техники имеются 4 разъёма IEC 320 C13.

Что такое ИБП? -Работа и типы ИБП

Эта статья объясняет ИБП, его применение, историческую справку, типы и принцип работы ИБП с их принципиальной схемой.

Определение:

ИБП – это устройство, которое обеспечивает бесперебойное электропитание, чтобы поддерживать непрерывность электропитания в случае отключения электричества. ИБП означает источник бесперебойного питания.

Требование ИБП:

Есть несколько приложений, в которых даже временное отключение питания может вызвать большие неудобства для населения и привести к большим экономическим потерям.Примерами таких приложений являются крупные компьютерные установки, управление технологическим процессом на химическом предприятии, мониторы безопасности, общие системы связи, больничные отделения интенсивной терапии (ICU) и т. Д. Для таких критических нагрузок первостепенное значение имеет обеспечение бесперебойного электропитания. В этом заключается важность ИБП. Применение системы ИБП обслуживает такие критические нагрузки.

Справочная информация: Система ИБП

, используемая ранее, была основана на комбинации двигателя постоянного тока, генератора переменного тока и комплекта DG.Это расположение показано ниже.

Эта конструкция состоит из генератора переменного тока с приводом от двигателя постоянного тока, вал которого также соединен с дизельным двигателем. Трехфазное основное питание после выпрямления заряжает батарею постоянного тока, а также питает двигатель постоянного тока. Необходимый источник бесперебойного питания питается от выходных клемм генератора, как показано на рисунке.

При отключении основного питания дизельный двигатель принимает на себя нагрузки. Поскольку запуск дизельного двигателя занимает от 10 до 20 секунд, аккумуляторная батарея обеспечивает необходимое питание нагрузки в течение этих 10-20 секунд с помощью двигателя постоянного тока и маховика.Таким образом, бесперебойное питание распространяется на критические нагрузки.

Однако такое расположение системы ИБП в настоящее время не используется. В наши дни более популярны статические ИБП мощностью до нескольких кВА.

Типы ИБП:

Статические ИБП бывают двух типов:

• ИБП с коротким замыканием
• Беспрерывный ИБП

В ИБП с коротким замыканием нагрузка отключается от источника питания на короткое время, порядка 4–5 мс.В этот период нагрузка недоступна.

В бесперебойном ИБП нагрузка получает постоянное бесперебойное питание от источника питания. В бесперебойном ИБП нет перебоев в электроснабжении. Такие ИБП чаще всего используются для больших компьютерных инсталляций. В компьютерной установке прерывание питания порядка 4–5 мс вообще недопустимо, и, следовательно, бесперебойный ИБП является правильным выбором для таких приложений.

Работа ИБП:

Принцип работы ИБП с коротким и непрерывным прерыванием обсуждается вместе со схемой в следующем разделе.

ИБП с коротким замыканием и его работа:

В ИБП с коротким замыканием нагрузка отключается от источника питания на короткое время, порядка 4–5 мс. Этот тип ИБП подходит для приложений, где допустимо кратковременное прерывание порядка 4-5 мс.

Простая принципиальная схема ИБП с коротким замыканием показана на рисунке ниже.

Внимательное изучение схемы показывает технологию, лежащую в основе этой системы ИБП.Как видно, основное питание переменного тока выпрямлено на постоянный. Этот выход постоянного тока выпрямителя заряжает батареи, а также преобразуется в переменный ток инвертором. Пройдя через фильтр, переменный ток может подаваться на нагрузку, если нормально ВЫКЛ контакты замкнуты.

В нормальном рабочем состоянии нормально ВКЛ контакты замкнуты, а нормально ВЫКЛ контакты разомкнуты. Таким образом, при нормальных условиях подача питания на нагрузку осуществляется через основной источник переменного тока. Однако в случае отключения электроэнергии нормально выключенные контакты замыкаются, а нормально включенные контакты разомкнуты.Это переключение занимает время 4-5 мс. Следовательно, в течение этого периода нагрузка не подключена ни к основному источнику переменного тока (основной источник переменного тока недоступен из-за отключения электроэнергии), ни к выходу инвертора. Когда нормально выключенный контакт замыкается, нагрузка получает питание от инвертора и фильтра.

Кратковременное прерывание питания нагрузки может наблюдаться, если лампы и люминесцентные лампы являются частью нагрузки. Когда нормально-ВКЛЮЧЕННЫЙ переключатель разомкнут, а нормально-ВЫКЛЮЧЕННЫЙ переключатель включен, лампы будут иметь кратковременный провал в их освещении, тогда как люминесцентные лампы будут выключены на мгновение, а лампа снова включится.

Когда основное питание переменного тока возобновляется, критические нагрузки подключаются к основному источнику питания переменного тока через обычный выключатель. И снова наблюдается кратковременное прерывание освещения. Такое расположение ИБП с коротким замыканием также известно как резервный источник питания.

ИБП без прерывания и его работа:

В бесперебойном ИБП нагрузка получает постоянное бесперебойное питание от источника питания. В этой системе бесперебойного питания нет перебоев в электроснабжении.Простая принципиальная схема бесперебойного ИБП показана ниже.

В этой системе основное питание переменного тока выпрямляется, а выпрямитель выдает мощность для поддержания необходимого заряда батарей. Выпрямитель также непрерывно подает питание на инвертор, который, в свою очередь, передает питание на нагрузку через фильтр и, как правило, переключатель ВКЛ. Таким образом, нагрузка подключена к инвертору все время. Это просто означает, что питание нагрузки продлевается от батареи. Хотя аккумулятор получает питание от основного источника переменного тока, но в случае отключения электроэнергии аккумулятор будет без перебоев подавать питание на нагрузку в соответствии со своей номинальной емкостью.

Номинальная емкость жидкого теста дана в AH (ампер-час). Если это 20 Ач, это означает, что аккумулятор может обеспечивать ток 2 А в течение 10 часов или 4 А в течение 5 часов или 10 А в течение 2 часов.

Итак, вы можете подумать, когда основной источник переменного тока подключен к нагрузке через нормально выключенный выключатель? Обсудим это требование.

В случае обнаружения неисправности инвертора, нагрузка переключается на основной источник переменного тока путем включения переключателя «нормально ВЫКЛ» и размыкания переключателя «нормально ВКЛ».Переключение нагрузки от инвертора к основному источнику переменного тока занимает 4-5 мс по сравнению с 40-50 мс для механического контактора. По этой причине основное питание переменного тока подключено к нагрузке через нормально выключенный переключатель.

После устранения неисправности инвертора источник бесперебойного питания снова восстанавливается для нагрузки с помощью переключателя «Нормально ВКЛ.». Батареи теперь заряжаются от основного источника переменного тока, регулируя заряд с максимальной скоростью, чтобы батареи заряжались до полной емкости в кратчайшие сроки.

Преимущество бесперебойного ИБП:

Ниже приведены основные преимущества бесперебойных ИБП:

• Инвертор можно использовать для кондиционирования питания, подаваемого на нагрузку.
• Нагрузка всегда защищена от переходных процессов, которые могут возникнуть в основном источнике переменного тока. Следовательно, увеличивается срок службы подключенной нагрузки.
• Выходная частота инвертора может поддерживаться на желаемом уровне.

% PDF-1.6 % 56 0 объект > эндобдж xref 56 81 0000000016 00000 н. 0000002337 00000 н. 0000002475 00000 н. 0000002607 00000 н. 0000002649 00000 н. 0000003377 00000 н. 0000003897 00000 н. 0000004482 00000 н. 0000004895 00000 н. 0000004943 00000 н. 0000004992 00000 п. 0000005040 00000 н. 0000005283 00000 п. 0000005519 00000 н. 0000005807 00000 н. 0000005909 00000 н. 0000006015 00000 н. 0000007330 00000 н. 0000008795 00000 н. 0000010196 00000 п. 0000010628 00000 п. 0000011590 00000 п. 0000012020 00000 н. 0000012388 00000 п. 0000013862 00000 п. 0000015108 00000 п. 0000016659 00000 п. 0000018057 00000 п. 0000034188 00000 п. 0000051175 00000 п. 0000053045 00000 п. 0000056294 00000 п. 0000062627 00000 н. 0000064378 00000 п. 0000064506 00000 п. 0000064717 00000 п. 0000066322 00000 п. 0000067455 00000 п. 0000068335 00000 п. 0000068729 00000 п. 0000068904 00000 п. 0000069153 00000 п. 0000070595 00000 п. 0000072829 00000 п. 0000080212 00000 п. 00000

00000 п. 0000092493 00000 п. 0000095746 00000 п. 0000096130 00000 п. 0000096658 00000 п. 0000096765 00000 п. 0000118557 00000 н. 0000118596 00000 н. 0000119124 00000 н. 0000119231 00000 п. 0000146948 00000 н. 0000146987 00000 н. 0000147515 00000 н. 0000147622 00000 н. 0000177530 00000 н. 0000177569 00000 н. 0000178095 00000 н. 0000178202 00000 н. 0000227688 00000 н. 0000227727 00000 н. 0000228255 00000 н. 0000228366 00000 н. 0000254260 00000 н. 0000254299 00000 н. 0000254827 00000 н. 0000254936 00000 н. 0000310986 00000 п. 0000311025 00000 н. 0000311553 00000 н. 0000311660 00000 н. 0000364303 00000 н. 0000364342 00000 н. 0000364870 00000 н. 0000364978 00000 н. 0000419408 00000 н. 0000001954 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 136 0 объект > поток խ тh (а

Принцип работы источника бесперебойного питания (ИБП) -SCIENTEK ELECTRICAL

07 августа 2020 г.

Принцип работы источника бесперебойного питания (ИБП)

Принцип работы ИБП очень прост.Он выпрямляется сетью, затем заряжает аккумулятор, а затем подает питание на инвертор через аккумулятор, чтобы достичь цели автоматической подачи питания на нагрузку после отключения сети.

Преобразование

AC-DC: переменный ток из сети снижается автотрансформатором, двухполупериодным выпрямлением и фильтрацией в напряжение постоянного тока, которое затем подается в схему инвертора. Вход AC-DC имеет схему плавного пуска, которая позволяет избежать воздействия на электросеть при пуске.

Цепь инвертора

DC-AC: используется полномостовая инверторная схема модуля IGBT высокой мощности, которая имеет большой запас мощности, а выходное сопротивление особенно мало в выходном динамическом диапазоне и имеет характеристику быстрого отклика. Благодаря использованию технологии ограничения тока с высокочастотной модуляцией и технологии быстрой защиты от короткого замыкания, инвертор может работать безопасно и надежно, будь то переходное напряжение питания, удар нагрузки или короткое замыкание.

Управляющий привод: Управляющий привод – это ядро ​​для выполнения функционального управления всей машиной. Помимо обеспечения обнаружения, защиты, синхронизации и различных сигналов управления переключателем и дисплеем, он также выполняет управление широтно-синусоидальной широтно-импульсной модуляцией SPWM благодаря использованию статической и динамической двойной обратной связи по напряжению. Значительно улучшить динамические характеристики и стабильность инвертора.

Источник питания ИБП

по принципу работы делится на резервный и оперативный

Чаще всего используются резервные ИБП.Он имеет самые основные и важные функции ИБП, такие как автоматическая стабилизация напряжения и защита от сбоев питания. Хотя обычно время преобразования составляет около 10 мс, выход переменного тока инвертора представляет собой прямоугольную волну, а не синусоиду. Wave, но благодаря своей простой конструкции, невысокой цене и высокой надежности широко используется в микрокомпьютерах, периферийных устройствах, POS-машинах и других областях;

Принцип работы резервного ИБП: при нормальном питании электросети один сетевой источник питания заряжает батарею через выпрямитель, а другой сетевой источник питания изначально стабилизируется автоматическим стабилизатором напряжения и поглощает часть энергии. сетевые помехи, а затем переключатель байпаса напрямую подает питание на нагрузку.В это время аккумулятор находится в состоянии заряда до тех пор, пока аккумулятор не будет полностью заряжен и переведен в плавающее состояние. ИБП эквивалентен стабилизатору напряжения с плохими характеристиками стабилизации напряжения, но он только улучшает колебания диапазона сетевого напряжения и не вносит никаких корректировок в «электрические загрязнения», такие как нестабильность частоты и искажение формы сигнала в сети.

Mini Offline Ups Power Supply: Производители батарей ИБП

Когда сетевое напряжение или частота сети превышает входной диапазон ИБП, то есть в ненормальных условиях, вход переменного тока отключен, зарядное устройство перестает работать, батарея разряжается, и инвертор начинает работать под контролем цепь управления.Инвертор вырабатывает переменный ток 220 В, 50 Гц. В это время система электропитания ИБП преобразуется, чтобы продолжать подавать питание на нагрузку с помощью инвертора. Инвертор резервного ИБП всегда находится в состоянии резервного источника питания.

Структура источника питания онлайн-ИБП более сложна, но его характеристики идеальны, и он может решить все проблемы с питанием. Его отличительной особенностью является то, что он может непрерывно выводить чистую синусоидальную энергию переменного тока с нулевым прерыванием и может решить все проблемы с питанием, такие как пики, скачки и дрейф частоты.Более крупные инвестиции обычно используются в критически важном оборудовании, сетевых центрах и других средах с высокими требованиями к электропитанию.

Принцип работы онлайн-ИБП, когда онлайн-ИБП обычно питается от сети, входное напряжение сети проходит через шумовой фильтр, чтобы удалить высокочастотные помехи из сети, и может быть получена чистая мощность переменного тока, которая поступает выпрямитель для выпрямления и фильтрации и преобразует мощность переменного тока в мощность переменного тока. После сглаживания мощности постоянного тока он делится на два канала, один входит в зарядное устройство для зарядки аккумулятора, а другой подается на инвертор.Однако инвертор преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока 220 В, 50 Гц для нагрузки.

Когда сетевое питание прерывается, вход переменного тока отключается и выпрямитель больше не работает. В это время батарея разряжается и передает энергию инвертору, а инвертор преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока для использования нагрузкой. Таким образом, для нагрузки, несмотря на то, что электроснабжение больше не существует, нагрузка не останавливается из-за прерывания электросети и все еще может нормально работать.

Принцип работы ИБП с чередованием в режиме онлайн: когда сетевое питание в норме, сеть питает нагрузку напрямую, когда мощность сети низкая или высокая, выход стабилизируется через внутреннюю схему стабилизации напряжения ИБП, и когда напряжение в сети ненормальное или сбой питания, он пропущен. Передаточный переключатель преобразуется в питание от аккумуляторного инвертора. Его характеристики: широкий диапазон входного напряжения, низкий уровень шума, небольшие размеры и т. Д., Но есть также время переключения, но по сравнению с обычным резервным ИБП эта модель имеет более сильную функцию защиты, а форма выходного напряжения инвертора относительно большой.Ну это вообще синусоида.

Системы бесперебойного питания – обзор

10.4.5 Накопление энергии в источниках бесперебойного питания

ИБП – это приложение для аккумулирования энергии, используемое для предотвращения потерь из-за перебоев в подаче электроэнергии или условий низкого качества электроэнергии. Они обычно используются для предотвращения воздействия отключений электроэнергии на специальные и чувствительные нагрузки. Кроме того, ИБП может выполнять коррекцию качества электроэнергии с их типами параллельной работы.ИБП уже давно используются в коммерческих зданиях и служебных зданиях, таких как больницы, или в специальных помещениях, таких как центры обработки данных, где важна бесперебойная подача энергии. ИБП предпочтительно использовать в жилых домах. Как упоминалось ранее, ИБП используются для двух основных целей. Первый используется в качестве резервного источника питания для предотвращения перебоев в подаче электроэнергии. Второй служит задачей фильтра для исправления условий низкого качества электроэнергии. ИБП, используемые для первой цели, обычно представляют собой дизель-генераторные системы в традиционных приложениях.Он имеет такие преимущества, как быстрый запуск и хранение топлива. Однако есть недостатки, такие как шумная работа, выброс выхлопных газов и высокие затраты на топливо. Использование различных приложений для аккумулирования энергии, таких как аккумуляторы, подключенные к сети, или маховики, может устранить эти недостатки.

Некоторые системы ИБП разработаны с учетом требований к низкому качеству электроэнергии. Значения напряжения и частоты, выраженные в условиях низкого качества электроэнергии, не находятся в требуемых предельных значениях.Эти искажения значений напряжения и частоты могут повредить электрические устройства потребителей и вызвать проблемы в сети, если не будут приняты необходимые меры предосторожности. Использование накопителей энергии в ИБП позволяет избежать скачков / скачков напряжения, скачков / скачков напряжения, провалов напряжения, пониженного напряжения, шума и гармоник тока.

Обеспечение функций ИБП с помощью распределенных систем хранения энергии, эксплуатируемых распределительными компаниями, очень просто. Эти приложения можно использовать более эффективно по сравнению с традиционными системами ИБП.Кроме того, преимущества могут быть предоставлены с точки зрения интеграции ВИЭ в систему в этой структуре, поскольку она становится более экономичной [68].

В случае отказа одной из крупных электростанций необходимо поддерживать уровни частоты и напряжения, чтобы обеспечить стабильность и надежность в энергосистеме. Для этого общая мощность системы пропорционально распределяется между другими электростанциями в системе. Другие электростанции в системе должны использовать дополнительную резервную мощность при нестандартных рабочих условиях.Электростанции должны производить мощность выше нормальной, а мощность отключенной электростанции должна передаваться в сеть. Для этого либо установки должны работать ниже номинальных значений, либо, при необходимости, они должны работать с высокой производительностью. Эти две ситуации приводят к неэффективной работе. В Соединенных Штатах был предложен способ накопления сверхпроводящей магнитной энергии, разработанный для удовлетворения дополнительных требований к резервной емкости сетей в различных научных исследованиях.Этот метод не используется в качестве арбитража и аналогичных приложений для накопления энергии, а скорее предназначен для использования только для того, чтобы допускать большие потери мощности в системе. Однако есть недостатки, такие как необходимость в очень дорогих системах охлаждения и больших преобразователях мощности для такой системы. Различные технологии хранения энергии, такие как батареи, ультраконденсаторы и маховики, имеют технологическую инфраструктуру для удовлетворения этих потребностей. При наличии необходимых преобразователей мощности эти приложения возможны в зависимости от сети.Для сеток возможно несколько определений резерва. Роторный резерв – это накопитель энергии, обеспечивающий выработку электроэнергии до 10 мин. Роторный резерв – это система, которая может быть активирована всего за 10 с для поддержания стабильности частоты в случае больших потерь мощности [69]. Система, которая больше ориентирована на регулирование частоты, чем на непрерывность энергоснабжения, называется реактивным резервом частоты.

Дополнительный резерв может быть определен как дополнительная генерирующая мощность ниже или выше наивысшего значения спроса, необходимого для обеспечения энергией, необходимой потребителям электроэнергии.Это генерирующая мощность, которая имеет неактивную генерирующую мощность или отключенную нагрузку, которую можно ввести в эксплуатацию менее чем за 10 минут, если это необходимо. Могут быть предоставлены два типа; либо он активируется в течение короткого времени, когда он находится в отключенном состоянии, либо когда он работает таким образом, что питает определенную нагрузку, которую можно отключить. Эта нагрузка отключается, и генерируемая мощность передается в сеть [70]. Роторные резервные системы постоянно синхронизируются с сетью, тогда как. Дополнительные резервные системы не зависят от сети.Следовательно, при необходимости, сеть должна поддерживаться за счет использования в первую очередь ротационных резервных мощностей, а при необходимости после синхронизации следует активировать дополнительную резервную мощность.

Загрузка ресурса резервного копирования – это мощность генерации, которая может быть реализована всего за 1 час. Это приложение можно использовать только как дополнительный источник резервной мощности. С развитием технологий и снижением затрат широкомасштабные энергетические приложения для хранения энергии становятся широко распространенными.Масштабируемые системы хранения энергии могут быть подключены к электросетям из самых разных точек, таких как генерирующие блоки, системы передачи и системы распределения или конечные потребители. Кроме того, благодаря силовой электронике подключение к сети может быть достигнуто с очень коротким временем отклика. Таким образом, это делает привлекательным использование накопителей энергии в качестве вращающихся резервов [71].

Nipron [Энциклопедия источников питания] Статья 4. ИБП (Источник бесперебойного питания) (4-3)

Как упоминалось в 4-1, ИБП имеет различные системы питания. (Резервная система питания, онлайн-система питания, линейная интерактивная система, Система питания с несколькими процессорами и система питания с маховиком).
Обсудим принцип работы и особенности каждого источника питания. система здесь.

<< Система резервного питания >>

Рисунок 4.2 Соединение ИБП

<Принцип работы и его особенности>
– В нормальных условиях сеть переменного тока проходит через выход через схема защиты от перенапряжения и шумовой фильтр при заряженном аккумуляторе. Также инвертор не работает, чтобы не потреблять лишние мощность.
– При обнаружении затемнения селектор переключается на инвертор сторона для преобразования постоянного напряжения от батареи в напряжение переменного тока на выходе.
– Время переключения ок. От 5 мсек до 10 мсек.
– При нормальной работе масштаб схемы небольшой, что приводит к небольшому потребляемая мощность и компактность при низкой стоимости в сети до вывода.
– Колебания питающей сети на выходе.
– Форма выходного напряжения во время отключения электроэнергии обычно квадратная.

<< Онлайн энергосистема >>

Рисунок 4.3 Система сетевого питания

<Принцип работы и его особенности>
– В нормальных условиях питающая сеть выпрямляется до постоянного напряжения диоды, и постоянное напряжение снова преобразуется в переменное с помощью инвертора. При отключении электроэнергии постоянное напряжение от аккумулятора преобразуется в переменное. инвертором. Таким образом, вне зависимости от нормальной ситуации или отключения электроэнергии питается от инвертора.
– Переключение на аккумулятор не требует прерывания, поэтому выходное напряжение непрерывно.
– Шум источника питания снижен, а выходное напряжение и частота стабильно даже при колебаниях входного напряжения.
– Потребляемая мощность самого ИБП увеличивается, так как инвертор всегда в работе.
– Эта система становится дорогой из-за сложной структуры схемы.

<Достоинства и недостатки>
Если требуется отключение электроэнергии при каждом сбое питания, это без преувеличения можно сказать, что нет другой системы, кроме Онлайн-блок питания.При этом устройство становится больше и значительно дорого. Цена будет от 50 000 до 80 000 иен как минимум за Мощность 1кВт.
Система 2G-2E от Nipron эффективна в плане сетевой мощности система, но должна соответствовать индивидуальному оборудованию. Как решение для этого общая низкая стоимость и резервное копирование кратко описаны в разделе 5-5-2.

<< Линейная интерактивная энергосистема >>

Рисунок 4.Интерактивная система питания 4Line

<Принцип работы и его особенности>
– Эта система представляет собой модифицированный тип системы резервного питания на новый реализовать AVR (автоматический регулятор напряжения: компенсация напряжения схема). Выбор отводов трансформатора сохраняет выходное напряжение постоянна даже при изменении входного напряжения до прибл. От 80 до 120 В.
– Для предотвращения дополнительной разрядки аккумулятора за счет компенсации напряжения функция.
– Даже в нормальной ситуации, когда питание подается на инвертор, переключение время селектора составляет около 4 мсек, что немного короче, чем в режиме ожидания система питания.
– Форма выходного напряжения обычно синусоидальная с небольшими искажениями форма из-за шумового фильтра.
– Поскольку трансформатор установлен, габариты большие и тяжелые.

<Достоинства и недостатки>
Эта система работает независимо от наличия входного напряжения. формы волны.Когда форма входного напряжения искажена (*), даже если на самом деле это не затемнение, искаженная форма сигнала ошибочно оценивается как отключение цепи обнаружения сбоя питания, которая отправляет сигнал для ПК, чтобы продолжить выключение. Мы видели побочные эффекты так много раз. Затем операция принудительно останавливается и обслуживание инженеры призваны тратить много времени на расследование. в Между тем, бесперебойное электропитание Nipron 2G-2E не повлияло на все.У нас есть большой опыт, что клиенты решали проблемы переключив ИБП на источник бесперебойного питания Nipron. Что мы имеем чтобы узнать: «Будьте осторожны с дешевыми ИБП. Нет ничего хуже. чем дешевые ИБП ».
(*) Электроснабжение, используемое в системе электрических железных дорог, сильно искажено. формы волны из-за его системы инвертора.

Рисунок 4.5 Многопроцессорная система питания

<Принцип работы и его особенности>
– Электронная схема используется вместо компенсации напряжения схема (трансформатор) линейной интерактивной энергосистемы в этой системе.
– Когда входное напряжение низкое, активируется повышающая цепь для повышения входное напряжение, и понижающая цепь активируется для понижения входное напряжение при высоком напряжении. Таким образом, выходное напряжение сохраняется. постоянный. (Диапазон входного напряжения: от 80 до 144 В)
– Переключение на аккумулятор не требует прерывания.
– Высокая эффективность, компактность и легкий вес по сравнению с Online система питания

<Достоинства и недостатки>
В отличие от сетевой системы питания, эта система переключается на аккумулятор только при обнаружении затемнения.
Компьютеры также могут по ошибке останавливаться из-за искажения сигналов. как интерактивная система питания Line.

<< Сравнительная таблица ИБП >>

Таблица 4.1 Сравнение характеристик системы ИБП (1)

Таблица 4.2 Сравнение характеристик системы ИБП (2)

Таблица 4.3 Приложение ИБП сравнение

Зачем нужен ИБП сейчас?
– Как упоминалось выше, если ИБП должен быть реализован, он должен быть абсолютно безопасная онлайн-система питания.Но это дорого и требует большого помещения. Оплачивать такие большие вложения только на короткий срок – не лучшая идея. резервное копирование в Японии, где произошло несколько отключений электроэнергии.
– Начиная с компьютеров, почти все оборудование, которое становится на нагрузке установлен импульсный источник питания для преобразования переменного тока в постоянный.
Мы, Нипрон, сомневаемся: «Зачем нам создавать переменный ток (AC), не содержащий искаженной формы волны, с использованием инвертор, который становится дорогим? »

Какие бывают типы ИБП?

Что такое ИБП?

Во время скачков напряжения и сбоев в работе устройства бесперебойного питания (ИБП) обеспечивают безопасность и работоспособность компьютерных систем и ИТ-оборудования.Источник бесперебойного питания (ИБП) обеспечивает резервное питание от батареи, когда ток электричества падает до недостаточного напряжения или если он прекращается. Источник бесперебойного питания жизненно важен для критически важной среды. В зависимости от размера и технологии ИБП, резервное питание предоставляется в течение определенного периода времени, пока не будут активированы генераторы или не будут должным образом отключены сетевые компоненты. Когда электричество течет надлежащим образом, компьютеры и аксессуары защищены от повреждений.Блок ИБП может помочь эффективно защитить отдельное устройство или весь центр обработки данных. Смотрите наш обзор лучших ИБП.

Какие бывают типы ИБП?

С тремя основными типами источников бесперебойного питания доступны системы ИБП для решения всего спектра приложений. Они удовлетворяют потребности предприятий и потребителей. Резервный ИБП – это автономный блок, который может обнаруживать сбой в электросети и автоматически переключаться на питание от батареи. Две другие категории ИБП – это линейно-интерактивные и онлайн-устройства, причем онлайн-вариант является более дорогим.Каждый тип ИБП поддерживает работу сетевых устройств при отключении питания. Такие функции, как измерение энергии, зависят от модели.

Что такое резервный ИБП?

Базовый резервный ИБП – это источник бесперебойного питания, обеспечивающий кратковременное питание от батарей во время отключений. В ИБП этой категории оборудование получает питание от электросети в нормальных условиях через прямое соединение переменного тока. Резервный блок и его инвертор, по сути, находятся в режиме ожидания, пока не потребуется резервное питание.В зависимости от модели устройство резервного ИБП также может защитить данные и чувствительное оборудование от скачков, скачков и провалов. Доступны компактные устройства для защиты домашней сети. Резервный ИБП обычно используется для защиты компьютеров, модемов, оборудования VoIP и другого оборудования. Эта категория ИБП является наименее дорогостоящей из трех типов ИБП.

Offline UPS обеспечивает базовое питание для дома и офиса

Резервный ИБП может также называться автономным ИБП , что отличает его от полностью бесперебойного онлайн-ИБП.Несмотря на то, что автономный источник бесперебойного питания является фундаментальным по своей конструкции, он обеспечивает время автономной работы для менее требовательных домашних и профессиональных сред. Представители Comms Express имеют подробную информацию о моделях ИБП Offline, Line Interactive и Online для сетевых, серверных и настольных приложений.

Что такое резервный ИБП?

Резервное питание от батареи инициируется устройством Backup UPS , также называемым резервным ИБП. После отключения электроэнергии резервный ИБП подает питание на короткие периоды времени.При обнаружении потерь передаточный переключатель инициирует процессы резервного копирования. Время переключения происходит в миллисекундах после сбоя, при этом время отклика зависит от резервного ИБП. Время переключения не является мгновенным, но обычно не должно прерывать подачу энергии к оборудованию. Если ожидается длительный сбой, резервная батарея ИБП обеспечит безопасное отключение, чтобы оборудование и данные были защищены.

Что такое онлайн-ИБП?

ИБП On-line – это источник бесперебойного питания, в котором используется технология двойного или дельта-преобразования.При двойном преобразовании сетевое оборудование не получает электроэнергию напрямую от розетки переменного тока. Вместо этого мощность переменного тока поступает в выпрямитель, где становится мощностью постоянного тока. Затем он переходит к батарее, а затем к инвертору. После инвертирования обратно в переменный ток, питание подается на оборудование. С помощью этого онлайн-процесса устройства ИБП компьютерное оборудование постоянно получает чистую электроэнергию. При дельта-преобразовании определенное количество энергии направляется непосредственно на работу компьютеров, маршрутизаторов и другого оборудования. Это создает энергоэффективную онлайн-систему ИБП, в которой часть мощности пропускает этапы обработки.

Онлайн-система ИБП

В случае сбоя в электросети система Online UPS поддерживает постоянный ток для защиты сетевого оборудования. При колебании или отказе выпрямитель в ИБП автоматически блокируется, и питание поступает от батареи до тех пор, пока не произойдет восстановление. Цепь онлайн-ИБП является бесшовной. Вот почему онлайн-системы ИБП стоят больше, чем единицы в категориях автономных или линейно-интерактивных ИБП.

Технология ИБП с двойным преобразованием

Чувствительное оборудование можно защитить с помощью ИБП с двойным преобразованием .Онлайн-ИБП доступны широкому кругу пользователей. Благодаря процессам ИБП с двойным преобразованием можно защитить сетевые серверы, центры обработки данных и весь спектр сред, и при переходе на питание от батареи нет времени на переход. Доступны интеллектуальные онлайн-системы ИБП для поддержки требовательных нагрузок и времени работы. Для небольших офисов доступны более доступные ИБП с двойным преобразованием. Обычно, чем крупнее агрегат, тем дольше оборудование может работать.

Что такое линейно-интерактивный ИБП?

Линейно-интерактивный ИБП – это один из типов источников бесперебойного питания, который может автоматически регулировать напряжение.Линейно-интерактивная технология реагирует на условия высокого и низкого напряжения. Агрегаты также поддерживают системы во время простоев без разряда батареи. В линейно-интерактивном ИБП источник электроэнергии является первой линией питания; однако технология инвертора / преобразователя позволяет заряжать аккумулятор устройства во время нормальной работы. Во время сбоя этот источник бесперебойного питания (ИБП) преобразует энергию батареи в переменный ток для доставки устройства.

Линейно-интерактивные системы ИБП для ИТ-приложений

В категории продуктов для защиты электропитания линейно-интерактивные системы ИБП защитят чувствительное оборудование во время отключений и отключений электроэнергии.Модули линейно-интерактивных ИБП дороже, чем резервные модели, но более доступны, чем интерактивные ИБП. Линейно-интерактивный ИБП сохранит работоспособность при низком напряжении и кратковременных сбоях питания. Если ожидается длительный перерыв в работе, питание от батареи позволяет безопасно отключать устройства. Некоторые живые интерактивные блоки также предлагают функции фильтрации.

В чем разница между ИБП онлайн и линейно-интерактивным?

Перед покупкой блока защиты питания вы можете сравнить онлайн и линейно-интерактивную технологию ИБП .Линейно-интерактивный ИБП добавляет автотрансформатор к базовой резервной конструкции. Он имеет возможность увеличивать или уменьшать выходное напряжение. Этот трансформатор реагирует на изменения в мощности переменного тока и может автоматически регулировать проблемы. Для сравнения, онлайн-модели ИБП используют инвертор для постоянной передачи всей или части мощности. Это означает, что онлайн-ИБП может соответствовать термину «бесперебойный» с нулевым временем переключения. Интерактивному ИБП требуется несколько миллисекунд, чтобы переключиться в режим резервного питания от батареи в случае сбоя.

Решения по управлению питанием с резервным аккумулятором

Надежные системы управления питанием помогают обеспечить бесперебойное электроснабжение ценного оборудования. При покупке ИБП его номинальное значение в вольт-амперах (ВА) должно быть совместимо с общей нагрузкой, которую необходимо защитить. Эта нагрузка будет включать все оборудование и сетевые аксессуары. Усовершенствованная онлайн-система ИБП использует технологию двойного преобразования для управления питанием. Он обеспечивает стабильно чистое питание даже во время отключения электроэнергии для систем серверного уровня и центров обработки данных.Свяжитесь с Comms Express, если у вас возникнут вопросы о ВА и номинальной мощности ИБП.

Ссылки по теме

Источник бесперебойного питания (ИБП)

Обзор 8 лучших ИБП

APC UPS – Источник бесперебойного питания

ИБП Tripp Lite – Источник бесперебойного питания

ИБП Eaton – Источник бесперебойного питания

Vertiv UPS – Источник бесперебойного питания

Источники бесперебойного питания

---

---

1. Введение

С появлением мэйнфреймов в 1950-х годах энергосистема инженерам пришлось серьезно взглянуть на потребности в энергии с точки зрения качества.По мере того, как системы становились сложнее, инженеры становились все более очевидными. что сила, которая поддерживала работу систем, создавала хаос, вызывая отказы оборудования и искажение данных. В результате Бесперебойный Источник питания (ИБП) ua резервный для установки между коммерческими источниками питания и родился компьютер R. Первое оборудование для бесперебойного питания, в то время известные как источники бесперебойного питания, имели вращающуюся конструкцию, как показано на Рис. 1. Рынок в то время для этих систем составлял мэйнфрейм-компьютеры, связь, радар и т. д.

За последние два десятилетия произошел переход от мэйнфреймов продажи систем на мини, микрокомпьютеры и портативные компьютеры, а в последнее время к сетевым системам. С этим сдвигом произошло несколько изменений. в индустрии ИБП. Три десятилетия с 1960 года дали рождение и эволюцию к различным типам систем ИБП статического типа, в которых нет вращающихся электрических оборудование использовалось в качестве основных компонентов системы.

РИС. 1 Старый тип роторной системы ИБП

Значительно уменьшился физический размер систем ИБП.Так же Стоимость была снижена с 2 до 1 доллара за ватт. Поскольку мир мигрировал от мэйнфрейма к распределенной сетевой среде клиент / сервер, рынок ИБП переместился от больших многомодульных систем ИБП к небольшие однофазные системы ИБП. Согласно отраслевым оценкам США (PQ Assurance Journal), в 1992 году общий объем продаж составил 1,225 миллиарда долларов США. которые имели разбивку в размере 964 млн долларов США на коммерческую деятельность, 245 млн долларов США на промышленную и жилые компоненты на сумму 16 миллионов долларов США.В 1997 г. эти цифры составляли долл. США. 2,6, 2,1, 0,5 и 0,027 миллиарда соответственно для общего, коммерческого, промышленного и жилые компоненты. Ожидается, что в 2002 году общий объем продаж составит вырастет до 3,94 млрд долларов США с 3,17 млрд коммерческих и 732 млн промышленных компонентов. Согласно отраслевым оценкам, более 71 процент продаж ИБП приходится на блоки мощностью менее 30 кВА, в то время как 24 процента приходятся на блоки мощностью от 31 до 500 кВА.Остальное приходится на очень большие системы с номинальной мощностью более 500 кВА.

В 1992 году из общего рынка ИБП только 37 процентов составляли крупные трехфазные системы. Остаток в 63% состоял из небольших синглов. фазные ИБП. Ожидалось, что к 1997 г. на рынке ИБП будет большие трехфазные модули будут составлять только 25 процентов от общего количества при этом примерно 75 процентов составляют небольшие одиночные фазовые агрегаты (Кацаро, 1993).В этом разделе представлен обзор систем ИБП. с особым вниманием к однофазным системам ИБП малой мощности, используемым в современные информационные среды.

2. Различные типы источников бесперебойного питания

Современные системы ИБП можно разделить на три основные топологии, а именно: автономные, гибридные и онлайн-типы. Каждая топология, в свою очередь, может включать один или несколько технических вариантов, хотя основная операция то же самое внутри каждой группы.Все ИБП используют внутреннюю батарею, которая производит Питание переменного тока через инвертор. Как и когда этот инвертор вступает в игру во многом определяет эффективность ИБП.

2.1 Автономный ИБП

Системы автономного ИБП

– это простейшие формы систем резервного питания. Блок-схема автономной системы показана на рис. 2 (а). Оффлайн системы ИБП обычно работают в автономном режиме, и нагрузка обычно запитана. у инженерной линии.Когда экскурсии по электросети имеют такой размах что они выходят за допустимые пределы или вообще выходят из строя, нагрузка передается от электросети к ИБП. Фактическое время передачи обычно очень быстро, в диапазоне субциклов, однако время обнаружения может быть длиннее, и поэтому автономный ИБП может быть не таким надежным, как он-лайн система.

Основным преимуществом автономных систем ИБП является меньшая стоимость, меньший размер. размер и вес, а также более высокий КПД, поскольку в большинстве случаев система ИБП отключен, и нагрузка питается от сети.Однако недостатки автономного ИБП состоит в том, что переключение на инвертор требуется, когда нагрузка наиболее уязвима, т. е. при выходе из строя штатного источника питания.

Здесь термин ИБП на самом деле неправильный, потому что инвертор обычно выключенный.

По этой причине автономные ИБП также известны как резервные источники питания, или СПС. Рис. 2 (b) показывает общую компоновку автономного ИБП. система.

Когда линейное напряжение находится в допустимых пределах, нагрузка запитана. от вводимой электросети.Во время этой операции выпрямительный блок держит аккумулятор заряженным.

Когда блок датчика входного напряжения обнаруживает выходное напряжение вне допустимого диапазона, реле отключает входящее питание, и нагрузка подключается к инверторный блок.

Единственное существенное преимущество автономных ИБП – низкая стоимость. Это возможно, потому что инвертор в этих системах обычно выключен, поэтому зарядка и сенсорные схемы просты и недороги. Эти блоки не содержат линии кондиционирование или регулирование напряжения и обеспечение только ограниченного скачка и скачка напряжения защита.Во время длительных периодов низкого напряжения (отключений) SPS может неточно обнаружить отключение электроэнергии и преждевременно переключиться на аккумулятор.

Если на объекте наблюдаются продолжительные отключения или последовательное снижение напряжения попаданий, SPS может полностью разрядить свою батарею и “разбить” система. Кроме того, время переключения SPS увеличивается с увеличением напряжения в сети. уменьшается. Это не редкость для устройства со временем переключения 5 мсек при 120 В переменного тока. превысить 15 мс при 100 В переменного тока. Потому что кратковременный период низкого напряжения предшествует в большинстве случаев отключения электроэнергии это может подвергнуть систему даже большому риску.Рис.2 (c) показан типовой осциллограф автономного ИБП при переключении.

2,2 Гибридный ИБП

Эти блоки почти аналогичны автономным ИБП, но с добавление феррорезонансного или электронного стабилизатора линии, обеспечивающего регулирование напряжения и накопление энергии (с помощью резонансного контура) в попытка проехаться через глюк вызванный включением на аккум. Гибридный ИБП с электронным стабилизатором напряжения показан на рис.3 (а).

РИС. 2 Автономный ИБП (a) Упрощенная блок-схема автономного ИБП (b) Блок-схема автономного ИБП, показывающая процесс переключения (c) Осциллограф выходного переменного тока в процессе переключения типичного автономного ИБП

РИС. 3 Гибридный ИБП (а) Гибридный ИБП с электронным стабилизатором напряжения в сети. (b) Гибридный ИБП с феррорезонансным стабилизатором линии

Гибридная топология ИБП (иногда называемая «Triport», «Line» Интерактивный »,« Утилита интерактивный »,« Электронный маховик »,« Горячий Ожидать …. двунаправленного “или” без перерыва “) с феррорезонансом Линия кондиционера показана на рис. 3 (б). Некоторые гибридные системы ИБП устраняют или минимизировать сбой переключения за счет разряда сохраненного заряда на конденсаторах на электронике или феррорезонансном кондиционере для стравливания на линию нагрузки, пока устройство переключается на батарею.

На самом деле, концепция «сквозного проезда» не всегда работает. Во время этого переключения выходное напряжение может упасть до 35 В в течение Система с номинальным выходом 120 В.Как и SPS, гибриды могут неверно интерпретировать отключение как отключения электроэнергии и преждевременное переключение на свои аккумуляторы. Также как SPS, время переключения может увеличиваться в условиях низкого напряжения, часто превышая проходимость кондиционера, а также способность удерживать нагрузки импульсного регулятора.

2.2.1 Линейно-интерактивные системы ИБП

Bell Labs в середине 1970-х предложила новую технику для приложений ИБП. как показано на рис. 4 (а).Эта топология, основанная на первоначально запатентованной методике в 1968 году, называемый «трипортом», используется феррорезонансный трансформатор. с тремя портами питания, двумя входными портами переменного тока (линия и инвертор) и Выходной порт переменного тока. Первый трипорт был реализован с импульсной коммутацией. Инвертор SCR, который был в рабочем состоянии все время для защиты от отказа коммутации в момент отказа линии переменного тока. Это гарантировано работающий инвертор, когда питание от батареи требовалось для поддержки критически важных нагрузка.Несмотря на то, что инвертор всегда был включен, его мощность была отрегулирована в амплитуда и фаза напряжения соответствуют выходному переменному току. Таким образом, весь вывод питание потреблялось от входа переменного тока. Поскольку сила поступает только в один порт трипорта, он классифицируется как линейно-интерактивный UPS. Обратите внимание, что топология Bell Labs поддерживает работу с двумя трактами питания.

Это называлось режимом «совместного использования» и происходило, когда фаза инвертора была сдвинута относительно выхода переменного тока.В этом режиме Вход переменного тока и питание от батареи подавалось на выход. Этот режим использовался только при переключении с батарейного питания на линейное, где один путь питания операция последовала.

С выходом на рынок силовых полупроводников, таких как MOSFET и IGBT Разработчики линейно-интерактивных систем ИБП смогли заменить SCR на новые устройства. Ранние разработки заключались в замене SCR на силовые полевые МОП-транзисторы, как и IGBT, были дорогими.

На практике используется множество вариаций базовой техники, описанной выше. системы, доступные на рынке в виде линейно-интерактивных моделей. Рис. 4 (b) изображает однофазный линейный интерактивный ИБП с двунаправленным преобразователем. В ИБП состоит из трехпортового трансформатора (трипорта), двунаправленного преобразователя, два дросселя и аккумулятор.

Двунаправленный преобразователь регулирует выходное напряжение, когда присутствует, обеспечивает выходную мощность при отказе электросети, а также обслуживает в качестве зарядного устройства.Конвертер достаточно велик, чтобы обеспечить как номинальная выходная мощность и мощность перезарядки аккумулятора (обычно 10% максимальной выходной мощности). Двунаправленный преобразователь имеет ширину импульса. модулированный мост, регулируемый двумя контурами управления. Один цикл распознает выход напряжения и изменяет амплитуду (ширину импульса) переменного напряжения преобразователя в то время как другой контур контролирует напряжение батареи и регулирует преобразователь фаза для зарядки аккумулятора. Рис. 4 (c) представляет собой эквивалентную схему линейный интерактивный ИБП.

РИС. 4 Система ИБП Triport (a) Базовая блок-схема (b) Конструкция с использованием двунаправленный преобразователь (c) Эквивалентная схема линейно-интерактивного ИБП (г) Диаграмма, когда напряжение в сети выше номинального. (д) Фазор диаграмма при напряжении сети ниже номинального

Можно показать, что ток в сети может отставать или опережать в зависимости от значение сетевого напряжения (Handler and Rangaswamy 1989) согласно рисункам 4 (d) и 7-4 (e).Для получения дополнительной информации о конструкции трипорта Гупта и Хэндлер (1990), Предлагаются Rando (1978) и Handler и Rangaswamy (1989).

Дизайн трипорта был очень популярен, однако в результате появился ИБП, который был тяжелым, шумным и имел только ограниченный диапазон коррекции входного напряжения вариации.

Учитывая этот недостаток в конструкции трипорта, некоторые производители, например, поскольку Liebert Corporation представила конструкции на основе автотрансформаторов. Автотрансформатор может быть сконструирован с отводами, позволяющими корректировать сетевого напряжения в широком диапазоне (рис.5 (а)). Инвертор мог управлять обмотка автотрансформатора и обеспечивает резервное питание при отключении сети. за пределами контроля. В этих конструкциях индуктивность рассеяния автотрансформатора был успешно использован в качестве индуктора накопления энергии для режима зарядки. Используя сложные алгоритмы в подсистеме микроконтроллера, инвертор может быть сконфигурирован, чтобы работать “назад” и заряжать батареи. Однако конструкция становится немного сложной, так как трансформатор необходимо спроектировать. с хорошо контролируемой встроенной индуктивностью рассеяния, которая может хранить необходимое количество энергии для зарядки аккумуляторов.Обозначена концепция на рис. 5 (б). Упрощенная структурная схема линии на основе автотрансформатора интерактивная система показана на рис. 5 (c). В режиме зарядки два полевых транзистора, Q4 и Q3, включаются, заряжая индуктивность рассеяния автотрансформатора. В следующем цикле Q2 и основной диод Q3 включаются, заряжая аккумулятор. В этом случае схема работает как двухквадрантный повышающий преобразователь. В этом случае полевые транзисторы 50 Гц не переключаются как часть зарядного устройства. контроль.Подсистема микроконтроллера, которая выполняет сложный алгоритм для генерирует сигналы возбуждения на полевых транзисторах, контролирует напряжение аккумулятора и ток заряда и регулирует цикл проводимости преобразователя, поддерживая режим зарядки в установленных пределах. По сравнению с инверторным режимом где соединения Т 1 и Т 2 служат первичной обмоткой трансформатора, эти клеммы рассматриваются как вторичная обмотка трансформатора при зарядке. режим.

Рис. 5 (d) показывает работу в режиме инвертора.Силовые полуфабрикаты Q1 и Q3 переключаются дополнительными сигналами 50 Гц, которые управляют Базовая выходная частота ИБП. Q2 и Q4 переключаются высокочастотным сигналом. например, сигнал ШИМ 20 кГц для управления синусоидальным выходом ИБП. Этот процесс объясняется в разделе 3.2.3, поскольку тот же метод используется в линейные системы ИБП с синусоидальным выходом. Рис. 5 (e) указывает форму волны на выходе в процессе передачи.

РИС.5-линейная интерактивная система ИБП с автотрансформатором (любезно предоставлено компании Liebert Corporation, США) (a) Базовый автотрансформатор (b) Автотрансформатор с инвертором PWM с питанием от батареи (c) Работа в режиме зарядного устройства (d) Работа в режиме инвертора (e) Выходной сигнал во время процесса передачи имеет типичную форму волны.

Если входное напряжение меняется, а выход трансформатора остается в спецификации перехода в инверторный режим не будет. Когда ввод видит более напряжение, скачок или всплеск, связанные цепи обнаруживают это и передают нагрузка на аккумулятор.Когда нарушение закончится, оно вернется обратно. к электросети. Если это происходит довольно часто, ИБП может переключаться вперед и назад. между сетью и аккумулятором. Если этот тип проблем с сетью является обычным, линия интерактивный ИБП может быть не лучшим решением. В этой ситуации он-лайн Может потребоваться ИБП.

Линейно-интерактивный ИБП обеспечит все функции автономных моделей, с добавлением функции “повышения” и “понижения”, что позволяет питать нагрузку от сети, обеспечивая низкий и высоковольтный режим работы.Без этой функции ИБП был бы часто работает от батареи, поэтому при полном отключении питания батарея будет частично разряжена, и время автономной работы может быть недостаточно для нормального завершения работы. Линейно-интерактивные ИБП подходят для ситуации, когда электроснабжение подвержено провалам и скачкам напряжения. Линия интерактивная и автономные системы ИБП обычно потребляют токи с высоким коэффициентом амплитуды от утилита из-за того, что нагрузка подключена напрямую к сети (отключен) или подключен к сети через трансформатор (интерактивная линия).С другой стороны, онлайн-системы ИБП из-за преобразователь переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, может потреблять неискаженные (низкий коэффициент амплитуды) токи, которые минимизируют нагрузку на Энергосистема.

2,3 Он-лайн системы ИБП

Системы ИБП

On-line, показанные на рис. -6, не подчиняются многим основным проблемы, внесенные предыдущими типами. Поскольку они постоянно регенерируют чистое питание переменного тока, они обеспечивают высочайший уровень защиты, независимо от состояния инженерной линии.Хорошо спроектированный интерактивный ИБП защищает от отключений, скачков, провалов, скачков, переходных процессов, шума и отключений. До недавнего времени единственным их недостатком была более высокая цена.

Эти системы обладают следующими полезными характеристиками:

a) Нет переключения

b) 100-процентное кондиционирование линии и регулирование

c) Хорошая постоянная защита от короткого замыкания

d) Обычно синусоидальный выход

e) Коррекция коэффициента мощности и повышенная надежность

Однако эти устройства имеют гораздо более сложную конструкцию, чем автономные или гибридные. типов, а цена, вес и объем выше.Инвертор подключенный к сети ИБП обеспечивает непрерывное питание критической нагрузки. В условиях перегрузки или нагрузок с высокими пусковыми токами, превышающими допустимые В инверторе переключатель статического байпаса обеспечивает питание нагрузки от сети. Основные компоненты ИБП, работающего в режиме онлайн, показаны на рис. 7.

РИС. 6 Он-лайн ИБП

РИС. 7 Онлайн-система ИБП со статическим байпасом, входным изолирующим трансформатором, и другие блоки

3. Компоненты системы ИБП

Системы твердотельных ИБП

состоят из нескольких основных элементов. Те являются (i) выпрямителем и зарядным устройством, (ii) инвертором, (iii) статическим автоматический переключатель, (iv) логическая система и система управления, (v) аккумуляторная батарея, (vi) блоки диагностики и связи.

В зависимости от мощности и типа ИБП эти блоки могут иметь любые вещь от нескольких компонентов до микроконтроллера или прошивки на основе DSP.

В онлайн-системах ИБП средней и большой мощности изрядное количество модемов силовые полупроводники, такие как монолитные транзисторы Дарлингтона, силовые МОП-транзисторы, ГТО, и IGBT используются в настоящее время, в то время как устройства MCT обещают будущее.Большинство этих устройств, установленных на специально разработанных радиаторах, и т. д., становятся элементами управления мощностью в выпрямительных блоках и инвертор. Статический переключатель обычно создается с использованием современных тиристоров. и т. д., в то время как логика диагностики, связи и управления основана на простых логические блоки для микроконтроллеров или систем на основе DSP.

Все системы ИБП имеют по крайней мере один большой низкочастотный магнитный компонент, обычно трансформатор. Особенно на высоких мощностях, даже самые последние ИБП с ШИМ Для систем требуется ряд традиционных магнитов из ламинированного железа.Эти большие, тяжелые, с потерями и дорогие, требуют большого количества исследований и развитие направлено на уменьшение количества и размера этих магнетиков. Многие из методов, описанных в этом разделе, требуют использования высоких частотный магнетизм.

Основным преимуществом более высоких частот является то, что акустический шум может быть уменьшенным, и компоненты мерцания станут меньше. Достижения в дизайне магнитных материалов не поспевают за полупроводниковыми устройства и конструкции.Магнитные материалы ограничивают скорость высокочастотных разверток, особенно при мощностях больше около 1 0кВА. В следующих нескольких разделах будут описаны отдельные блоки.

3,1 Выпрямители и Аккумулятор Зарядные устройства

В системах ИБП малой мощности (менее 20 кВА), простые одиночные или трех фазные выпрямители без контроля напряжения или контроля минимального напряжения использовал. Однако эти простые методы нельзя использовать с большой емкостью. системы из-за гармонических искажений и низкого коэффициента мощности, который обычно неприемлемо для коммунальных служб.

Во всех новых конструкциях выпрямителей упор делается на достижение низких искажений тока. при единичном коэффициенте мощности. Однофазные и трехфазные ИБП меньшего размера неизменно используйте диодный мост с последующим высокочастотным переключающим каскадом. Контроль этого переключающего каскада определяет входные характеристики выпрямителя. В модемных системах используются активные выпрямители с IGBT, как показано на рис. 8.

В таких схемах предусмотрена компенсация коэффициента активной мощности (смещения), и возможность «интеллектуального» выбора входного тока характеристики, используя IGBT или транзисторы Дарлингтона при номинальных выходных характеристиках примерно от 10 кВА до 50 кВА.Модемные конструкции на основе DSP иногда используются для достичь математической обработки, требуемой этими схемами, в частности в системах большой мощности.

Такие выпрямительные схемы предназначены для систем с высоким напряжением. (700-800 В) шина постоянного тока и дополняют конструкции бестрансформаторного инвертора описано позже.

Однако батареи с таким высоким напряжением имеют присущие им недостатки: и батареи в диапазоне от 400 до 500 вольт по-прежнему преобладают.Это позволяет стандартное распределительное устройство, которое будет использоваться, но требует преобразования до высоких напряжений требуется некоторыми инверторными технологиями. Типичный трехфазный выпрямитель-аккумулятор Система зарядного устройства показана на рис. 9.

РИС. 8 Трехфазный активный выпрямитель с элементами IGBT

РИС. 9 Типовой трехфазный выпрямитель-зарядное устройство

РИС. 10 Резонансный преобразователь постоянного тока

Одна из тенденций заключается в использовании резонансного переключения на высоких частотах. стадии, как показано на рис.10. Такое «мягкое переключение», то есть переключение при нулевом напряжении или нулевом токе, уменьшает проблемы, вызванные быстрое переключение переходных процессов, что, в свою очередь, уменьшает RFI, генерируемые эти этапы переключения.

Большинство трехфазных систем ИБП, особенно мощностью более 30 кВА, все еще используют 6-ти импульсный мост SCR, как показано на рис. 11 (а). В этом есть недостаток низкого коэффициента мощности и высоких искажений в диапазоне 30 процентов. тем не мение доступны фильтры для повышения коэффициента мощности до значения выше 0.9 и уменьшить искажение примерно до 10 процентов.

Для уменьшения искажений популярной техникой является 12-импульсная выпрямители согласно рис. 11 (б). Это решение, иногда называемое двойной мост, может привести к искажению от 12 до 5 процентов. процентов в зависимости от использования ступени фильтра (McLennan 1994). В сочетании с подходящими входными изолирующими трансформаторами можно выборочно уменьшить определенные гармонические составляющие и могут обеспечить полную гальваническую развязку на входе ИБП.

РИС. -11 Конфигурации зарядного устройства (a) Зарядное устройство с шестью импульсами (b) с двенадцатью импульсами зарядное устройство

3,2 Преобразователи

Исторически споры об инверторах были сосредоточены на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). и методы квазипрямоугольной волны (QSW). QSW также известен как амплитуда постоянного тока. Контроль (ЦАП). Методы ШИМ обычно популярны среди инверторов малой мощности. конструкции, в то время как ЦАП – единственный статический метод, применимый при мощности превышение примерно 500 кВА (McLennan 1994).Обсуждение в следующем Разделы ограничены методами ШИМ малой мощности.

Основное коммутационное действие инверторных систем, независимо от мощности Используемые полупроводниковые переключатели аналогичны. Мост обычно состоит из четыре основных силовых устройства на фазу, два из которых включаются в любой мгновенное. См. Рис. 12 (а). При замыкании S 1 и S 4 ток будет протекать через Загрузка. И наоборот, замыкая S 2 и S 3, ток снова течет через Загрузка.Однако теперь полярность нагрузки меняется на обратную.

На практике переключатели заменяются силовыми полупроводниками и нагрузка от первичной обмотки выходного трансформатора. Рис. 12 (b) – трехфазный инвертор, в котором транзисторы используются в качестве переключателей мощности. Легкость, с которой возможность включения и выключения транзисторов дает значительное преимущество перед инверторы на базе тиристоров.

РИС. 12 Инверторы (а) Принцип инверторного моста (б) Трехфазный транзистор Инвертор

3.2.1 Принципы переключения инвертора

Чтобы объяснить практическую конструкцию инверторов, давайте обратимся к Рис. 13 (a), где двойной модуль IGBT подключен к шине постоянного напряжения. При эксплуатации В качестве переключателя схема имеет два представляющих интерес стабильных состояния. Первый – это когда Q 1 включен, а Q2 выключен, тогда выход инвертора эффективно подключен к шине постоянного тока + ve; второй – когда ситуация изменилась, где Q2 включен, Q1 выключен, а выход подключен к шине -ve.

Чередуя эти два состояния, можно представить выход в виде прямоугольной волны, амплитуда которой зависит от шины постоянного тока напряжение и частота которого определяется скоростью, с которой транзисторы переходить из одного состояния в другое. Для того, чтобы “уходящий” транзистор успевает выключиться до «встречного» транзистора включен есть небольшая задержка между снятием одного сигнала привода и применение другого; этот период известен как мертвая зона (перекрытие или мертвое время) и имеет порядок одного или двух ItS.Инжир. 13 (b) изображает работу инвертора, когда два транзистора работают. истинной прямоугольной волной; то есть сигнал управления затвором, имеющий 1 “1 отношение метки к пространству. Это дает прямоугольный выходной сигнал, “среднее” напряжение которого, по отношению к шине постоянного тока -ve составляет примерно 50 процентов Напряжение на шине постоянного тока.

Аналогично на рисунках 13 (c) и 13 (d) показаны сигналы управления затвором. создание выходных сигналов с отношением меток к пространству 3 “1 и 1: 3 соответственно, а соответствующее изменение среднего напряжения равно Показано, что оно составляет 75% и 25% от напряжения на шине постоянного тока, как и ожидалось.

Эти диаграммы показывают, что инвертор «среднее» выходное напряжение можно изменять от 0 В до полного напряжения на шине постоянного тока, контролируя отношение метки к пространству сигналов управления транзистором.

РИС. 13 Иллюстрация принципов переключения ШИМ (а) Базовый инверторный переключатель (b) Переключение инвертора при рабочем цикле 50% (c) Переключение инвертора при 75% рабочий цикл (d) Переключение инвертора при рабочем цикле 25%.

Этот принцип может быть расширен для получения выходного синусоидального сигнала путем возбуждения транзисторы с управляющим сигналом как на рис.14 (а). Однако необходимо для фильтрации высокочастотного сигнала с помощью фильтра нижних частот между выход инверторного моста и нагрузка согласно Рис. 14 (b). Важно понимать, что частота привода остается постоянной, а выходное напряжение полностью контролируется изменением ширины каждого импульса в приводе тренироваться. Этот метод является наиболее распространенным методом инвертора, используемым в ИБП. инверторы и называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Переменный ток 50 или 60 Гц выходной сигнал извлекается из сигнала ШИМ фильтром нижних частот, который убирает высокую частоту переключения.В практических системах переключение частота может быть от 2 кГц до более 20 кГц.

РИС. 14 Метод широтно-импульсной модуляции (a) Форма сигнала ШИМ для управления транзисторы и соответствующий выход. (b) Каскад фильтра для удаления высоких частот. компоненты

3.2.2 Выбор транзисторов

В последние годы производители переходят на транзисторные инверторы по сравнению с более старыми поколениями, которые были основаны на SCR.Общепринятый в модемах используются силовые транзисторы, транзисторы Дарлингтона, силовые MOSFET или IGBT. инверторы, в зависимости от мощности и конструкции инвертора. Сила управляемость транзисторов напрямую связана с их физическими размер, а также их способность переключаться на высоких скоростях.

Для коммутации больших токов нагрузки параллельное включение транзисторов или подключение необходимо использовать несколько инверторных каскадов параллельно. Однако оба решения имеют тенденцию к снижению надежности из-за увеличения количества компонентов, и сложность мониторинга и управления параллельными компонентами.

Для систем малой мощности используются силовые МОП-транзисторы и биполярные транзисторы Дарлингтона.

При переключении частот для сигнала ШИМ выбираются между 2 кГц до 5 кГц могут использоваться монолитные модули Дарлингтона. С такими устройствами может быть достигнут уровень шума не более 60 дБА, что ниже чем уровень шума, встречающийся в большинстве компьютерных залов. Чтобы сэкономить стоит много практических вариантов базовой техники, описанной в предыдущие разделы используются в практических инверторах.

БТИЗ

являются предпочтительными транзисторами для модемных ИБП. Они значительно более эффективны и легче контролируются, чем любые другие силовые полупроводники. Сообщается, что IGBT обычно доступны для приложений ИБП. до 750 кВА без параллельных устройств, в то время как БТИЗ подходят для ИБП до 375 кВА по конкурентоспособным ценам и широко доступны в нескольких источники. В большинстве приложений ИБП мощностью менее 50 кВА используются высокочастотные ШИМ-технологии в их инверторах на базе IGBT.Эти инверторы могут быть переключается на относительно высоких скоростях, например 20 кГц. Высокая частота переключения помогает улучшить динамический отклик выходного сигнала и помогает снизить стоимость магнетиков. и другие компоненты.

Хотя коммутационные потери на этих частотах значительны, в целом ИБП КПД в этих диапазонах мощности – не самая важная цель проектирования. В более крупных системах ИБП, мощность которых превышает 50 кВА, обычно используется меньшая мощность. частотные ШИМ инверторы.

Они переключаются на значительно более низких скоростях от 2 кГц до 5 кГц.

Важность скорости переключения напрямую связана с выбором выходного фильтра и уровня слышимого шума, производимого системой. Если, например, частота переключения может быть выше 15 кГц, частота производимого шума превышает слышимый диапазон. Возникает трудность, однако, когда необходимо выбрать транзисторы, где большие токи и большой Напряжение на шине постоянного тока необходимо решать на высоких частотах.Учитывая номинальный постоянный ток напряжение около 400 В соответствующий ток для систем с номинальными 10-100 кВА будет порядка 30-300 А.

РИС. 15 Практичный инвертор, использующий пары IGBT (а) Блок-схема (б) Переключение формы волны

3.2.3 Практические схемы инвертора

Описанная полная мостовая схема может быть реализована во многих вариантах. в зависимости от задействованных уровней мощности и доступных транзисторных модулей.Один пример показан на рисунке 15, где две пары IGBT не обязательно должны иметь идентичные высокочастотные характеристики. В этом случае модуль 1 является высокочастотным. типа, а модуль 2 – низкочастотный. Так как это может сэкономить силовых полуфабрикатов он часто используется в практических системах. В таком случае Q I и Q2 переключаются с помощью высокочастотного сигнала ШИМ с синусоидальной волной. огибающая, как описано ранее, в то время как Q3 и Q4 переключаются с использованием 50-процентного форма сигнала частоты линии рабочего цикла.Сигнал привода ШИМ может быть в диапазоне от 10 до 20 кГц.

РИС. 16 Бестрансформаторный 4-полюсный инверторный мост

БТИЗ переключаются двумя наборами сигналов управления затвором. Q1 и Q2 являются переключается с помощью высокочастотного сигнала возбуждения ШИМ, описанного ранее, и Q3 и Q4 переключаются на частоте сети. Таким образом, учитывая модуль 2, на половину цикла выхода ИБП включается Q3 и одна сторона выходной трансформатор привязан (подключен) к положительной шине; а для другого полупериода Q4 включается, и на трансформаторе указывается ссылка к отрицательной шине.

Рис. 15 (b) показывает связанные формы сигналов и то, как они «суммируются» в выходной трансформатор первичной обмотки. Двойной пакет IGBT может использоваться в третьем / четвертом квартале. так же, как для QI / Q2. Однако из-за более низкой скорости переключения модуль 2 не требует такой высокочастотной спецификации, как модуль 1. Следовательно, можно использовать разные типы устройств. Модуль 1 должен имеют быстрое время нарастания и спада для минимизации коммутационных потерь, а модуль 2 должен быть устройством с низким Vce (sat), чтобы минимизировать потери проводимости.

Как показано на рис. 15 (а), это переключающее устройство вместе с выходной трансформатор и конденсаторы фильтра генерируют синусоидальную волну на линии частота. По цепям управления с обратной связью амплитуда выходного напряжения может регулироваться.

Важно отметить, что по причинам соответствия между нагрузкой и ступени инвертора / фильтра, поставляемая мощность нагрузки находится в пределах ограниченного диапазон коэффициента мощности, обычно от 0,65 до 0,85. Когда нагрузки превышают эти указанные наихудшие коэффициенты мощности, регулирование напряжения, а также общее гармоническое искажение может быть затронуто или отключено или переключено на статический обход может возникнуть.

За счет использования микропроцессора или блоков DSP получается маломощный точный синусоидальный сигнал. может быть сгенерирован, и форма выходного сигнала от инвертора может быть сравнена для выработки необходимых сигналов управления с обратной связью. Используя подходящие схемы управления затворами затворы или базы силового транзистора могут управляться.

Системы широтно-импульсной модуляции используются по причинам до 400 кВА. низкого акустического шума, хорошей формы волны напряжения, регулирования субциклов и наличие множества кремниевых интегральных схем для широтно-импульсной модуляции управление, которое может работать вместе с микропроцессорным управлением блоки.

В модемных инверторах основной упор делается на повышение эффективности. Высокая эффективность приводит к сокращению времени автономной работы от батареи, снижению мощности потери и выпрямители меньшей мощности. Для достижения высокой эффективности оптимальные баланс между коммутационными потерями (которые увеличиваются с увеличением коммутационных частота) и потери проводимости (которые уменьшаются с увеличением коммутации частота), необходимо выбрать.

В модемах используются IGBT, особенно с тех пор, как новое поколение IGBT имеют все более низкие потери и способность переключать более высокий постоянный ток. напряжения.БТИЗ находятся в стадии интенсивного конкурентного развития, и маловероятно что любые новые конструкции ИБП будут выпускаться с использованием силовых транзисторов Дарлингтона.

РИС. 16

Недавние исследования предложили использовать бестрансформаторные инверторы. с помощью 4-полюсного моста, как показано на рис. 16. Предусмотренные потери в коммутационные устройства могут быть сведены к минимуму, и другие практические конструктивные трудности преодолеть, устранение трансформатора еще больше увеличит эффективность, и снизить стоимость и размер ИБП.Для использования при 415 вольт, трехфазном системы, бестрансформаторные конструкции требуют напряжения на шине постоянного тока инвертора 70 (0800 В. Это дополняет активные выпрямители, описанные ранее.

Несмотря на некоторые недавние тенденции к более низким частотам ШИМ, общая тенденция по-прежнему в сторону все более высоких частот, поощряется связанными достижениями в больших магнитных сердечниках. Стоимость кремния составляет быстро снижаясь, стоимость меди и железа растет, что может увидеть более сложные конструкции инверторов, специально предназначенные для уменьшения или устранения трансформаторов и задыхается.

3,3 Использование микроконтроллеров и управления выходным напряжением

В большинстве модемных систем ИБП микроконтроллер используется в качестве центрального пульта управления. элемент для многих основных функций, таких как: (i) генерация ШИМ-привода форма волны, (ii) мониторинг напряжения O / P, (iii) выходной ток инвертора для защиты от перегрузки и короткого замыкания, (iv) фазовая и частотная синхронизация выходного и входного источника питания, (v) питание каскадов драйвера затвора с правильно синхронизированными сигналами и т. д., в дополнение к функциям управления зарядным устройством. Кроме того, он может выполнять множество второстепенных функций, таких как: (i) обеспечение информационный дисплей, (ii) обнаружение неисправностей, (iii) мониторинг состояния батареи, и (iv) различные «разведывательные» функции.

На рис.17 изображена блок-схема инвертора с упрощенной блок-схемой. контрольной ступени. Регулируемые сигналы привода ШИМ и линейная частота IGBT управляющие сигналы генерируются в цифровом виде процессорной системой на микроконтроллере блокировать.Точный используемый шаблон ШИМ определяется обнаружением ошибок. схема, которая контролирует выходное напряжение и либо увеличивает, либо уменьшает отношение метки к пространству сигнала возбуждения ШИМ, если необходимо, чтобы для поддержания правильного выходного напряжения.

Процессорная система контролирует частоту и фазу утилиты. напряжение для поддержания синхронизма между выходом инвертора и байпасное питание (входящая сеть). Также система управления контролирует инвертор. ток для защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Синхронизация осуществляется путем контроля точки перехода через ноль. напряжения электросети, обеспечивающего процессору обе частоты и фазовая информация. Частота сети измеряется, чтобы определить, или не в пределах допустимого окна синхронизации.

РИС. 17 Инверторный каскад с процессорным управлением

Если он находится в пределах окна, то сигнал привода преобразователя частоты сети синхронизируется с нулевым кроссоверным сигналом, который поддерживает выход инвертора синхронизирован с байпасным питанием.Если частота электросети вне в окне синхронизации процессор возвращается к своей внутренней системе часов для обеспечения формы сигнала преобразователя частоты сети. Текущий сенсорный сигнал может использоваться для различных функций защиты от перегрузки, как программное обеспечение и аппаратное управление, в зависимости от серьезности обнаруженной ошибки. Выходные конденсаторы, фильтр RFI и т. Д. Используются для обеспечения чистого, гармонического и свободный от помех синусоидальный выход, который постоянно контролируется подсистемой микроконтроллера.

3.3.1 Драйверы ворот

Драйверы затвора используются для обеспечения необходимых сигналов управления затвором, когда затвору нужен сигнал напряжения (или сброс заряда) относительно к соответствующему терминалу источника (полевого МОП-транзистора) или терминалу эмиттера (БТИЗ). В общем, необходимый сигнал может быть с указанием или без него. к шине отрицательного напряжения и создает потребность в сложных схемах. Для по этой причине в большинстве инверторных систем ИБП используются специальные модули драйверов затворов. или платы драйвера ворот.

Как изображено на рис. 17, блок драйвера затвора содержит индивидуальный привод схема для каждого IGBT. Этот модуль отвечает за предоставление необходимых мощность привода и гальваническая развязка между сигналами, выходящими из микроконтроллера блок и клеммы затвор / эмиттер IGBT.

3,4 Статический переключатель

Включение статического переключателя абсолютно необходимо для систем. в диапазоне средней мощности (от 10 до 100 кВА). Он состоит из пары “спины” для поддержки »тиристоров в каждой фазе байпасного питания (рис.18) с параллельным контактором.

В случае перегрузки или отказа инвертора нагрузка будет переключается с ИБП на питание от сети с помощью статического переключателя. Для этого должны быть соблюдены определенные параметры. Два источника, инвертор и байпас должны быть синхронизированы, а напряжение должно быть в пределах разумные пределы (_10 процентов). В нормальных условиях эксплуатации инвертор будет синхронизироваться с питанием байпаса, если байпас отключен. в допустимых пределах нагрузки.Допуск обычно составляет + _. 1 процент. номинальной частоты (однако диапазон допуска можно выбрать в пределах диапазон от _ + 0,5 до + _. 2 процента). Чтобы обеспечить бесперебойную передачу фазы должно быть в пределах 3 °.

Если передача была инициирована состоянием перегрузки, при прекращении из-за перегрузки нагрузка снова переключается на инвертор. В таким образом, статический переключатель будет нормально подавать пусковой ток. связано с первоначальным включением, что снова позволяет избежать необходимости увеличения размера Единица.

Теоретически интерактивные ИБП обеспечивают почти идеальную изоляцию между линейный вход и нагрузка для всех типов линейных помех. Однако это изоляция может быть нарушена, потому что большинство ИБП, подключенных к сети, имеют статический переключатель байпаса, который при определенных обстоятельствах подключает нагрузку напрямую к линейному входу, минуя выпрямитель и инвертор устройства.

Шунтирование выпрямителя и инвертора необходимо, чтобы справиться с высокими переходными процессами. токи нагрузки, такие как пусковой ток, потребляемый оборудованием каждый раз вы включаете его.Сам по себе инвертор обычно не справляется с эти переходные токи.

Переключатель статического байпаса также активируется при выходе из строя самого инвертора. по любой причине. Пока этот переключатель активирован, нагрузка не защищена. от любых нарушений в линии, если только сам байпасный контур не включает кондиционирование линии схема. Кроме того, у большинства переключателей статического байпаса есть время переключения. несколько миллисекунд, так что каждый раз, когда переключатель активируется, нагрузка может быть лишенным части входного цикла.

РИС. 18 Устройство статического переключателя

4 Диагностика, аналитика и связь ИБП

Как и во многих общепромышленных электронных системах, модемный ИБП системы разработаны с простыми удаленными панелями сигнализации с соответствующей связью интерфейсы к сложным коммуникационным интерфейсам для сетевых концентраторов и расположение файловых серверов и т. д. Простые контактные сигналы указывают на “заряд батареи” или “низкий уровень заряда”. аккумулятор »на удаленных панелях сигнализации при существенно низких дополнительных затратах.

Для связи на короткие расстояния (до 100 м) удаленный объект может быть зашитым. На больших расстояниях информация может быть ретранслируется через модемы и телефонные линии. Большинство производителей сейчас используют средства диагностики и связи для предоставления удаленных подробных диагностика из сервисных центров или менеджеров сети и т. д.

4.1 Интеллектуальные системы ИБП

Интеллектуальная система ИБП может сообщать о своем состоянии обратно в сеть.С программным обеспечением для управления сетью и интеллектуальным ИБП, администратор сети может удаленно узнать о работе ИБП и текущее состояние питания компьютера. Кроме того, менеджер может удаленно управлять интеллектуальным ИБП и конкретным ответом файлового сервера к проблеме питания.

До относительно недавнего времени системы ИБП не обладали «интеллектом», что означает что любые функции удаленного мониторинга или управления могут быть получены только с помощью специальной запатентованной схемы, предоставленной производителем системы ИБП.Развитие сетевой технологии клиент / сервер вызвало необходимость для коммуникаций, выходящих далеко за рамки того, что предполагалось ранее, даже для крупных многомодульные трехфазные системы.

Мониторинг и управление очень большими сложными сетями разработали потребность в стандартном программном пакете интерфейса открытых систем, который может работать с системами ИБП разных производителей и различными операционных систем, а также обеспечивает безопасность системы.

Благодаря тому, что простой протокол управления сетью (SNMP) получил широкое распространение, Разработчики ИБП разработали средства коммуникации, препятствующие взаимодействию с Подходящий SNMP. SNMP включает возможность мониторинга и / или управления из центральная консоль сетевые элементы (такие как серверы, шлюзы, мосты маршрутизаторы и т. д.), а также систему ИБП.

4,2 Уровни интеллекта ИБП

Может быть несколько уровней интеллекта, а именно:

4.2.1 Уровень 1

Простейший коммуникационный пакет, мониторинг ИБП, может использоваться в местная ведомственная сеть. В этом случае ИБП подключен к файлу сервер или хост, позволяющий выключить файловый сервер в случае нарушение питания.

Базовый неинтеллектуальный ИБП имеет простое замыкание контактов, которое посылает два сообщения на файловый сервер или хост с указанием “разряда батареи” или “низкого уровня заряда”. аккумулятор »состояние.

На основе сообщений сеть может транслировать статус пользователям или инициировать процедуру выключения операционной системы.

4.2.2 Уровень 2

При наличии нескольких ведомственных локальных сетей под управлением одного менеджера, этот менеджер может использовать программное обеспечение с любого узла в сети для мониторинга и управлять любой системой ИБП и переключать любое устройство на сброс и перезагрузку. Используя протокол RS-232, возможна настоящая двусторонняя связь и очень ценная особенность.

4.2.3 Уровень 3

В корпоративной сети, в которой несколько локальных сетей объединены, все критические элементы в сети должны и могут управляться централизованно через SNMP.

4.3 Продукты SNMP

Примером таких продуктов SNMP является PowerNet компании American Power Conversion. Менеджер SNMP. Он обеспечивает: (а) графический пользовательский интерфейс, который контролирует все блоки ИБП в сети (b) Уведомление о питании сети менеджеры (c) Диагностика ИБП (d) Автоматическое сохранение данных и выключение сервера функции при сбое питания (e) Запланированное автоматическое тестирование ИБП (f) Перезагрузка заблокированных сетевых устройств Пакет American Power Conversion поддерживает Unix с HP Open-View и IBM NetView / 6000.Подобное сетевое управление Пакеты программного обеспечения ИБП доступны в компаниях Best Power, Clary и Deltec, с поддержкой Netware, Unix, DOS / Windows и OS / 2 (Travis 1995).

5. Надежность ИБП, технологические изменения и будущее

За последние 10 лет в отрасли ИБП произошли существенные улучшения. в надежности своей продукции и систем. Наиболее значимые факторы на повышение надежности влияет сокращение количества компонентов, доступность компонентов более высокого качества и движение отрасли к «проверке» новых конструкции перед производством.На рис.19 показана обобщенная кривая, показывающая основные компоненты и топология изменились с течением времени, что привело к значительное повышение надежности, в первую очередь за счет количества компонентов снижение. На всех уровнях мощности, кроме самых высоких, использование ширины импульса модуляция вместо ступенчатой ​​модуляции позволила количество мощность переключателей уменьшается до четырех раз.

Развитие мощных модулей Дарлингтона и недавно модулей IGBT дала разработчикам схем силовой электроники возможность исследовать и реализовать множество альтернатив для выключателей питания.Кроме того, эти устройства позволили увеличить рабочие частоты на два порядка величины при умеренных уровнях мощности (60 кВА) и до трех порядков величина для настольных продуктов.

Пользователи могут ожидать, что в будущем предложения ИБП будут следовать тенденции других электронных товары; меньше, быстрее и дешевле. По мере увеличения интеграции тенденция к малости будет только усиливаться. Продвигать эту тенденцию – это тот факт, что несколько доступных ИБП теперь используют LTP и ASIC для управления схема.

Как аппаратное, так и программное обеспечение ИБП претерпят серьезные изменения в будущее. Например, теперь во всех ИБП используются свинцово-кислотные батареи. Основные причины на выбор стоят стоимость и удельная мощность.

РИС. -19 Влияние технологий на системы ИБП (Источник: Burgess 1991) PWM

• Распределенное охлаждение; ~ Сосредоточенность ~ Охлаждение

Внутренняя надежность / Удельная мощность:

Когда экзотические аккумуляторные технологии, такие как цинково-воздушные и литиевые конструкции, снижение стоимости, скорее всего, они постепенно вытеснят свинцово-кислотные агрегаты.Ожидаются и другие аппаратные улучшения: более эффективные зарядные устройства. и инверторы. Устройства переключения мощности неуклонно совершенствуются по сопротивлению при включении, и эти улучшения приведут к снижению потерь мощности. Как потери мощности уменьшится, использование сетевых ИБП, вероятно, увеличится из-за их очарование нулевым временем передачи и простым резервированием.

.