Типы источников бесперебойного питания

опубликовано: .

      СОДЕРЖАНИЕ:

  1. ИБП типа Off-Line
  2. ИБП типа Line-Interactive
  3. ИБП типа On-Line

Все источники бесперебойного питания (ИБП) отличаются друг от друга степенью надежности и качеством электроэнергии подаваемой к электроприемникам. В связи с этим у любого покупателя встает вопрос: - «Какой ИБП подойдет для решения именно моих задач?».

Несколько десятилетий назад, когда подобные устройства только начинали создаваться, этим же вопросом задались и инженеры международной электротехнической комиссии. И вот в 1986 году был разработан стандарт МЭК IEC 60146-4, в котором было решено, все существующие ИБП разделить три группы (типа):

  • Off-Line;
  • Line-Interactive;
  • On-Line.

ИБП каждой группы имеют свои конструктивные отличия, которые как раз и определяют качество основных выходных параметров, а следовательно и надежность электроснабжения.

К основным выходным параметрам относятся:

  • диапазон входного напряжения и частоты;
  • форма и величина выходного напряжения;
  • время переключения с основного питания (от сети электроснабжения) на аккумулятор и обратно;
  • время автономной работы, мощность.

Рассмотрим каждый тип ИБП поподробнее.

ИБП типа Off-Line

Источники бесперебойного питания типа Off-Line, в стандарте определены как пассивные и, по сути, являются источниками резервного действия. Такое определение они получили потому, что при работе в штатном режиме питание на потребители подается непосредственно из сети электроснабжения, а при возникновении определенных неудовлетворительных условий, переключаются на аккумулятор.

Архитектура ИБП типа Off-Line

Рис. 1. Архитектура ИБП типа Off-Line

ИБП состоит из двух параллельных ветвей:

  • основной (фильтр-нагрузка);
  • резервной (выпрямитель-аккумулятор-инвертор-нагрузка).

Как видно из рисунка основная цепь содержит фильтр. Он исключает попадание больших «скачков» напряжения и высокочастотных помех к потребителям. При изменении напряжения сети больше установленного минимального или максимального значения, выходное питание переключается на резервную цепь. Однако нужно сказать, что не все резервные источники переходят в батарейный режим при превышении максимального значения напряжения, а попросту отключаются.

Минимальное и максимальное значение есть не что иное, как диапазон входного напряжения. В идеале, дабы не подвергать риску выхода из строя запитываемые потребители, диапазон входных напряжений должен находится в пределах ±10 % от номинального напряжения сети, то есть 198-242 В. Но обычно производители завышают его до ±20-25% (165-176 В и 264-275 В), что не очень хорошо. При таких напряжениях многая техника либо не будет работать, либо выйдет из строя.

Время переключения с основной цепи на резервную для таких устройств колеблется в пределах 4-15 мс. Учитывая, что все современное электронное оборудование (такое как компьютеры, телевизоры, радиоприемники) имеет импульсные блоки питания способные продолжать работу при отключении питания до 10-20 мс, то переключение происходит незаметно.

После переключения на резервную цепь, нагрузка начинает получать питание от аккумулятора через инвертор (устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное).

Основными недостатками резервных ИБП являются:

  • отсутствие защиты потребителей от глубоких провалов и повышений напряжения сети электроснабжения, а также изменения значения его частоты и формы кривой;
  • большая несинусоидальность формы выходного напряжения при работе от аккумулятора;
  • узкий диапазон входных напряжений обуславливает частые переключения питания нагрузки с основной ветви на резервную. По этой причине аккумуляторная батарея ИБП находится в недозаряженном состоянии.

Таким образом, ИБП Off-Line рекомендуется использовать в качестве резервного источника питания, в сети с редкими и незначительными отклонениями напряжения, для оборудования имеющего импульсные блоки питания (например, домашних персональных компьютеров, телевизоров и другой электронной бытовой техники).

ИБП типа Line-Interactive

Архитектура источников бесперебойного питания линейно-интерактивного типа (Line-Interactive) очень похожа на архитектуру ИБП типа Off-Line. Отличие состоит в том, что в основную ветвь питания установлен трансформатор с переключающимися обмотками (автотрансформатор).

Архитектура ИБП типа Line-Interactive

Рис. 2. Архитектура ИБП типа Line-Interactive

Как и в случае с ИБП типа Off-Line, при нормальной работе (когда напряжение сети не превышает максимального или минимального значения), напряжение на нагрузку подается по основной цепи (трансформатор-фильтр-нагрузка). Переключение на резервное питание происходит лишь в случае нарушения данного условия, например, при 150 или 270 В. При значениях напряжения, находящихся внутри этого диапазона, работает автотрансформатор.

Значения напряжений, при которых обмотки автотрансформатора будут переключаться, зависит от числа отпаек во вторичной обмотке. Иначе отпайки еще называю ступенями. Чем больше число ступеней, тем чаще будут происходить переключения, и тем точнее будет поддерживаться напряжение на выходе ИБП. К примеру, если диапазон входного напряжения равен 270 – 150 = 120 В, а число ступеней – 3, то переключение будет происходить каждые 30 В, то есть при входных напряжениях равных 180, 210 и 240 В. При 150 и 270 В ИБП переключится на аккумуляторное питание. В результате таких переключений на выходе всегда будет поддерживаться напряжение210-240 В (что укладывается в диапазон ±10% указанный в ГОСТ 32144-2013), а при аккумуляторном питании (через инвертор) – 220 В. Но все же это не самый хороший показатель качества регулирования. Желательно чтобы напряжение на выходе ИБП изменялось хотя бы в пределах ±5%, от 209 до 231 В.

Существует еще одна особенность, отличающая интерактивные ИБП от резервных. Автотрансформатор имеет ферритовый сердечник, обладающий нелинейной характеристикой намагничивания. Благодаря этому происходит сглаживание «скачков» сетевого напряжения, что является положительным моментом. Однако высокое выходное сопротивление может послужить причиной несрабатывания защитных предохранителей на подключенных к источнику электроприборах и их последующему выходу из строя.

К положительным сторонам ИБП, кроме регулирования сетевого напряжения, можно также отнести:

  • широкий диапазон входных напряжений – от 80 до 290 В;
  • малое время переключения с режима на режим – 2 мс;
  • повышенный срок службы аккумуляторной батареи, вследствие редких переходов с одного режима на другой.

Линейно-интерактивные ИБП найдут применение для защиты отдельных электронно-вычислительных машин или их групп, питаемых от сети электроснабжения с частыми, значительными перепадами и «скачками» напряжения. К ним можно подключать и бытовую электронную технику (телевизоры, радиоприемники, холодильники, микроволновые печи и т.п.).

ИБП типа On-Line

На основе технологии On-Line строятся самые надежные типы ИБП. Основной цепью, через которую осуществляется питание электроприемников, является именно та, которая содержит выпрямитель и инвертор. Поэтому ИБП онлайн типа преобразует 100% поступающей к нему электроэнергии. Переменное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное. При этом формируется синусоида практически идеально формы.

Архитектура ИБП типа On-Line

Рис. 3. Архитектура ИБП типа On-Line

Глядя на архитектуру ИБП (рис. 3) становится понятным, почему многие его называют двухконтурным. Первым контуром является выпрямитель, вторым – инвертор. Выпрямитель во многих ИБП выполнен из двух блоков. В первом происходит преобразование переменного напряжения в постоянное (выпрямление). Во втором, уменьшается величина выпрямленного напряжения и его последующая стабилизация.

При удовлетворительном качестве входного напряжения инвертор питается от выпрямителя. Как только значение входного напряжения или частоты выходит за рамки минимального или максимального значения, к цепи питания инвертора вместо выпрямителя подключается аккумуляторная батарея.

Источники типа On-Line обеспечивают очень большую точность поддержания выходного напряжения (в пределах ±1-3%), даже при значительных изменениях входного (от 80 до 280 В). Кроме того, для таких источников не важна даже правильность формы синусоиды входного (сетевого) напряжения. Можно сказать, что на входе просто должно присутствовать хоть какое-то напряжение, чтобы было что регулировать.

Наличие в источниках цепи «Bypass» (обходного режима) позволяет подключать нагрузку непосредственно к сети электроснабжения. Ручной режим включения «Bypass» может использоваться при горячей замене аккумуляторных батарей и при проведении регламентных работ. Автоматический режим «Bypass» необходим для разгрузки основной питающей цепи при резком увеличении тока выше номинального, например, при запуске электродвигателей.

К недостаткам ИБП типа On-Line можно отнести низкий КПД (85-90%) и высокую стоимость по сравнению с другими рассмотренными архитектурами. Однако эти недостатки уравниваются выполняемыми задачами.

Двухконтурные ИБП следует использовать в сетях с нестабильной синусоидой, частыми перепадами и «скачками» напряжения, с изменяющейся частотой. Это самые надежные ИБП способные обеспечить стабильную работу ответственного оборудования, выход из строя которого, может повлечь за собой большие финансовые потери и угрозу жизни людей (например, котельного и медицинского оборудования, информационных вычислительных комплексов).

5 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 Голос)