Большую часть ИБП можно разделить на следующие типы: Первые (off-line) работают по следующему принципу: на вход ИБП подаётся напряжение из сети. В случае, если напряжение входит в рабочий диапазон работы, устройство подает его на выход на нагрузку транзитом и параллельно заряжает аккумулятор. Если напряжение выходит из рабочего диапазона, источник бесперебойного питания переходит на работу от батареи. Линейно - интеактивные ИБП очень похожи на предыдущие, но имеют встроенный стабилизатор напряжения. Встроенные стабилизаторы, как правило, низкого класса точности (10%). Суть их работы такая: напряжение со входа подается на встроенный стабилизатор напряжения. Если напряжение на выходе стабилизатора удовлетворяет требованиям, оно подается на нагрузку. Если выходит за предельный диапазон, ИБП переходит на работу от аккумуляторной батареи. ИБП двойного преобразования кардинально отличаются от первых двух. В данных источниках бесперебойного питания нагрузка фактически постоянного работает от батареи, и ИБП постоянно ее заряжает. Когда пропадает сеть, фактически пропадает зарядка батареи, а подключенное оборудование дальше продолжает работать от батареи. Время переключения на автономный режим здесь равно 0. ИБП такого типа имеют очень широкий диапазон входных напряжений (120-280В), при которых функционирует зарядный модуль (без перехода на автономный режим). Кроме того, такие устройства на выходе имеют чистую синусоиду, на которую ни коим образом не влияют помехи из сети и всяческие другие колебания, исправляют выход "плохих генераторов", а также с высокой точностью поддерживают выходное напряжение (2-3%). Такие ИБП являются самыми лучшими. Форма выходного напряжения, как правило, влияет только на работу электродвигателей или оборудования, которое их содержит. Если к подобному оборудованию будет подключен ИБП с модифицированной синусоидой, это сильно может повлиять на работу мотора или вызвать выход его из строя, а также повреждение источника бесперебойного питания. Для обеспечения качественного электроснабжения, защиты электронной аппаратуры от выхода из строя, и для обеспечения бесперебойного питания были специально разработаны и созданы устройства «источники бесперебойного питания» - ИБП (зарубежное название – UPS). Источники бесперебойного питания полезны ещё в одном отношении: они позволяют сохранить информацию, которая в момент неожиданного выключения электричества может быть безвозвратно потеряна. Если время поджимает, а вы работаете над серьёзным проектом – источник бесперебойного питания становится просто таки насущной необходимостью! Источники бесперебойного питания станут вашими незаменимыми помощниками не только в офисе или квартире, но и в частном доме. При частом отключении электричества UPS обеспечит комфортность вашей жизни и непрерывность отопления. Чаще всего используют источник бесперебойного питания для котлов. Электрическая часть газовых и дизельных котлов потребляют небольшое количество электроэнергии. Чтобы обеспечить для них бесперебойное питание рациональней использовать источник бесперебойного питания для котлов. ИБП имеет ряд преимуществ: высокий коэффициент надежности, большой период эксплуатации, бесшумность и простота подключения. Источник бесперебойного питания для котлов может работать в автономном режиме достаточно долгое время. За своими техническими данными ИБП работает и как аккумулятор. Во время своей работы UPS накапливает электроэнергию. В случае отсутствия подачи тока из внешних электросетей эти источники питания способно автономно обеспечить в течение определенного времени (до полной разрядки) бесперебойное питание для работы техники. Современные источники питания ИБП также способны выполнять и дополнительные функции, например стабилизатора электроэнергии. Современные цифровые устройства защищают оборудование от перегрузок и перегорания, выравнивая и стабилизируя силу тока в сети. On-line ИБП (класс VFI) ИБП класса VFI защищают от всех типов сетевых отказов. VFI представляет собой сокращение от Voltage Frequence Independent, т. е. указывает на независимость ИБП от частоты и напряжения. Это означает, что напряжение на выходе ИБП не зависит от напряжения в сети, а потому не зависит и от амплитуды напряжения, и перепадов частот. Любые отклонения напряжения, в том числе и перепады нагрузки, могут быть полностью компенсированы. Такие ИБП строят непрерывный промежуточный контур постоянного тока и защищают от воздействия ударов молний, бросков напряжений и колебаний частот, искажений напряжения и гармонических колебаний в питающем напряжении. До 2003 года названия различных типов ИБП были не унифицированы. Пользователю сложно было правильно оценить такие понятия, как непрерывный преобразователь, ИБП активного типа или ИБП с двойным преобразованием. Или еще один пример: чем характеризуются резервный ИБП, ИБП с одним преобразованием или линейно-интерактивный ИБП? У каждого производителя имелось, да и сейчас имеется, собственное обозначение для одних и тех же технологий. Этой проблемой занялись различные организации по стандартизации, с целью установить единую классификацию на основе эксплуатационных свойств. На международном уровне такая классификация задается в стандарте IEC 62040-3, а на европейском — в стандарте EN 50091-3. В середине 2003 года IEC утвердил стандарт IEC 62040-3 на источники бесперебойного питания. ИБП классифицируются по зависимости выходного напряжения от сетевого питания, форме кривой выходного напряжения, а также динамических кривых допустимых значений выходного напряжения. Получившаяся трехступенчатая классификация должна ликвидировать господствующий в отрасли хаос с обозначениями и обеспечить лучшую сравнимость различных продуктов. Ведь некоторые типы ИБП лишь ненадолго включаются при перепаде или пропадании напряжения и защищают подключенные устройства, мягко говоря, условно, так как сначала они транслируют на выход входное напряжение и потом процесс их включения в работу не мгновенный, а занимает какое-то время. В тоже время, ИБП старшего класса выравнивают входящее напряжение на постоянной основе. И обеспечивают наивысшую защиту по электропитанию. Первую группу , пожалуй самую многочисленную и одновременно самую дешевую, составляют ИБП с переключением (встречающиеся другие названия - off-line UPS, standby UPS или резервные UPS ). В соответствие со стандартом IEC 62040-3 они имеют название ИБП класса VFD. У ИБП класса VFD выходное напряжение зависит от изменений напряжения и частоты питающей сети. Сокращение VFD означает Voltage Frequence Dependent, т. е. зависимость от частоты и напряжения. Такие ИБП не обладают разделительными трансформаторами, фильтрами электромагнитных помех или варисторами для улучшения характеристик напряжения. При потере питания от сети они переключают нагрузку на питание от батареи в течение 4—8 мс и защищают только от отказов сети, резкого падения напряжения и его пиков. К этому типу относятся устройства, до сих пор именовавшиеся резервными ИБП. О таких ИБП говорят, что они предоставляют так называемые «режим готовности» и/или обеспечивают «пассивную совместную работу». Рассмотрим принцип работы этих ИБП.
В режиме работы от сети (нормальная работа) напряжение от входа ИБП поступает к нагрузке через фильтры шумов. Батарея получает зарядный ток, если она разряжена, или поддерживается в заряженном состоянии под так называемым плавающим потенциалом. Когда блок анализа напряжения сочтет сетевое напряжение "неправильным" (а этот критерий, вообще говоря, разный для разных моделей ИБП), ИБП переключается в режим работы от батареи. Нагрузку начинает питать инвертор, разряжая батарею. Батарея поддерживает работу нагрузки в течение некоторого времени, которое зависит от потребляемой нагрузкой мощности, номинальной емкости батареи, ее возраста и степени заряда, обычно это 5 – 10 мин. После разряда батареи, схема управления ИБП, которая следит за разрядом батареи, подает команду на отключение нагрузки. Если через некоторое время напряжение в сети становится нормальным, ИБП возвращается в режим работы от сети и начинает подзаряд батареи. Для большинства ИБП с переключением характерно: • Отсутствие хорошей фильтрации и стабилизации выходного напряжения (практически все помехи в городской электросети поступают прямиком в нагрузку, что иногда приводит к выходу её из строя); • Постоянный переход ИБП в режим работы от встроенных аккумуляторов даже при незначительных падениях и бросках входного напряжения, и, как следствие, для большинства моделей этого класса - низкий срок службы аккумуляторных батарей - до 3 лет (учитывая, что стоимость аккумуляторных батарей может составлять до 40% от общей стоимости ИБП); • Большое время перехода на аккумуляторы и обратно, не смотря на рекламные заверения фирм о времени перехода в 3 - 5 мс (что может вызывать сбои операционной системы ПК); • При работе ИБП от батарей выходное напряжение чаще всего имеет прямоугольную и трапециевидную форму (т.е. таким напряжением нельзя питать нагрузку, имеющую трансформаторный блок питания). Выбирая ИБП этого класса, в первую очередь следует обратить внимание:
Вторую группу , тоже довольно многочисленную составляют линейно-интерактивные ИБП (ИБП взаимодействующий с сетью , Line Interactive UPS). В соответствие со стандартом IEC 62040-3 они имеют название ИБП класса VI. У ИБП класса VI выходное напряжение не зависит от изменений напряжения питающей сети (хотя на самом деле если быть дотошными то зависит, т.к. у большинства ИБП этого класса регулирование ступенчатое одна ступень вверх и одна вниз и получается 200В на входе – 220В на выходе, 205В на входе – 205В на выходе …..200В на входе – 220В на выходе т.е произошла ступенчатая регуляция и так же вверх). Сокращение VI означает Voltage Independent – напряжение независимо. Частота же напряжения на выходе зависит от частоты сети. Амплитуда напряжения регулируется в пределах 20%. Кроме того, устройства снабжены сетевым фильтром высокочастотных помех. Как и ИБП класса VFD, устройства класса VI защищают от отказов сети, резкого падения и пиков напряжения и дополнительно позволяют, в небольших пределах, сглаживать повышение или понижение напряжения. Классическими обозначениями этой технологии являются «линейно-интерактивные ИБП», «ИБП с одним преобразованием», «ИБП с дельта-преобразованием» и/или «ИБП с активной совместной работой». Принцип работы основной массы ИБП этого класса следующий.
В режиме работы от электрической сети входное напряжение фильтруется от шумов и импульсов и поступает к нагрузке. Батарея получает зарядный ток, если она разряжена, или поддерживается в заряженном состоянии также как у ИБП рассмотренных выше. Блок анализа напряжения контролирует форму и амплитуду напряжения сети. В случае, если напряжение сети становится слишком низким или слишком высоким, блок анализа сети пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора. Напряжение на выходе ИБП повышается или понижается, приближаясь к номинальному значению. Если напряжение становится настолько низким, что переключение отводов уже не помогает, то ИБП переключается на работу от батареи. Если на вход ИБП поступает напряжение искаженной формы, блок анализа сети также переключает ИБП на режим работы от батареи. При переключении в режим работы от батареи, инвертор ИБП, немедленно начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но остается под контролем блока анализа сети. Инвертор поддерживает напряжение на нагрузке в течение некоторого времени, зависящего от заряда батареи. Если сетевое напряжение за это время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП отключает нагрузку. Для большинства линейно-интерактивных (класса VI ) ИБП характерно: • относительная стабилизация и фильтрация выходного напряжения при работе в нормальном режиме; • псевдосинусоидальная форма выходного напряжения при работе от внутренних батарей, и только у лучших моделей этого класса синусоидальная (естественно что, лучше выбирать ИБП с синусоидальным выходным напряжением); • более широкий диапазон колебаний входного напряжения (в сравнении с Off-Line ИБП), при котором ИБП не переходит на аккумуляторные батареи (величина этого диапазон определяется количеством отводов на бустере, поэтому чем их больше, тем лучше); • наличие "холодного старта"; • возможность тестирования работы ИБП и технологии, продлевающие срок эксплуатации батарей; • наличие программного обеспечения для корректного завершения работы операционной системы защищаемого компьютера (реальная возможность сохранить данные, когда вы отсутствуете на рабочем месте). .
Третью группу , пожалуй самую малочисленную и одновременно самую надёжную и как следствие самую дорогую составляют ИБП с двойным преобразованием напряжения ( On - line UPS ). В соответствие со стандартом IEC 62040-3 они имеют название ИБП класса VFI. ИБП класса VFI защищают от всех типов сетевых отказов. VFI представляет собой сокращение от Voltage Frequence Independent, т. е. указывает на независимость ИБП от частоты и напряжения. Это означает, что напряжение на выходе ИБП не зависит от напряжения в сети, а потому не зависит и от амплитуды напряжения, и перепадов частот. Любые отклонения напряжения, в том числе и перепады нагрузки, могут быть полностью компенсированы. Такие ИБП строят непрерывный промежуточный контур постоянного тока и защищают от воздействия ударов молний, бросков напряжений и колебаний частот, искажений напряжения и гармонических колебаний в питающем напряжении. Принцип работы ИБП этого класса следующий.
Работа этих ИБП коренным образом отличается от устройств описанных выше. Выпрямитель этого ИБП - мощное устройство. Он не только подзаряжает батарею ИБП, но и снабжает постоянно работающий инвертор ИБП постоянным напряжением. Байпас - это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Если в сети есть "нормальное" напряжение, то вся мощность, потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует переменное напряжение электрической сети в постоянное напряжение. Постоянное напряжение используется для заряда батареи и для питания инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение , которым и питается нагрузка. Если напряжение сети становится меньше нижней границы диапазона входных напряжений, инвертор начинает питаться от батареи. Если напряжение на входе ИБП восстанавливается до нормального, выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать инвертор. При выходе из строя инвертора или его перегрузке, срабатывает переключатель (при этом размыкается линия "инвертор-нагрузка" и замыкается линия "байпас-нагрузка") и нагрузка продолжает питаться от сети.
• прецизионная синусоидальная форма, соответствующая всем стандартам, выходного напряжения при питании ИБП от внешней сети (что позволяет использовать ИБП для питания любых нагрузок); • высокая стабильность выходного напряжения (что продлевает срок эксплуатации электрооборудования); • повышенный срок службы аккумуляторных батарей. Пожалуй единственный главный недостаток ИБП этого класса - его цена. Она относительно высока, так как практически невозможно дешево обеспечить наивысшую надежность и стабильность выходного напряжения, которое формируют ИБП этого класса. Источниками класса On-Line (или VFI )можно питать любую нагрузку. Вышесказанное в полной мере относится к котельному и медицинскому оборудованию которое требует качественного и надежного электропитания. Итак, установка источника бесперебойного питания необходима для предотвращения повреждений оборудования и сбоев в работе систем. Первоочередной задачей ИБП прежде всего считается обеспечение нормального, корректного завершения работы при неожиданном отключении электроэнергии. Однако, в идеале ИБП должен защитить технику от всех типов перебоев в электрических сетях, основные из которых приведены ниже. Виды электропомехДавайте разберемся, какие неполадки в электросети происходят наиболее часто и чем они обычно бывают вызваны:
Для сведения: согласно результатам исследования, проведенного компаниями Bell Labs и IBM, каждый персональный компьютер ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания. Функции UPSТеперь разберемся, какие же основные функции способен выполнять ИБП:
Дополнительно к этому многие модели UPS под упpавлением специализиpованного пpогpаммного обеспечения могут выполнять следующие функции:
Типы ИБППо своему принципу действия ИБП делятся на три основных семейства.
Резервные ИБП (off-line) – эти ИБП служат для резервирования источника основного электроснабжения (электросети) на случай аварии (отключения или понижения/повышения напряжения выше установленной величины). Если это происходит, срабатывает переключатель, и нагрузка переходит на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. В штатном режиме питание нагрузки осуществляется напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. Другие названия резервных ИБП: stand-by, backup, in-line.
Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) – в штатном режиме снабжают нагрузку напряжением от основной электросети, в некоторой степени регулируя напряжение (автотрансформатор), а при аварии в осн Отдельно стоит сказать о технологии, известной как «дельта-преобразование напряжения». Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке регулируется плавно, а не ступенчато, как в обычных линейно-интерактивных ИБП, становится возможной стабилизация частоты выходного напряжения. Эта технология позволяет обеспечить высокий КПД и более надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети. В целом линейно-интерактивные ИБП обеспечивают приемлемый уровень защиты электропитания и служат дешевой альтернативой более сложным системам, предназначенным для работы с чувствительной к неполадкам в электросети нагрузкой. Как правило, мощность выпускаемых устройств составляет от 250 до 10000 В.А. Постоянно включенные ИБП или ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion) – обеспечивают нагрузку электропитанием без потери фазы. Принцип работы ИБП данного класса заключается в следующем: входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инверторо По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные (как правило розеточные), напольные, и стоечные (19"). Один или несколько ИБП с комплексом дополнительного коммутирующего оборудования и кабелей образуют систему бесперебойного питания (СБП). Характеристики ИБППеречислим кратко главные характеристики ИБП.
|
овной электросети нагрузка синхронно переключается на инвертор.
м – обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением (как правило, отклонения амплитуды выходного напряжения не превышают 5% устанавливаемого пользователем номинального значения даже при работе на нелинейную нагрузку).