Типы источников бесперебойного питания (UPS) — плюсы и минусы

Типы источников бесперебойного питания (UPS) — плюсы и минусы

Источники бесперебойного питания (сокращенно ИБП или UPS) — устройства, позволяющие обеспечить автономную работу электронного оборудования в случае возникновения различных проблем с питающим напряжением, вплоть до его полного пропадания.

ИБП принято подразделять на три класса:

1. off-line
2. line-interactive
3. on-line

Различие ИБП по форме синусоиды

Кроме отличия ИБП по принципу работы, они отличаются по форме синусоиды. Ее можно увидеть только на экране осциллографа.

Форма выходного напряжения инверторов ИБП: синусоидальная – а, двухступенчатая аппроксимация синусоиды – б, трехступенчатая аппроксимация синусоиды – в

Аппроксимированная синусоида

Аппроксимированная синусоида на экране осциллографа выглядит ступенчатой линией. Это не имеет значение для большинства электроприборов, но в тех случаях если в приборе стоит трансформатор, как в старых телевизорах, или есть электродвигатель, то включать их через этот ИБП нельзя. Аппроксимированная синусоида является суммой разных частот и напряжений, в то время как трансформаторы и электродвигатели рассчитываются на частоту 50Гц. В результате они теряют в мощности, греются, гудят и могут выйти из строя. Если же к аппарату подключена только аппаратура с импульсными блоками питания (практически вся современная), то она прекрасно работает с аппроксимированной синусоидой. В импульсных блоках питания входное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется в постоянное напряжение 220V, которое не зависит от формы синусоиды.

Однако встречаются приборы с трансформаторными блоками питания. Первым признаком несоответствия формы синусоиды является сильный гул, намного громче, чем при питании от сети. Лучше всего, при пробном включении ИБП с аппроксимированной синусоидой, все приборы включать поочередно и при появлении сильного гула сразу выключить. Обычно это маломощные блоки питания или аппаратура с питанием от сети 220V.

Такие ИБП или инверторы стоят дешевле устройств с чистой синусоидой, но к ним нельзя подключать насос системы отопления или холодильник.

ИБП с чистой синусоидой

Приборы высшей ценовой категории на выходе имеют чистую синусоиду. Это дает возможность подключать к ним любую аппаратуру, в том числе электродвигатели, насосы и трансформаторы, но стоят эти ИБП намного дороже, что делает их использование для обеспечения работы электроотопления или стиральной машины невыгодным. Подробнее об этом рассказано в статье «ИБП для дома«.

Подключение

Так как в основном бесперебойные источники питания используются для резервного питания компьютеров, они часто имеют USB-выходы для подключения к ПК, что позволяет при переходе на резервное питание автоматически перевести компьютер в режим пониженного энергопотребления. Для этого достаточно соединить ИБП со свободным портом компьютера и установить драйвера с идущего в комплекте диска. Старые модели бесперебойников могут использовать для этого COM-порт, практически исчезнувший на ПК.

Нужно помнить, что мощность нагрузки в ваттах, подключаемой к источнику бесперебойного питания, должна быть минимум в полтора раза меньше, чем его номинальная мощность в вольт-амперах, умноженная на 0,7 (коэффициент мощности, определяющий потери в самом источнике), чтобы не допустить перегрузки инвертора. Например, инвертор мощностью 1 кВА сможет запитать без перегрузки нагрузку не более 470 ватт, в пике — до 700 Вт.

Пример возможной схемы подключения:

Не подключайте к ИБП принтеры — при их включении возникает значительный скачок энергопотребления, способный вызвать переход ИБП в защитный режим. Кроме того, прерванная печать — это всего лишь один испорченный лист бумаги.
Применение сетевых фильтров для бесперебойников не требуется, так как они имеют встроенные фильтры.

Эксплуатация ИБП

Большое вступление было не случайным. Мощность прибора будет важна в рекомендациях, чего нельзя делать при эксплуатации ИБП.

Чего нельзя делать?

Нижеследующие рекомендации не являются рекомендательными. Это то, что делать категорически запрещено.

Во-первых, нельзя превышать значение выходной мощности прибора. Мощность прибора выбирается с запасом, об этом читать выше, и превышение этого значения приведёт к выходу ИБП из строя.

Во-вторых, нельзя использовать сетевые фильтры в подключениях после ИБП. Это приведёт к сбоям в работе преобразователя на выходе.

В-третьих, нельзя в ходе эксплуатации менять выбранное назначение ИБП. Например, ИПБ для защиты бытового компьютера нельзя использовать для защиты работы котла отопления. Это, если не приведёт к поломке прибора, то увеличит износ его аккумуляторов.

В-пятых, не подключайте в выходные цепи ИБП локально мощные бытовые приборы (например, кипятильник) и приборы с повышенным коэффициентом пусковых токов. Например, КПТ мясорубки 100 Вт равен 7.

В-шестых, нельзя использовать аккумуляторы не рекомендованные производителем ИБП. Это убьёт вашу гарантию и возможно приведёт к сбоям в работе прибора.

В-седьмых, читайте инструкцию производителя перед подключением прибора и соблюдайте общепринятые рекомендации:

• Не включаете прибор с мороза;
• Дайте аккумуляторам зарядится;
• Организуйте правильное заземление прибора;
• Через 2-3 года подумайте о замене аккумуляторов;
• Берегите прибор от пыли.

Бесперебойник на весь дом

Подобный ИБП устанавливается сразу после вводного автомата и обеспечивает гарантированным электропитанием весь дом по трем фазам. В этом случае, для оповещения об отключениях устанавливается GSM модуль или выводится сигнальная лампа на видное место.

При установке ИБП для дома иногда целесообразно в обход источника подключать мощную неприоритетную нагрузку: электропечь сауны, всевозможные электрические подогревы, резервный электрокотел и т.п.

Для бесперебойного питания всего дома с точки зрения оптимального соотношения бюджет/функционал мы рекомендуем одну из трех конфигураций:

• Мощный однофазный инвертор и автоматика коммутации фаз. В этом случае одна основная фаза запитывается напрямую через инвертор, две остальных фазы подключаются на инвертор через быстродействующие контакторы. Линия инвертора обеспечивает переключение на резервное электропитание от аккумуляторов за 10мс, а это время не заметно для любого типа оборудования. Остальные две фазы подключаются за 100мс.
• ИБП типа он-лайн конфигурации 3в1, что означает трехфазный вход и однофазный выход. Этот источник стабилизирует напряжение, объединяет мощность всех фаз в одну. Таким образом, мы получаем равномерную нагрузку по фазам, идеальное напряжение и, конечно, бесперебойное питание. Это одно из лучших решений при стандартной выделенной мощности в 15кВт.
• При большой выделенной мощности оптимально использовать промышленные трехфазные ИБП on-line типа конфигурации 3в3 номиналом от 30-40кВт и выше.



ИБП на 36кВт. Доступный диапазон от 20кВа до 120кВа.

Стоимость среднего ИБП на весь дом с автономной работой на 8-10 часов составит около 250-350т.р.

Феррорезонансный ИБП

Устройство содержит феррорезонансный трансформатор, который работает как стабилизатор напряжения. Его преимуществом является накапливание энергии в магнитном поле, которая высвобождается при переключениях в течение 8-16 мс. Этого промежутка времени достаточно для выхода ИБП на новый режим работы.



Трансформатор выполняет дополнительную функцию фильтра шумов. Искажение входного напряжения не влияет на форму выходного, которая остается синусоидальной.

Содержание

Существует три схемы построения ИБП:

Резервная [ править ]

Резервная схема (англ.  Off-Line, Standby ) — в нормальном режиме питание подключенной нагрузки осуществляется напрямую от первичной электрической сети, которое ИБП фильтрует (высоковольтные импульсы и электромагнитные помехи) пассивными фильтрами. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения (или его пропадании) нагрузка автоматически переподключается к питанию от схемы, получающей электрическую энергию от собственных аккумуляторов с помощью простого инвертора. При появлении напряжения в пределах нормы снова переключает нагрузку на питание от первичной сети.

• За счёт КПД около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение;
• невысокая стоимость ИБП в целом.
• относительно долгое время (порядка 4..12 мс) переключения на питание от батарей;
• невозможность корректировать ни напряжение, ни частоту (VFD по классификации МЭК).
• несинусоидальная форма выходного напряжения при работе от батареи (аппроксимированная синусоида, квази-синусоида);

Итог: Чаще всего ИБП, построенные по такой схеме, используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных сетей начального уровня, для которых не критично своевременное отключение в случае неполадки в сети. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по данной схеме.

Интерактивная [ править ]

Интерактивная схема (англ.  Line-Interactive ) — устройство аналогично предыдущей схеме; дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. (VI по классификации МЭК). При работе в нормальном режиме такие ИБП не корректируют частоту, пассивные фильтры фильтруют входящее переменное напряжение. При пропадании напряжения ИБП переходит на питание от инвертора, аналогично предыдущему.

Инверторы некоторых моделей линейно-интерактивных ИБП выдают напряжение как прямоугольной или трапецеидальной формы, как у предыдущего варианта, так и синусоидальной формы. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте, так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД ниже, чем у резервных.

Недостатки: в режиме «от сети» не выполняет функцию фильтрации пиков, и обеспечивает только крайне примитивную стабилизацию напряжения (обычно 2—3 ступени автотрансформатора, переключаемые релейно, функция называется «AVR»).

В режиме «от батарей» некоторые, особенно дешёвые, схемы выдают на нагрузку частоту куда выше 50 Гц, и осциллограмму переменного тока, имеющую мало общего с синусоидой. Это связано с применением классического трансформатора крупного размера в схеме (вместо инвертора на полупроводниковых ключах). В связи с тем, что трансформатор данного габарита имеет (в связи с возникновением гистерезиса в сердечнике) ограничение на передаваемую мощность, которое линейно растет с частотой, данного трансформатора (занимает 1/3 объёма всего ИБП) хватает для питания цепи зарядки батарей на 50 Гц в режиме «от сети». Но, в режиме «от батарей», через этот трансформатор нужно пропустить уже сотни ватт мощности, что возможно только путём повышения частоты.

Это приводит к невозможности питания приборов, использующих, например, асинхронные двигатели (почти вся т. н. «белая техника», включая отопительные системы).

По сути, от такого ИБП можно питать только приборы, нетребовательные к качеству питания, то есть, например, все приборы с импульсными БП, где питающее напряжение немедленно выпрямляется и фильтруется. То есть компьютеры и значительная часть современной бытовой электроники. Также можно питать осветительные и обогревательные приборы.

Двойное преобразование [ править ]

Режим двойного преобразования [3] (англ.  online , double-conversion, он-лайн) — используется для питания нагруженных серверов (например, файловых), высокопроизводительных рабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании (double conversion) рода тока. Сначала входной переменный ток преобразуется в постоянный, затем обратно в переменный ток с помощью обратного преобразователя (инвертора). При пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно (т. н. буферный режим работы аккумулятора) и для этих ИБП параметр «время переключения» не имеет смысла. В маркетинговых целях может использоваться фраза «время переключения равно 0», правильно отражающая основное преимущество данного вида ИБП: отсутствие промежутка времени между пропаданием внешнего напряжения и началом питания от батарей. ИБП двойного преобразования имеют невысокий КПД (от 80 до 96,5 %) в режиме on-line, из-за чего отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. Однако у современных ИБП средних и высоких мощностей ведущих производителей предусмотрены разнообразные интеллектуальные режимы, позволяющие автоматически подстраивать режим работы для повышения КПД вплоть до 99 %. В отличие от двух предыдущих схем, способны корректировать не только напряжение, но и частоту (VFI по классификации МЭК).

голоса
Рейтинг статьи