Типы источников бесперебойного питания (UPS)

В данной статье подробнее рассмотрим типы источников бесперебойного питания и их принципы действия. Надеюсь, что данная статья поможет вам сделать выбор необходимого вам Источника бесперебойного питания (ИБП).Давайте для начала разберем для чего вообще нужны источники бесперебойного питания?ИБП необходим для постоянного (бесперебойного) снабжения электричеством подключенного к нему электрооборудования. Т.е. это устройство в состав которого, как минимум, входит аккумуляторная батарея, инвертор, плата управления и реле переключения между режимами питания от внешней сети либо от аккумуляторной батареи. Существует три типа ИБП:Резервный (другие названия Off-line, Standby)Интерактивный (другие названия Линейно-интерактивный, Line-Interactive)Двойное преобразование (другие названия Online)Теперь рассмотрим само электричество подаваемое энергетическими компаниями для питания бытового электрооборудования. Его основными характеристиками определенными нормами являются:Тип тока: переменныйФорма сигнала: синусоидаНапряжение: 220 В ± 5%, (предельные значения ± 10 %)Частота колебаний: 50 Гц ± 0,2 Гц (предельные значения ± 0,4 Гц)Коэффициент нелинейных искажений формы: не более 8 % (длительно) и не более 12 % (кратковременно) Отклонение от вышеуказанных норм считается, неполадками сети электропитания. В данной статье мы рассмотрим защиту от следующих неполадок в разрезе типов ИБП: отсутствие питающего напряжения в сети; импульсная помеха, кратковременное (10-100мс) увеличение напряжения выше норм; просадка или увеличение напряжения электросети; высокочастотные помехи, наводки из эфира либо проходящих рядом информационных кабелей и наводки от высокочастотной техники; отклонение частоты сигнала более чем на 3 Гц. Как я указал ранее, существуют три типа (схемы построения) источников бесперебойного питания, рассмотрим их подробнее:Резервный (другие названия Off-line, Standby). ИБП построенные по данной схеме работают следующим образом. На его вход подается питание из сети электроснабжения, плата управления контролирует его напряжение, как только пропадает напряжение либо оно падает, либо поднимается выше пороговых значений определенных производителем для конкретной модели ИБП, плата управления переключает реле на питание от батареи, инвертор преобразовывает низкое постоянное напряжение встроенной батареи в высокое переменное напряжение и подает его на выходные разъемы питания подключенной техники, когда схема управления распознает, что входное напряжение восстановлено в пределах допустимых значений, она переключает реле в прямом направлении (питание напрямую из сети) и параллельно производится зарядка батареи (см. Рис.1). Достоинства:1. Простота исполнения2. Дешевизна3. Высокий уровень КПД4. Бесшумная работаНедостатки: 1. Относительно большая задержка при переключении между режимами работы от сети и от батареи2. Не обеспечивает стабилизацию выходного напряжения3. Прямоугольная либо трапециевидная форма выходного сигнала4. Маленький диапазон напряжения при работе в режиме от электросети.5. Нельзя использовать для питания техники с асинхронными двигатели (к примеру миксеры, блендеры, микроволновые печи, в системе циркуляции тепла в отопительных системах и т.д.)Применение: ИБП данного типа применяются для питания питания бытовой и компьютерной техники, сетевого оборудования начального уровня как правило питающихся от блоков питания импульсного типа. Рис.1. Блок-схема работы, Резервного источника бесперебойного питания. Интерактивный (другие названия Линейно-интерактивный, Line-Interactive)Линейно-интерактивный ИБП по своей схеме очень схожи с предыдущим типом (Резервным) за исключением наличия дополнительного элемента автотрансформатора, который служит для регулировки входного напряжения, т.е. для ступенчатой стабилизации напряжения питания (см. Рис.2). При отклонении напряжения от нормы автотрансформатор переключает питающие обмотки тем самым увеличивая либо уменьшая напряжение подаваемое на подключенные устройства, в случае отсутствия напряжения, либо номинал напряжения отклонен от нормы настолько, что автотрансформатор не может его стабилизировать (привести к допустимому значению) система управления переключается на резервное (аварийное) питание от батареи, и ИБП начинает работать аналогично ИБП собранного по схеме Off-line.Достоинства:1. Наличие ступенчатой системы стабилизации напряжения AVR (Automatic Voltage Regulator);2. Задержка переключения режимов меньше чем у Резервных;3. Практически бесшумная работа;4. За счет применения схемы стабилизации, увеличенный диапазон работы от сети не переходя в режим работы от батареи;5. Более быстрое переключение режимов между работы от сети и от батареи чем у Резервных.Недостатки: 1. КПД ниже чем у ИБП Резервного типа;2. Прямоугольная либо трапециевидная форма выходного сигнала;3. "Примитивная" ступенчатая стабилизация (2-5 ступеней стабилизации);4. Нельзя использовать для питания техники с асинхронными двигатели (к примеру миксеры, блендеры, микроволновые печи, в системе циркуляции тепла в отопительных системах и т.д.).Применение: Бытовая и компьютерная техника. Техника требующая более приближенного к норме входного напряжения, подходит для установки в местах с пониженным уровнем напряжения электросети. Рис.2.Блок-схема работы, Линейно-интерактивного источника бесперебойного питания. Двойное преобразование (другие названия Online)ИБП данного типа в корне отличаются от Standby и Line-Interactive. В ИБП с двойным преобразованием входное переменное напряжение сначала преобразуется в низкое постоянное и затем обратно в высокое переменное. В данных системах батарея подключена в схеме постоянно, поэтому характеристика Скорость переключения как таковая отсутствует, т.е. время переключения равно нулю. При отсутствии напряжения на входе с электросети, моментально начинает работать батарея. Форма и параметры выходного напряжения никак не зависят от поданного на UPS(см. Рис.3).Достоинства:1. Стабилизированное выходное напряжение гарантированно соответствующее нормам электропитания не зависимо от режима работы от электросети или от батареи;2. Форма выходного сигнала Синусоида возможность подключения приборов требующих именно эту форму сигнала (к примеру приборы с асинхронными двигателями);3. Отсутствие задержки при переключении режимов работы от электросети и от батареи;4. Высокотехнологичная схема, защита от импульсных и высокочастотных помех;5. Увеличенный диапазон работы от сети не переходя в режим работы от батареи;6. Развязка входной и выходной цепей питания.Недостатки: 1. КПД ниже чем у ИБП резервного и интерактивного типа;2. Высокий уровень шума за счет необходимости использования вентиляторов охлаждения внутри корпуса системы;3. Необходимость в более частой профилактической чистке от попавшей пыли во внутрь корпуса через систему воздушного охлаждения;4. Повышенное тепловыделение;5. Высокая стоимость.Применение:Для питания техники требовательной к качеству и соответствию нормам питающего напряжения, техники с асинхронными двигателями. Очень часто, за счет своей надежности, технологичности и отсутствии задержки при переключении режимов, Online ИБП используются в качестве источников резервного питания в серверных комнатах для питания серверного оборудования как гаранты стабильной работы от сети дорогостоящих серверных систем, активного сетевого и телефонии. Рис.3.Блок-схема работы, Онлайн источника бесперебойного питания. Off-line Line-Interactive Online Работа от батареи при отсутствии напряжения Да Да Да Защита от импульсных помех Есть Есть Есть Просадка и высокое напряжение Маленький диапазон Большой диапазон Большой диапазон Защита от высокочастотных помех Есть Есть Есть Стабилизация напряжения Нет Ступенчатая Стабилизированное напряжение Защита от отклонения частоты Нет Нет Есть Тип выходного сигнала Прямоугольны или трапециевидный Прямоугольны или трапециевидный Синусоида Уровень шума Низкий Низкий Высокий Цена Низкая Средняя Высокая