49 . Источники бесперебойного питания (ипб) с переключателем offline

Источники бесперебойного питания являются хорошими помощниками в тех сферах, где необходимо постоянное подключение к электросети или должна быть возможность завершить работу всего электрооборудования для его безопасного отключения.

Существует три типа источников бесперебойного питания. О типе Off-Line/Stand-By/back-up UPS мы сейчас поговорим более подробно. Источники бесперебойного питания Off-Line еще называют пассивными и резервного действия. В нормальном режиме при штатной нагрузке питания, это оборудование функционирует как фильтр напряжения первичной сети при допустимых отклонениях напряжения и частоты на входе. В случаях, если напряжение или частота тока отклоняется от необходимых параметров, к работе подключается инвертор ИБП, который и обеспечивает непрерывность питания нагрузки. Сам инвертор при этом питается от встроенных аккумуляторов.

Источники бесперебойного питания такого типа являются наиболее простыми по конструкции, а, следовательно, и самыми дешевыми.

При нормальных характеристиках сети, оборудование пускает напряжение в нагрузку через фильтр, который фильтрует всевозможные помехи. Обычно фильтром является фильтр-стабилизатор (lineconditioner), фильтр ограничитель (surgesuppressor) или их сочетание совместно со статическим переключателем.

Через выпрямитель одновременно подзаряжаются аккумуляторы аккумуляторной батареи. В момент, когда напряжение в сети пропадает, повышается или понижается, электронный переключатель питание нагрузки переводит на инверторное, с использованием аккумуляторной батареи. При этом инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное.

Переключатель обеспечивает переключение за 2-15 мс. Это время достаточно мало, поэтому пропадание электроэнергии проходит незаметно для пользователя, а компьютерные системы спокойно переносят отключение электропитания на 10-20мс. Учитывая и то, что у всей современной аппаратуры блоки питания импульсные, то вся она не страдает при срабатывании переключателя, а пользователь не замечает никаких изменений в работе. Источник бесперебойного питания Off-Line может поддерживать работу персонального компьютера на протяжении 5-10 минут. Этого времени вполне хватает для того, чтобы закрыть все приложения и выключить компьютер.

Основными недостатками источников бесперебойного питания Off-Line считаются: при частых переключения на батарейное питание, емкость аккумулятора не успевает восстановиться полностью; плохая работа в сетях с низким качеством (неудовлетворительная защита от провалов напряжения, изменения частоты, формы входного напряжения и допустимого значения напряжения); при питании от аккумуляторной батареи, выходное напряжение несинусоидальное.

Таким образом, ИБП типа off-line в большей степени подходит для защиты аппаратуры с импульсным блоком питания и не очень частыми отклонениями характеристик электропитания.

ИБПтипа Off-Line (Офф-лайн)

Источник бесперебойного питания типа офф-лайн работает по простой схеме. В нем есть автоматический переключатель, к входам которого подключены батарея и внешнее питание. Заряжается батарея от внешней сети.

Такой переключатель в обычном режиме подает на выход напряжение внешнего питания, в случае временного исчезновения такового, идет переключение на питание от батареи (затрачивая времени около 4 миллисекунд).

Конструкция офф-лайнового ИБП имеет следующие возможности - его батарея обеспечивает электропитание на промежутке небольшого интервала времени и, соответственно, эффективна только для устранения кратковременных провалов внешнего напряжения.

Батарея такого источника выдает накопленный заряд в виде постоянного тока, поэтому между автоматическим переключателем и батареей устанавливается инвертор, который служит для преобразования постоянного тока в переменный.

Таким образом, источники бесперебойного питания типа офф-лайн, являющиеся самыми простыми в исполнении, дешевыми и легкими, спасают фактически только от кратковременных исчезновений напряжения во внешней сети.

резервные ИБП (off-line, Standby - автономные) - самые дешевые. Для защиты недорогой бытовой техники и домашних компьютеров.

Принцип работы: при нормальном напряжении в сети – питание подсоединенных приборов осуществляется напрямую, а при его пропадании – за счёт акккумулятора ИБП. На выходе они выдают ступенчатое напряжение и функциями стабилизации не обладают.

Недостатки: 1) в них, обычно, нет стабилизатора; 2) при пропадании напруги в сети возникает короткий перерыв в подаче тока (до 20 мс). Качественное оборудование обычно это выдерживает (если в блоке питания, этого оборудования, стоят конденсаторы достаточной ёмкости); 3) напряжение не синусоидальное (как надо бы), а ступенчатое; 4) остаются высокочастотные помехи; 5) переключение на питание от батарей производится при любом отклонении напряжения от заданной нормы, что быстро изнашивает аккумулятор;

При выборе ИБП Off-Line типа, следует обратить внимание на его мощность, время резервирования (работа от аккумулятора), время переключения на работу от батарей, диапазон входного напряжения без включения батарей.

 

50. Линейно интерактивная с гальванической развязкой цепей с дельта преобразованием

Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания

Устройства такого типа созданы на технологии line-interactive. Конструктивное отличие такого источника бесперебойного питания от типа офф-лайн – наличие на входе трансформатора, что дает возможность получать более стабильное напряжение в широком интервале величин входного напряжения. Таким образом, подавляются пики внешнего напряжения питания, офф-лайн источники питания с этой проблемой справится не способны.

Интерактивный источник бесперебойного питания обеспечивает защиту от кратковременных исчезновений, перепадов и просадок внешнего напряжения, пиков. В подобных устройствах не реализован контроль формы напряжения, не достаточно эффективна фильтрация помех и выбросов, а помехи, сгенерированные нагрузкой, будут пропускаться обратно в сеть.

Интерактивные ИБП подходят больше для поддержки оборудования, где необходимо контролировать величину входного напряжения электропитания, но не его спектральные характеристики. Они обеспечивают более высокую степень защиты по сравнению с технологией офф-лайн и широко используются для защиты сетевого и удаленного оборудования, маршрутизаторов и коммутаторов. И что важно, они существенно дешевле, чем ИБП, произведенные по технологии он-лайн.

Тип Он-лайн

Принцип работы он-лайновых источников бесперебойного питания иной и совершенно отличается от схемы, на которой построены типы офф-лайн и интерактивные бесперебойники. Он-лайн UPS работают по схеме двойного преобразования напряжения. В первую очередь входное переменное напряжение выпрямляется, преобразуется в постоянный ток. После, выпрямленное напряжение питает батарею и подается на инвертор, который постоянный ток преобразует обратно в переменный и идет на выход ИБП. Любая просадка внешнего напряжения будет немедленно компенсирована током, благодаря наличию включенной постоянно в сеть батареи перед инвертором.

Огромный плюс он-лайновых источников бесперебойного питания – это нулевое время переключения между разными режимами работы, отсутствие скачков напряжения связанных с таким переключением, частоты, формы сигнала.

В постоянном токе проблем с частотой быть не может, а так же формой импульса, фазой, или прочими шумами, которые существовали в переменном токе. Ток постоянный, как было написано ранее, идет на инвертор строго контролированной величины, где преобразуется в переменный ток с формой импульса, частотой и фазой строго контролированной, в котором нет шумов.

Он-лайновыебесперебойники не дёшевы и не предназначены для защиты домашнего ПК. Но для аппаратуры важной, критичной, к примеру - для современного сервера, сбои в работе которой могут привести к ущербу в тысячи долларов, он-лайновые источники бесперебойного питания оправдывают себя, сохраняя банковские данные постоянно и надежно хранимыми, серверные станции неизменно работающими.

линейно-интерактивные ИБП (line-interactive или Smart UPS) – средняя цена.  Плюсы: 1) стабилизируют переменное напряжение ступенчато, при помощи автотрансформатора (бустера); 2) на выходе - почти синусоида; 3) дополнительно, выполняет  функции сетевого фильтра.  Недостатки: 1) остаются высокочастотные помехи, гуляющие по сети общего пользования.

Принцип работы: переключение режимов работы производит микропроцессор – скачки сглаживаются стабилизатором («AVR mode» - стабилизация), и только в крайнем случае происходит переключение на аккамулятор («Onbattery» - режим работы от батарей), производится стабилизация напряжения, обеспечивается на выходе напряжение в форме синусоиды (в некоторых дешевых моделях этой функции нет и на выход подаётся ступенчатое приближение к ней.

Переключение "сеть-батарея" происходит значительно более гладко, чем у ИБП Off-line и занимает меннее четверти периода синусоиды (примерно 3-4 мс). Стабилизатор напряжения (surgeprotection) позволяет реже переключаться на питание от аккумулятора, что значительно продлевает ресурс аккумуляторной батареи.

К line-interactive-ИБП относят и ферро-резонансныебесперебойники. Их преимущество – за счет использования феррорезонансного трансформатора, провал напряжения, при переключении режимов работы, сводится к минимуму, устраняются всевозможные сетевые помехи. Кривая напряжения на выходе имеет синусоидальную форму, что и требуется бытовой электронике.

Выбирать модель, которая обеспечивает стабилизацию (без переключения на батарею) не только пониженного напряжения, но и повышенного (>220В). Выше стандарт у приборов серии PRO.

 

on-line (линейные, ИБП с двойным преобразованием) – дорогие. Плюсы: 1) питают нагрузку постоянно от аккумулятора, поэтому  - на выходе всегда стабильное напряжение; 2) возможность замены батарей в "горячем" режиме.  Минусы: 1) малый ресурс (быстро изнашиваются аккумуляторы); 2) низкий КПД, за счёт двойного преобразования

on-line-UPS – нужны и при питании  от дизель-генераторной установки, когда нестабильны частота и  напряжение.

Однофазные и трехфазные ИБП, технологии «on-line», обеспечивают «чистое» синусоидальное бесперебойное электропитание с крест-фактором (CrestFactor) = 3 : 1

Аппараты данного типа производятся мощностью не менее 1500 VA.

On-line-устройства предназначены для защиты питания дорогостоящей и хранящей информацию электроники (домашних кинотеатров, серверов)  Как и для стабилизатора напряжения, для ИБП необходимо определить мощность нагрузки. Алгоритм расчета тот же - сумма мощностей устройств, подключенных к выходу прибора с учётом стартовых токов (ЭЛТ-мониторы, телевизоры, холодильники) и 20-30%-ного запаса.