Меню

Назначение источников бесперебойного питания

Разновидности источников бесперебойного питания

Оглавление статьи: Разновидности источников бесперебойного питания

  • Что такое источник бесперебойного питания
  • Разновидности
  • Резервные
  • Устройство и принцип работы
  • Линейно-интерактивные
  • Принцип работы
  • Онлайн (On line) ИБП
  • Принцип работы
  • ИБП постоянного тока и переменного
  • Классификация по мощности
  • Выбор ИБП
  • Задачи
  • Заключение
  • Видео по теме

Потребителей электрической энергии с каждым днем становится все больше. В ней нуждаются разнообразные устройства — бытовая техника, приборы, компьютеры, серверы, промышленное оборудование и так далее. Вместе с этим, электрические сети во многих домах и коммерческих зданиях нашей страны проложены еще в советские времена и с тех пор капитально не модернизировались. Рост нагрузки иногда приводит даже к вынужденным отключениям электропитания объектов из-за перегруженности линий. Но работающие в этот момент бытовые устройства способны выйти из строя или потерять важные данные из-за внезапной потери тока. Например, набираемый на компьютере текст или иная обрабатываема информация не сохранятся.

Избежать негативных последствий помогает источник бесперебойного питания (или ИБП) — устройство, позволяющее некоторое время поддерживать работоспособность подключенных к нему потребителей. С ИБП можно безопасно сохранить данные, завершить работу прибора или дождаться восстановления централизованного энергоснабжения.

ИБП

Что такое источник бесперебойного питания

Понять, что такое ИБП, можно из самого названия данного класса аппаратуры. Бесперебойный источник питания предназначен для поддержания электроснабжения соединенной с ним нагрузки. В общем случае он состоит из батареи, преобразователя питания и управляющей режимами работы логической микросхемы.

В английском языке принята аббревиатура UPS — Uninterruptable Power Supply.

Принцип функционирования исходит из самого названия «бесперебойный» — на выходе ток есть всегда (пока сохраняется заряд в аккумуляторе). На вход ИБП подается напряжение из общей электросети, часть его идет на подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), а другая — непосредственно на выход.

Схема

Существуют различные виды источников, каждый из которых служит своим задачам и обладает определенным функционалом. Рассмотрим их подробнее.

Разновидности

Выше было рассмотрено, что такое UPS. Но эта категория аппаратуры не однородна и делится на группы. Можно выделить следующие типы ИБП по принципу устройства и функционирования.

Резервные

Это самый популярный вариант. В обиходе встречается также англоязычное название таких ИБП Off line, или Standby. Преимущества таких устройств:

  • малое тепловыделение;
  • доступная стоимость;
  • высокий КПД источника.

Из недостатков выделим:

  • медленное переключение на питание от аккумулятора при аварийном отключении энергии;
  • плохая система фильтрации входных и выходных помех;
  • высокий процент ложных срабатываний, ведущих к циклу перехода на АКБ и обратно при небольших перепадах в сети.

Последний недостаток сильно изнашивает батарею и релейные контакты, ведя со временем к необходимости их замены.

Устройство и принцип работы

Резервные блоки управляются автоматическим коммутатором. В штатном режиме с питанием на входе коммутационное устройство соединяет нагрузку непосредственно с внешней сетью, а в автономном запитывает клиентов от батареи.

Нормальный режим

Принцип работы ИБП в Standby:

Принцип работы ИБП

Мощность резервного блока, как правило, невелика. Эти устройства применяются в обеспечении работы отдельных компьютеров и рабочих станций, оргтехники и прочих относительно маломощных потребителей в условиях качественных электросетей.

резервный блок

Линейно-интерактивные

Line-Interactive версии быстро переключаются на АКБ и обратно. Кроме того, такие источники оснащаются автоматическим регулированием сетевого напряжения, благодаря чему они способны выполнять роль стабилизатора. Это снижает число ложных срабатываний: система переходит на питание от батареи только в крайних случаях. Таким образом увеличивается срок службы линейно-интерактивных UPS, хотя вместе с этим растет и стоимость.

Принцип работы

Здесь стандартное для Off line прибора коммутационное устройство дополнено ступенчатым стабилизатором и автоматической системой регуляции напряжения. Главное преимущество такого подхода — гарантированный нормальный ток на выходе даже при небольших бросках в сети. Как говорилось выше, это позволяет прибору не переключаться в автономный режим без надобности.

Но из этого следует и недостаток: хотя переключение в случае реальной пропажи тока извне происходит быстро, но все же не мгновенно (хотя и быстрее резервных). Кроме того, в сравнении с более продвинутыми онлайн блоками линейно-интерактивный стабилизирует напряжение относительно грубо.

Функционирование в нормальном режиме:

Функционирование в нормальном режиме

После переключения в автономный:

После переключения в автономный

Линейный ИПБ достаточно прост, надежен и имеет высокий КПД. Приборы подобного типа тоже применяют для защиты компьютеров, серверов, оргтехники и так далее. Они отлично подходят для работы в связке с любым оборудованием на импульсных источниках питания. Кроме того, существует еще два подвида по методике генерации выходного напряжения в автономном состоянии:

  • с аппроксимированной синусоидой;
  • с чистым синусоидальным током.

Второй подтип способен конкурировать с «онлайновыми» источниками и применяется, кроме прочего, для организации защиты электродвигателей, насосов отопительных систем и газовых котлов.

Линейный ИПБ

Онлайн (On line) ИБП

Это самая дорогая категория, представители которой называются также «ИБП с двойным преобразованием напряжения». Они действуют крайне быстро, практически без задержек. Подобные источники применяют на производствах и объектах с высокой критичностью поступления электропитания.

Принцип работы

Поступающий на вход прибора переменный ток попадает в выпрямитель и преобразуется в постоянный. Далее он попадает в инвертор, который снова делает его переменным. Батарея расположена в точке связи инвертора и выпрямителя, и в аварийном режиме питание с нее идет на первый. Некоторые конфигурации включают отдельный модуль зарядного устройства, а в других подзарядка аккумулятора идет непосредственно через выпрямитель.

Как работает прибор в нормальном режиме:

в нормальном режиме

В аварийном

На рисунках виден так называемый байпас. Это обязательный элемент UPS высокой и средней мощности. Его назначение — служить обходным устройством, пускающим ток мимо инвертора с выпрямителем. Это позволяет производить сервисное обслуживание блока питания без его отключения и отсоединения потребителей, с сохранением параметров выходного напряжения. Полезен байпас и в случаях выхода из строя компонентов основной цепи.

Такая схема обеспечивает стабильное напряжение на выходе вне зависимости от ситуации на входе. Кроме того, время переключения состояний нулевое.

ИБП постоянного тока и переменного

Большинство бесперебойников относятся к моделям переменного тока благодаря наличию инвертора. Но существуют также ИБП постоянного тока, отличающиеся отсутствующим инвертором. Самая простая схема подобного устройства:

ИБП постоянного тока и переменного

От ИБП постоянного тока запитываются телекоммуникационные узлы, сигнализации, радиостанции и прочее электронное оборудование.

Классификация по мощности

Основная характеристика любого ИБП — мощность. Она измеряется в вольт-амперах, и для перевода ее в привычные ватты цифру следует умножить на 0.6. Для обычного ПК ИБП должен иметь мощность от 500 ВА и выше.

Выделяют следующие виды ИБП:

  • компактные бесперебойники — до 1000 ВА;
  • средние — 1–5 кВА;
  • мощные — от 5 кВА и выше.

Этот рейтинг мощности помогает определиться с выбором. В домах, квартирах и офисах обычно используют первые два типа, а для обеспечения питания серверов и производственного оборудования применяют третий вид.

ИБП

Выбор ИБП

Выбирая подходящий вариант, следует ориентироваться на то, для чего нужен ИБП, и учитывать ряд дополнительных параметров:

  • характеристики запитываемых от системы бесперебойного питания устройств;
  • желаемую мощность;
  • качество электросетей;
  • бюджет.

Разумеется, идеальным решением для любой ситуации станет On line блок, но для некритичных задач вполне подойдут резервные или линейно-интерактивные.

Ключевые характеристики ИБП для выбора:

  • форма и технология генерации выходного напряжения (ИБП постоянного тока или переменного);
  • заявленная и требуемая мощность;
  • тип;
  • время автономной работы от батареи.

Обычно последнее составляет 5–7 минут, чего вполне достаточно для штатного завершения работы. Более продвинутые предоставляют до 20 минут, а самые энергоемкие способны питать нагрузку до получаса. Их используют, например, в больницах и других критически важных объектах.

Интересно: помимо ИБП, такие жизненно важные комплексы обычно обеспечиваются системами автономного питания на базе бензиновых и дизельных генераторов. А сегодня распространяются и методы аккумулирования природной энергии с помощью ветряков и солнечных батарей.

солнечные батареи

Также следует обращать внимание на дополнительные интерфейсы, возможность программного и удаленного мониторинга и управления, простоту замены аккумуляторов и доступность подключения дополнительных АКБ для увеличения периода автономности.

Задачи

Необходимо определиться, для чего нужен бесперебойник. При частых отключениях электричества дома или в офисе пригодится простой резервный, который поможет сохранить работу и корректно выключить ПК. Но следует учитывать, что стабилизатор в источниках этой разновидности отсутствует, поэтому при возможности желательно выбирать модель подороже, с качественной элементной базой.

При частых скачках напряжения желательно озаботиться наличием стабилизатора, и для этого целесообразно приобретения линейно-интерактивного. А если нет ограничений по финансам, а обеспечиваемые бесперебойным питанием потребители мощные, то оптимальным выбором станет On Line UPS. Он гарантирует мгновенное переключение и отсутствие скачков.

«Золотой серединой» можно назвать line-interactive образцы. Они обладают разумным соотношением цена-качество и предоставляют хороший уровень защиты.

On Line UPS

Производители ИБП (APC, Powercom, IPPON, отечественный ШТИЛЬ и прочие) выпускают различные версии — от простых и маломощных на 450–600 ВА до серьезных стоечных и промышленных агрегатов на десятки киловатт. Важно понимать, что обычные «гражданские» модели не годятся для работы в связке, например, с газовыми котлами и высокомощным промышленным оборудованием; для них существуют специализированные варианты.

ИБП

Заключение

Выше мы рассмотрели основные типы и разновидности источников бесперебойного питания, а также для чего нужен ИБП. Выбор правильного в каждой конкретной ситуации зависит от:

  • совокупной мощности, которую потребуется питать;
  • качества электросетей;
  • бюджета;
  • требований к дополнительным функциям и возможностям.

В домашних/офисных условиях с хорошими сетями можно рекомендовать простой резервный ИБП. Там, где качество электроснабжения хуже, стоит обратить внимание на Line Interactive образцы, именно они лидируют в пользовательском рейтинге популярности. Для высокомощной техники и оборудования с критичностью к аптайму (безостановочной работе) выбор должен пасть на полноценные On-Line версии с байпасом и двойным преобразованием. А определенные категории электроники нуждаются в ИБП постоянного тока.

Видео по теме

Источник

Что такое UPS и как он устроен

Приветствую, уважаемые читатели!

А вы пользуетесь источником бесперебойного напряжения? Считаете, что вполне можете обойтись без него? Вы в этом точно уверены?

Зачем нужен UPS?

UPS

Источник бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninterruptible Power Supplies) предназначен для снабжения компьютера электроэнергией в случае пропадания напряжения в электрической сети.

Читайте также:  Характеристики Delta GPS 400AB C 400W

Внезапное отключение напряжения чревато потерей данных и физической порчей оборудования.

В электрической сети всегда есть помехи и всплески напряжения, которые возникают при коммутации мощных потребителей.

Если нагрузка по конкретной электрической линии велика, напряжение на нагрузке снижается ниже нормы. Источник бесперебойного питания и нужен для того, чтобы питать компьютеры (и другую нагрузку) «чистым» напряжением.

В случае пропадания напряжения источник начинает работать от аккумуляторной батареи, вырабатывая переменное напряжение 220 В для компьютера.

Как устроен ИБП?

Постоянное напряжение аккумуляторной батареи (обычно 12 В или 24 В, если батареи включены последовательно) превращается в переменное 220 В с помощью специального устройства – встроенного инвертора. Если напряжения в сети исчезает, работа источника бесперебойного питания обычно сопровождается световой и звуковой индикацией для привлечения внимания пользователя.

В зависимости от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки, ИБП обеспечивает переменное напряжение на своих выходах в течение обычно 5 — 20 мин (кроме особых случаев). Этого времени хватает для того, чтобы закрыть все приложения (работающие программы) и выключить компьютер.

Все источники делятся на три большие группы:

  • пассивные (passive stand-by),
  • линейно-интерактивные (line interactive),
  • с двойным преобразованием (double conversion).

Пассивный ИБП

Структурная схема пассивного ИБП

Фильтр защищает выход устройства и его электронику от выбросов напряжения, которые нередко бывают в электрической сети.

Переменное напряжение сети выпрямляется выпрямителем и (через зарядное устройство, которое на схеме не изображено) подзаряжает аккумулятор.

В обычном режиме, когда уровень напряжения в сети не выходит за пределы нормы, отфильтрованное сетевое напряжение проходит через ключ на выходные разъемы ИБП и питает нагрузку. Как только оно выходит за пределы или исчезает, начинает работать инвертор. Он превращает постоянное напряжение от аккумулятора в переменное с необходимой амплитудой, которое через ключ поступает на нагрузку.

При этом аккумулятор может отдавать достаточно большой ток, так как нагрузка – например, компьютер с монитором – может потреблять мощность 200 Вт и более. Как только входное сетевое напряжение вошло в пределы нормы, контроллер отключает инвертор и подает на выходы ИБП отфильтрованное сетевое напряжение.

Если же оно длительно отсутствует, контроллер отключает устройство, предохраняя аккумулятор от глубокого разряда.

Линейно-интерактивный ИБП

Структурная схема линейно-интерактивного ИБП

Линейно-интерактивные источники отличаются от пассивных, в частности, тем, что имеют в своем составе автотрансформатор.

Это позволяет работать в более широком диапазоне входного сетевого напряжения без перехода на аккумуляторы. Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что содержит не две (или более) гальванически изолированные обмотки, а, по сути одну обмотку с отводами.

Если входное сетевое напряжение длительное время снижено, контроллер, коммутируя посредством ключей обмотки автотрансформатора, повышает уровень напряжения на выходных разъемах ИБП. Если же напряжение длительное время повышено (в известных, разумеется, пределах) контроллер, коммутируя обмотки, понижает его уровень на выходных разъемах. Эта технология получила название AVR (Automatic Voltage Regulation).

Сигнал на выходе ИБП

Генерируемое инвертором сигнал может иметь вид аппроксимированной (ступенчатой) синусоиды или вид почти прямоугольных импульсов.

Последнее не так плохо, как этого можно было бы ожидать.

Большинство современных блоков питания, в том числе и компьютерные, — импульсные, в них сетевое напряжение все равно сначала выпрямляется.

ИБП с двойным преобразованием

Структурная схема ИБП с двойным преобразованием частоты

Наиболее совершенные источники – с двойным преобразованием, которые используются в наиболее ответственных случаях (для питания серверов и оборудования, чувствительного к параметрам сетевого напряжения). В источниках бесперебойного питания первых двух типов частота сетевого напряжения на выходе (в тех случаях, когда не работает инвертор) всегда равна частоте сети. Нет никакой возможности на нее повлиять.

В ИБП с двойным преобразованием инвертор работает всегда – независимо от того, есть в сети напряжение или нет. Если оно в сети есть, оно выпрямляется, подзаряжает через зарядное устройство аккумулятор и поступает на инвертор, управляемый контроллером устройства. Инвертор вырабатывает чистую, «синтетическую», синусоиду стабильного напряжения – без помех и выбросов.

Частота ее может отличаться от частоты входного напряжения и определяется исключительно контроллером (точнее, предварительными настройками). Когда напряжение в сети исчезает или выходит за пределы нормы, инвертор переключается на работу от аккумулятора, поддерживая тот же высококачественный сигнал на выходных разъемах.

При этом переключение происходит быстрее, чем в первых двух видах источников. ИБП с двойным преобразованием имеет байпас (bypass, обходную линию), который позволяет питать нагрузку напрямую от электрической сети. Это сделано для того, чтобы подача напряжения на нагрузку не прерывалась при перегрузке или выходе из строя инвертора (который всегда работает).

Если возникают проблемы с инвертором, контроллер переключает ключ, и отфильтрованное сетевое напряжение в нагрузку поступает через байпас.

В заключение отметим, что для удобства работы разработано специализированное программное обеспечение, которое позволяет, в частности, проследить, как менялось входное сетевое напряжение во время работы.

Источник

Назначение источников бесперебойного питания

Изначально бесперебойные источники питания применялись в системах жизнеобеспечения и вычислительных центрах. Сейчас к ним подключают разные виды электрооборудования для защиты аппаратуры от негативных последствий, возникающих при экстренных перепадах напряжения в электросети.

Бесперебойный источник питания

ИБП обеспечивают работу приборов в случае отключения электропитания или его нестабильности.

Что такое источник бесперебойного питания

Устройство с одним или несколькими встроенными аккумуляторами, которое обеспечивает питание приборов в случае незапланированного отключения электроэнергии, называется источником бесперебойного питания (ИБП).

Когда пропадает напряжение в электросети, ИБП автоматически переключает оборудование на питание от встроенных в него батарей.

Кроме названия ИБП, встречаются и такие аббревиатуры как УПС или ЮПС, от английского UPS (Uninterruptible Power Supply). Бесперебойники необходимы в тех случаях, когда отключение напряжения может вызвать необратимые последствия.

Приборы, которые к ним подключают:

  • компьютеры и серверы;
  • устройства связи;
  • роутеры;
  • системы отопления;
  • устройства, не перезапускающиеся автоматически после возобновления подачи электроэнергии.

ИБП используются не только на предприятиях или в учреждениях. Защитив таким способом персональный компьютер, можно успеть сохранить все документы, с которыми работал пользователь, а так же предотвратить поломку жесткого диска или материнской платы, грозящие при аварийном прекращении электропитания.

Задачи ИБП

Назначение УПС – обеспечить подачу напряжения на подключенное оборудование, если оно отсутствует в основной электросети.

Бесперебойники не относятся к источникам резервного питания. Дизельные генераторы, источники, работающие на энергии солнца и ветра, другие электросети могут заменить основную линию на длительное время.

Использовать с этой же целью ИБП непрактично, так как потребуется задействовать аккумуляторы слишком большой емкости. Их задача – обеспечение электроэнергией аппаратуры только на то время, за которое пользователь успеет сохранить данные на компьютере или корректно завершить работу оборудования.

Для использования в домашних условиях достаточно UPS, который действует 5-10 минут, в сетевых коммуникациях предприятий и учреждений применяются устройства, рассчитанные на более длительное время работы.

Виды ИБП

Производители предлагают разные типы УПС, отличающиеся по многим параметрам. К ним относятся:

  • принцип работы;
  • время перехода на автономное питание после отключения электроэнергии;
  • способ регулировки напряжения;
  • возможность ликвидации сетевых помех;
  • время работы, зависящее от емкости аккумуляторных батарей.

По принципу действия такие приборы подразделяют на линейно-интерактивные, он- и офлайновые.

Back UPS

Back UPS ИБП

Регулирование питания в ИБП не осуществляется.

Другие названия: блок резервного типа, offline, standby. Когда напряжение сети находится в предусмотренном техническими параметрами УПС диапазоне, то оно подается к подключенной аппаратуре напрямую. Одновременно с этим производится зарядка батареи.

Регулирование питания в таком ИБП не предусмотрено. Пассивные фильтры почти не очищают сеть от шумов и помех.

Когда напряжение отключается, техника автоматически переводится на подпитку от батарей. Постоянный ток, который производит аккумулятор, преобразуется в переменный простым инвертором, поэтому его форма не является синусоидой правильной формы.

Автономное питание offline-источник подключает в тех случаях, когда уровень напряжения в основной сети отклоняется выше или ниже пороговых величин

Для разных моделей бесперебойников их значения могут отличаться. Реле переключения на автономную работу срабатывает через 5-20 мс, что удовлетворительно не для всех видов оборудования. Большая задержка срабатывания ИБП обусловлена тем, что синхронизация между фазами напряжения в аккумуляторе и сети отсутствует.

К достоинствам back UPS можно отнести бесшумность, высокий КПД и низкую стоимость.

К недостаткам – невозможность регулировать напряжение и частоту при питании от электросети, длительное время перехода на работу от аккумуляторных блоков, частые переключения, зависящие даже от незначительных перепадов напряжения.

Smart UPS

Smart UPS ИБП

Питание включается быстрее, чем у резервных УПС.

Такое название относится к линейно-интерактивным (line-interactive) УПС. Smart-устройство состоит не только из батареи.

В него входит модуль AVR, который автоматически регулирует напряжение, подающееся на вход, но стабилизировать этот параметр плавно не может, поэтому форма кривой напряжения на выходе – аппроксимированная синусоида.

В нормальных условиях частота входящего тока не корректируется, но работают пассивные фильтры и заряжается батарея.

В период отсутствия электроэнергии бесперебойник может поддерживать нагрузку от 1 до 1,5 часов. Переход на питание от батарей зависит от загруженности ИБП. Так, при низкой загрузке даже сильно пониженное напряжение продолжает поддерживаться AVR-трансформатором.

Форма сигнала на выходе у некоторых устройств – неправильная синусоида, другие же оснащены инверторами для ее сглаживания. Включение автономного питания происходит быстрее, чем у резервных УПС за счет совпадения кривых напряжения в сети и аккумуляторе, и составляет 4-8 мс.

Плюсы – автоматическая регулировка значения и формы входящего сигнала, более быстрое переключение, приемлемая цена.

Online UPS

Online UPS ИБП

Недостатком ИБП выступает высокая стоимость.

Это устройства, которые производят двойное преобразование напряжения – сначала с переменного в постоянное, а затем снова в переменное. При работе от сети ИБП непрерывно фильтрует и стабилизирует напряжение.

Блок оснащен выпрямителем переменного тока, после него сигнал распределяется между инвертором и батареей. В то же время происходит сглаживание частоты и формы кривой сигнала.

После преобразования инвертором постоянного тока в переменный, на выходе получается сигнал с напряжением и частотой в форме правильной синусоиды, избавленный от всех помех и шумов.

Поскольку online UPS постоянно задействован в системе, то переключение на электропитание от батареи происходит мгновенно. В момент сильного падения или полного прекращения подачи напряжения, инвертор начинает работать не от выпрямителя, а от аккумулятора.

Читайте также:  Быстрое зарядное устройство Baseus GaN 65 Вт

Другой режим работы ИБП такого типа – байпас. Он осуществляется через резервную линию, соединяющую вход и выход устройства напрямую, и позволяет его использовать при возникновении некоторых аварийных ситуаций. Например, в момент перегрузки сети стартовыми токами или поломки инвертора.

Постоянную работу онлайнового ИБП сопровождает повышенная теплоотдача, поэтому ему требуется дополнительное охлаждение. Чаще всего оно обеспечивается встроенным вентилятором, что делает этот бесперебойник не таким бесшумным, как другие типы подобных устройств.

К недостаткам online УПС можно так же отнести низкий КПД и высокую стоимость.

Основные характеристики ИБП

Чтобы обеспечить эффективную защиту оборудования при разумных затратах, необходимо учесть следующие параметры УПС:

  • Мощность на выходе. Полная измеряется в вольт-амперах (ВА, VA), активная – в ваттах (Вт, W).
  • Диапазон входного сигнала. Определяет те значения напряжения, при которых происходит переключение рабочих режимов.
  • Время работы в автономном режиме (в минутах). Зависит от мощности подключенной техники и емкости батарей.
  • Время, необходимое для перехода от сетевого электропитания на автономное. Измеряется в миллисекундах.
  • Срок эксплуатации. Может быть 5 или 10 лет, это зависит от технических характеристик аккумуляторов.

Устройства могут быть напольной и универсальной конфигурации или устанавливаться в стойку. Батареи размещаются снаружи или внутри корпуса.

ИБП конфигурация

ИБП могут быть напольной, универсальной конфигурации, устанавливаться в стойку.

Как выбрать ИБП

УПС могут использоваться для защиты бытовой и офисной техники, ПК, промышленного оборудования. Сферой применения определяется и выбор модели ИБП, а чтобы сделать его правильно, нужно знать потребляемую техникой мощность.

Ее номинальная величина в ваттах указана в технической документации или на наклейке с задней панели каждого устройства. Так как бесперебойники характеризуются ее значением в ВА, то в расчетах необходимо использовать формулу P(VA)=P(W)/0,7.

Номинальная мощность бесперебойника должна быть выше расчетной на 20-30%. Например, работу оборудования мощностью 750 ВА обеспечит ИБП с номинальным ее значением не ниже 1 кВА. Кроме того, нужно учитывать резкое увеличение нагрузки во время пуска приборов с электродвигателем (компрессоры, насосы), поэтому производителями ИБП разработаны специальные программы для расчета их требуемой мощности.

Время автономной работы УПС подбирается в зависимости от задач, которые будут выполняться. Для защиты компьютеров, мониторов, аудио- и видеоаппаратуры подойдут недорогие устройства offline или smart типа. Если в сети наблюдаются частые перепады напряжения, то лучше взять бесперебойник с функцией AVR.

Для того, чтобы была возможность увеличить время работы ИБП в автономном режиме, выбирают модели с внешним размещением батарей – емкость такого устройства легко увеличивается дополнительными аккумуляторами, которые подсоединяются параллельно.

Лазерные принтеры, инструменты и бытовые приборы с электродвигателями, а также другое оборудование, чувствительное к качеству подаваемого напряжения (требующее правильной синусоиды), обеспечивается питанием только через блоки online типа.

При выборе модели ИБП следует обратить внимание на количество и виды разъемов, которыми она оснащена. Они должны соответствовать подключаемой технике по количеству (желательно с запасом) и типу.

Распространенные модели ИБП

Маркировка UPS начинается с названия компания производителя, далее следует название модельного ряда, число, указывающее мощность в VA и буквенные обозначения конструктивных особенностей устройства.

EX указывает на конфигурацию со встроенным аккумулятором и возможность подсоединения дополнительной батареи. К таким бесперебойникам относится распространенная модель N-Power Smart-Vision 1500 EX. Модификации с буквами LT имеют навесной батарейный блок, вариант RM указывает на конструкцию в стойке, а RT – на универсальное исполнение.

К лучшим моделям резервного типа относятся EATON Ellipse ECO EL650 и Powercom WOW-850 U. Хорошие модели интерактивных ИБП: Ippo Back Basic 650, Powercom Imperial IMP-825AP и APC Smart-UPS 1000VA USB & Serial 230V.

Модели УПС с двойным преобразованием: Ippon Innova RT 1000, Powercom VANGUARD VGS-2000XL. Пользуются спросом модельные ряды бесперебойников всех типов от производителей N-Power, Chloride, Libert, Inelt.

Источник



ИБП — что это такое, принцип работы, характеристики

chto-takoe-ipb

Блоки питания

Виды ИБП их преимущества и недостки

Аварийные ситуации в сети электропитания, работа самодельного сварочного оборудования, непогода с сильным ветром. Все это может привести к выходу из строя высокотехнологичного оборудования, применяемого в быту, офисах и производстве. Для защиты от таких неприятностей существует ИБП. Что такое ИПБ разберем ниже

1. ИБП — расшифровка, краткое описание устройства

ИБП – это Источник Бесперебойного Питания. Это прибор, который обеспечивает бесперебойную подачу напряжения в случае аварий с электропитанием. Он накапливает энергию и при аварии с питанием подменяет основной источник подачи электроэнергии и дает возможность корректно выключить компьютер или дождаться восстановления подачи электроэнергии. Бесперебойник срабатывает как при падении напряжения ниже определенного значения, так и при повышении выше определенной заранее заданной величины.

2. Основная функция

Основная функция – защитить потребитель электроэнергии (компьютер или другое высокотехнологичное оборудование) от отключения напряжения посредством использования аккумуляторной батареи (АКБ). Но если это узел связи, хирургическая операционная, промышленное предприятие непрерывного цикла или еще какой-нибудь объект, требующий беспрерывной работы, то используется целый комплекс мер. В первый момент включается аккумуляторная батарея. Она дает время включиться альтернативному источнику – дизель-генератору.

2.1. Зачем он нужен

ИПБ защищает потребителя от электрических помех в сети обеспечивая на выходе чистый синусоидальный сигнал соответствующего напряжения и силы тока. Вот для чего нужен ИПБ.

2.2. Срок службы ИБП

Срок службы источника бесперебойного питания ограничен сроком службы АКБ. Длительность работы зависит от частоты включения и от качества и схемотехники зарядной части. Если они не очень качественные, то приблизительно на 2 – 2,5 года. Если качественные, то можно надеяться и на 5-6 лет.

что-такое-ипб

3. Типы источников бесперебойного питания, принцип действия

Стандарт IEC 62040-3 имеет классифицирует все ИБП для питания бытовой высокотехнологичной техники по схеме построения:

  • Резервные;
  • Линейно-интерактивные;
  • Двойного преобразования.

В зависимости от напряжения нагрузки ИБП бывают:

  • Однофазными;
  • Трехфазными;
  • Однофазные в трехфазных групповых сетях.

3.1. Резервный

Резервный ИБП (другие названия Off-line, Back UPS, Standby) – это электронный прибор, переключающий питание оборудования на резервный аккумулятор (находится в составе устройства) при сбоях питания.

Недорогие бесперебойники предназначенные для защиты не очень важных рабочих станций. Устройство передает входное напряжение непосредственно на нагрузку. Контролируется качество подачи напряжения и при сбоях питания переводится на питание от батареи через инвертор. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.2. Линейно-интерактивный

ИБП данного вида обеспечивают питание через ступенчатый стабилизатор. Данный узел устройства корректирует напряжение на входе (повышенное и пониженное) и фильтрует помехи. При сбое питания включается батарея и через инвертор питает нагрузку. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.3. ИБП двойного преобразования

ИБП такого вида являются самыми сложными и самыми надежными. Принцип работы заключается в преобразовании входного переменного тока в постоянный. Постоянный ток заряжает аккумулятор и инвертируется в переменный. Даже если напряжение на входе очень низкое или очень высокое все равно на выходе устройства “чистая” синусоида нормальной частоты и амплитуды. В случае полного пропадания напряжения инвертор начинает питаться от батареи. Никаких перепадов на выходе бесперебойника при переключении питания на аккумулятор не происходит.

4. Схема ИБП (электрическая)

Как работает ИПБ.

Блок схема данного резервного ИБП выглядит так:

схема-работы-ипб

В основном режиме происходит подача напряжения на нагрузку и через контроллер на АКБ. Если батарея требует подзарядки, то она подзаряжается. Входное напряжение не корректируется. Только фильтруется через простейшие фильтры.

При выходе напряжения за установленные пределы включается резервный режим. Питание от АКБ через инвертор поступает на нагрузку.

ИБП интерактивного типа имеют блок-схему следующего вида:

ипб-схема-работы

Здесь уже существует встроенный стабилизатор напряжения. Он существенно расширяет диапазон входного напряжения и только при пропадании напряжения начинает питать нагрузку от АКБ.

ИБП двойного преобразования выглядят так:

схема работы ипб

Он полностью отделяет нагрузку от входа осуществляя гальваническую развязку. Такая конструкция не позволит помехам, а главное коротким, высоковольтным импульсам, наведенным от реактивной нагрузки в электрической сети разрушать электронику нагрузки.

5. Правила подбора ИБП

ИБП подбираются по нескольким параметрам. Это:

  • Время работы;
  • Характеристики нагрузки;
  • По рекомендациям производителей;
  • По специальным формулам.

Бесперебойник должен дать пользователю время для корректного закрытия приложений открытых на его компьютере. Это время зависит от мощности потребляемой нагрузки, от вида нагрузки. Ведь в качестве нагрузки может быть не только бытовой компьютер, но и сервер, на котором хранятся очень важные данные, или газовый котел, электроника которого должна быть защищена, но не так критична по требованиям.

5.1. Как рассчитать время работы ИБП

На каждом ИБП имеется маркировка, сообщающая о параметрах устройства. Простой расчет возможен по мощности, которую обеспечивает бесперебойник и мощности потребителя. Мощность нагрузки (самое простое: можно увидеть мощность блока питания компьютера на маркировке) не должна быть выше мощности объявленной производителем источника бесперебойного питания. Тогда у Вас гарантировано будет время (приблизительно 15-20 минут) для корректного выключения компьютера.

5.2. Факторы, влияющие на время работы

Как уже было сказано это:

  • Потребляемая мощность и характер потребления;
  • Емкость батарей и их техническое состояние;
  • Сила тока зарядного устройства ИБП.

Нагрузка может иметь различный характер. Соответственно учитываются потери при передаче энергии от АКБ до нагрузки. Для этого используют различные коэффициенты. Для компьютера обычно выбирают коэффициент 0,85.

Аккумуляторы имеют емкость (измеряются в ампер-часах), и напряжение заряда. Со временем их емкость снижается. На скорость выхода из строя влияют:

  • Потребляемая мощность – должен быть запас по мощности;
  • Условия и частота включения – количество циклов заряда/разряда ограничены;
  • Глубина разряда – нельзя чтобы АКБ разряжалась до 0%;
  • Рабочая температура АКБ – при температуре выше 40 градусов батарея разряжается быстрее.

5.3. По рекомендации производителя

Как выбрать ИПБ

Читайте также:  Блок питания ASUS EeePad Transformer TF300 TF300G TF300TG TF301 TF700 TF101 TF201 SL10190 SL101 Prime

Производитель ИБП с большой точностью может прогнозировать время автономной работы так как перед началом выпуска в продажу тщательно тестирует свою продукцию. Поэтому на его рекомендации всегда можно опереться при подборе бесперебойника.

5.4. По формулам

Для расчета времени работы есть усредненный расчет времени автономной работы:

Емкость аккумулятора (Ампер-час) * напряжение аккумуляторов (вольт)/ постоянную нагрузку (Ватт)

То есть если емкость АКБ – 50 Ампер-часов, напряжение – 12 В, мощность нагрузки -600 Вт, то 50*12/600 = 1 час. Это и будет время автономной нагрузки.

Есть уточненная формула:

tибп = Uакб * Сакб * N * K * Кгр * Кде/ Рнагр

tибп – время автономной работы ИБП при отключении сети, ч;
Uакб – напряжение одной аккумуляторной батареи, В;
Сакб емкость аккумуляторной батареи, А* ч;
N – количество аккумуляторов в батарее;
K – КПД преобразователя (h=0,75-0,8);
Кгр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%);
Кде – коэффициент доступной емкости 0,7 – 1,0 (зависит от режима разряда и температуры);
Рнагр – мощность нагрузки.

6. Дополнительные функции

Кроме основной функции ИБП – обеспечение питания аппаратуры электроэнергией при сбоях в подаче электроэнергии все источники бесперебойного питания имеют в своем составе фильтры ограничивающие импульсные помехи. Более серьезные еще регулируют напряжение на входе. Бесперебойник с двойным преобразованием обеспечивают гальваническую развязку входа и выхода надежно защищая от всяких «энергетических катаклизмов».

6.1. Синхронизация с ПК

В комплект поставки входит специальная программа, позволяющая подключить ИБП к компьютеру и контролировать ситуацию с электропитанием. Подключение производится через USB-, RS-232- или RJ-45 разъем.

6.2. Холодный старт

Это возможность включить компьютер с ИБП при отсутствии внешнего электропитания и последующей работы. Например, срочная отправка или прием почты.

6.3. Розетка

Выход ИБП может оборудован несколькими розетками различного типа.

  • Обычная евророзетка (CEE 7/4);
  • Компьютерная (IEC 320 C13 или IEC 320 C19);

ипб-что-это

7. Что лучше ИБП или стабилизатор

ИБП и стабилизатор, не смотря на свою похожесть выполняют разные функции.

7.1. Сравнительная характеристика

Стабилизатор работает постоянно и выравнивает напряжение на входе. На выходе выдается постоянный уровень напряжения, требуемый для устройства нагрузки. В случае аварии по питанию (на входе 0 напряжения) стабилизатор просто отключится.

ИБП также стабилизирует напряжение на выходе, но при отключении внешнего напряжения еще продолжает некоторое время поддерживать уровень напряжения питания нагрузки.

7.2. Преимущества

  • Стабильное напряжение на выходе;
  • Высокий КПД;
  • Низкая цена.

Не работает без внешнего питания.

  • Надежная защита от внешних факторов;
  • Широкий диапазон входных напряжений;
  • Работа от аккумулятора при отключении внешнего питания.
  • КПД ниже из-за постоянного преобразования напряжения;
  • Повышенный шум в момент скачков электроэнергии;
  • Высокая цена.

Источник

Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы

В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.

Для начала – немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно – ИБП) у нас так же называют UPS, от английского сокращения Uninterruptable Power Supply (беспрерывный источник питания). Поэтому говорят и УПС (UPS) и ИБП, кому как удобнее. Я в статье буду называть и так, и эдак.

Зачем нужен UPS (ИБП)

Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда. Но мы здесь собрались технари-реалисты, и понимаем, что ничего вечного нет, поэтому ниже разберемся в принципе действия.

ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.

Вот пример, как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.

Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления.

Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).

ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.

Виды источников бесперебойного питания

Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.

Итак, три основных вида ИБП:

Back UPS

Другие равнозначные названия – Off-line UPS, Standby UPS, ИБП резервного типа. Самые распространенные УПС, используются для большинства видов бытовой и компьютерной техники.

Back просто переключает нагрузку на питание от батарей при выходе входного напряжения за пределы. Нижний предел у разных моделей – около 180В, верхний – около 250В. Переходы на батарею и обратно – с гистерезисом. То есть, например, при понижении переход на батарею состоится при 180 В и менее, а обратно – при 185 и более. Тот же принцип действует у всех типов ИБП.

Чем-то напоминает работу реле напряжения, которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.

Smart UPS

Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. Недалеко ушли по принципу действия от Back.

Smart UPS действуют умнее, как следует из названия. Они ещё дополнительно переключают внутренний автотрансформатор, в некотором смысле стабилизируя входное напряжение. И только в крайнем случае переходят на батарею.

Таким образом, норма напряжения на выходе поддерживается при бОльших отклонениях на входе (150…300В). Автотрансформатор имеет несколько ступеней переключения, поэтому Умный УПС до последнего переключает выводы автотрансформатора, включая аккумулятор лишь в последний момент. Это позволяет экономить батарею, включая её в работу лишь при полном пропадании питания.

Данное устройство напоминает релейный стабилизатор напряжения со ступенчатым переключением обмоток автотрансформатора. С той лишь разницей, что при выходе за рабочие пределы стабилизатор будет бессилен, а наша “умница” введёт в работу аккумулятор, и питание не пропадёт.

Online UPS

Другие названия – онлайн, источник бесперебойного питания с двойным преобразованием, инверторный. Совершенно другой принцип действия, для любителей чистого синуса. Энергия со входа преобразуется в постоянное напряжение, и поступает на инвертор, генерирующий чистый синус. И одновременно – поддерживает аккумулятор в 100% готовности. При необходимости инвертор продолжает работать так же, только питание на него поступает с аккумулятора.

Используется для аварийного питания техники, чувствительной к форме выходного напряжения – например, газовые котлы, сервера, профессиональная аудио-видео аппаратура и другое стратегически важное оборудование.

Минусов онлайн ИБП два – цена и КПД. КПД низкий, т.к. такой ИБП включен в работу постоянно, что следует из названия. В отличии от двух других типов.

Существуют разновидности онлайн УПС, в которых используется так называемый “сквозной ноль”, для правильной работы газовых электрокотлов. Это связано с тем, что такие котлы чувствительны к наличию реального нуля, для правильного розжига.

Исследование ИБП с помощью осциллографа

А теперь – самое интересное.

Напряжение на выходе Back UPS

Я провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

Что видно по этой временной диаграмме? Период 20мс, частота 50Гц, амплитуда 315В. Стоит отметить, что фаза синуса и генерируемых импульсов совпадает, что хорошо. При пропадании сетевого напряжения ИБП мешкается 5-7 мс, и затем идут импульсы, которые называются “квази-синус”. Вот они:

Back UPS. на выходе ups низкое напряжение

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?

Дело в том, что мультиметр меряет только первую гармонику с частотой 50Гц. Для синуса всё гладко. Но если измерять напряжение таких вот импульсов, надо мерять именно RMS, среднеквадратическое, иначе не будут учтены следующие гармоники – 100, 150, 200 Гц. А они составляют значительную часть энергии, до 30%. Эту особенность знают производители UPS, и чтобы не заморачиваться (и не повышать цену на свои изделия), выдают на наши приборы такие импульсы с амплитудой около 370В.

Подробнее об измерении среднеквадратического несинусоидального напряжения – на видео:

Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды. Форма импульсов на выходе ups

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:

Back UPS - Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть. Форма импульсов на выходе ups

Back UPS, – Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть. Форма импульсов на выходе ups

Тоже фаза не меняется, всё замечательно. Подключал на выход ИБП пускатель 2-й величины, переключал туда-сюда режимы питания – пускатель втянут надежно, никаких проблем.

В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:

Параметры Back UPS - задняя панель

Параметры Back UPS – задняя панель

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Smart UPS_Сеть-батарея. форма импульсов на выходе ups

Время переключения также для всей современной аппаратуры несущественно – менее 7 мс.

Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.

Данные исследования проведены в рамках проекта по включению ИБП в цепь управления промышленного холодильника.

Скачать

Информация по теме – статья про конструкцию и ремонт Источников Бесперебойного питания:

• APC_Smart-UPS_450-1500_Back-UPS_250-600 / Устройство и ремонт ИБП. Пособие по ремонту. Схемы и их обзор., pdf, 1.93 MB, скачан: 1654 раз./

Источник