Ибп с гальванической развязкой

ВВЕДЕНИЕ

Отличительные особенности существующих классов ИБП могут быть нагляднее всего оценены при рассмотрении поведения источника в различных режимах работы. Ниже перечисляются эти режимы и основные факторы, требующие внимания:

Питание нагрузки при наличии напряжения во входной сети

Это основной режим работы любого ИБП. Для случаев, когда напряжение отсутствует большую часть времени, использование отдельно стоящего ИБП является плохим решением и здесь требуются дополнительные источники электроэнергии, например дизель-генератор. При работе от сети источник выступает для нагрузки ограничителем и фильтром сетевых помех, а в некоторых классах, еще и стабилизатором напряжения. От защитных свойств, демонстрируемых ИБП, напрямую зависит качество работы и срок службы запитанного от него оборудования.

Питание нагрузки при работе от встроенных аккумуляторов

При полном отключении питания или выходе напряжения в сети за определенный диапазон (чрезмерном повышении или понижении) любой ИБП переходит на работу от встроенных батарей. В этом случае выходное переменное напряжение генерируется инвертором получающим энергию от аккумуляторных батарей. Форма и стабильность генерируемого напряжения является основополагающей характеристикой ИБП при работе от батарей. Идеальной формой выходного сигнала является гладкая синусоида.

Переход на аккумуляторы и обратно

Любой ИБП имеет диапазон входного напряжения, при котором он способен работать без перехода на аккумуляторы. Другой основополагающей характеристикой является время перехода на аккумуляторы и обратно. В этот момент большинство классов ИБП не в состоянии обеспечить непрерывность выходного сигнала. Чем шире диапазон допустимого входного напряжения, тем реже ИБП переходит на аккумуляторы, желательно также, чтобы время этого перехода было как можно меньше.

КЛАССЫ ИБП

Все имеющиеся в настоящий момент на рынке ИБП условно можно разделить на три класса.

Off-line или Standby

Принцип работы таких источников понятен из названия – нагрузка (т. е. Ваш потребитель) через некий сетевой фильтр напрямую связан с городской электросетью. При отключении входного напряжения, ИБП Off-line переходит на питание нагрузки инвертором от встроенных аккумуляторов. К недостаткам этих устройств следует отнести:

• отсутствие хорошей фильтрации и стабилизации выходного напряжения, выходное напряжение при работе от сети всегда равно входному;
• даже при незначительных падениях и бросках напряжения ИБП переходит в режим работы от встроенных аккумуляторов;
• время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 5-20мсек;
• в некоторых ситуациях время переключения может утраиваться;
• большинство моделей при работе от аккумуляторов не воспроизводят на выходе напряжение синусоидальной формы;

Гибридные (Line-interactive, Ferroresonant, и др.)

Принцип действия в основном аналогичен Off-line, но с целью подавления некоторых видов помех и улучшения работы потребителей при длительном падении или повышении напряжения в этих источниках используются различные дополнительные устройства («бустеры», «кондиционеры линий» и др.). Недостатки ГИБРИДНЫХ ИБП те же, что и у Off-line, кроме этого, их регулирующие напряжение узлы могут порождать устойчивые искажения выходного сигнала и непредсказуемые переходные процессы

On-line c двойным преобразованием

ИБП преобразует 100% поступающего к нему на вход переменного тока в постоянный (т. н. выпрямление), а затем выполняет обратное преобразование. Это своего рода электростанция, преобразующая всю поступающую на вход “грязную” энергию в “чистую”, т. е. свободную от помех и каких-либо искажений, и поэтому идеально подходящей для питания сложных потребителей. ИБП класса On-line обеспечивают прецезионную стабилизацию величины и формы выходного напряжения и полную фильтрацию любых помех, возникающих в электросети. Кроме этого, как правило, они корректируют Км (коэффициент мощности) нагрузки, снижая, таким образом, ток потребления от сети, благодаря чему не нужно устанавливать более мощные защитные автоматы и применять провода увеличенного сечения, чем в случае применения ИБП других классов. При их переходе на аккумуляторные батареи полностью отсутствуют переходные процессы у выходного напряжения.

On-line c дельта-преобразованием

Преимущества этого принципа заключаются в том, что двойному преобразованию подвергается не вся энергия потребляемая от сети, а только ее часть (примерно 20%, отсюда и название принципа дельта-преобразование). Такой части энергии, как правило достаточно для компенсации отклонений входного напряжения от номинального значения, и соответственно поддержания стабильного выходного напряжения, а это ведет к уменьшению потерь и естественно повышению КПД.

У таких источников выпрямитель на входе отсутствует, а это резко снижает коэффициент не синусоидальности входного тока, без применения специального входного фильтра.

Кроме этого значительно повышается входной коэффициент мощности [Км] до 1.

Все эти особенности позволили не ставить на входе дополнительных фильтров и минимизировать реактивную мощность ИБП, а при стыковке такого ИБП с дизельгенераторной установкой (ДГУ) принимать коэффициент запаса по мощности ДГУ не более 1,3.

АНАЛИЗ РАЗНЫХ КЛАССОВ ИБП

Если попытаться проанализировать эти классы то можно увидеть, что такая характеристика как время перехода на аккумулятор присутствует только у ИБП классов Off-line и ГИБРИДНЫХ. Типовое значение времени перехода на аккумулятор у этих классов, составляет 4-5 мсек. (согласно рекламных материалов). Однако следует иметь в виду, что это верно лишь при обрыве входной линии. В случае, когда входное напряжение исчезает за счет короткого замыкания на входе или отключения питания на трансформаторной подстанции, оно может увеличиться в 4-6 раз. Теоретически современные компьютеры способны выдержать без мгновенных последствий единичный перерыв в питании продолжительностью до 15 мсек., но с более длительными перерывами уже приходится считаться, особенно неприятные последствия могут произойти, если компьютеры связаны в ЛВС.

Off-line и ГИБРИДНЫЕ ИБП

Выходное напряжение при работе в автономном режиме имеет, как правило, прямоугольную или ступенчатую формы. Многие ошибочно полагают, что форма выходного напряжения не важна для компьютерной нагрузки, но коэффициент нелинейных искажений (КНИ) у такого напряжения может достигать 50% или 30% соответственно. В рекомендациях специалистов МЭКа (Международной Электротехнической Комиссии) однако говорится, что выходное напряжение должно иметь гладкую синусоидальную форму, а в отдельных статьях даже указывается, что КНИ не должен превышать 5%.

Такое понятие, как стабильность выходного напряжения у ИБП Off-line вообще отсутствует, так как выходное напряжение всегда равно входному, если источник не работает от аккумуляторов. Как правило, диапазон входного напряжения у Off-line без перехода на аккумуляторы равен 187-264 В. Поэтому точно так же будет изменяться и выходное напряжение. У ГИБРИДНЫХ диапазон входного напряжения несколько шире, как правило, 176-264 В, а выходное напряжение при этом изменяется в пределах 187-264 В. Расширение нижней границы входного диапазона обусловлено так называемым «бустером». Фактически бустер представляет собой автотрансформатор с отводами, который ступенчато или поднимает выходное напряжение, или снижает его. Таким образом, говорить о стабилизации напряжения ГИБРИДНЫМИ ИБП также не приходится.

ИБП класса On-line

ИБП класса On-line с двойным или дельта-преобразованием энергии, во-первых, не имеют времени перехода на аккумуляторы (оно равно нулю). Таким образом, при переходе на аккумулятор или обратно выходная синусоида не имеет разрывов или каких-либо других искажений. Во-вторых, форма выходного напряжения всегда синусоидальная и не зависит от формы, частоты и величины входного напряжения, и следовательно, электромагнитная совместимость этих ИБП неизмеримо выше, чем Off-line и ГИБРИДНЫХ.

Описанные выше принципы построения ИБП On-line имеют, помимо перечисленных, еще множество чрезвычайно полезных для пользователя следствий, например:

Гальваническая развязка

Высококачественные On-line, за исключением особо малых, ИБП обычно имеют так называемую гальваническую развязку, т.е. в них отсутствует замкнутая электрическая цепь между входом и выходом (т.о. электроцепи «до» и «после» прибора не связаны проводниками между собой), что существенно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования.

Ресурс аккумуляторов

Стоимость аккумуляторов составляет 40-50% от стоимости ИБП класса On-line. Ресурс аккумуляторов, как известно, определяется количеством циклов заряд-разряд, температурой окружающей среды, оптимальностью зарядного и разрядного тока и их периодическими «тренировками».

Количество циклов заряд-разряд определяется диапазоном входного напряжения – чем он шире, тем реже ИБП переходит в автономный режим. Наиболее комфортная температура для аккумуляторов 20-25С, при понижении снижается их емкость при повышении увеличивается их саморазряд. Оптимизация зарядного и разрядного тока выполнена в них аппаратными средствами, а чтобы осуществлять тренировку аккумуляторов в ИБП встроен таймер, который каждые 28 дней включает аккумуляторы на внутреннюю нагрузку, определяя их емкость, после этого производится автоматический подзаряд батарей. Если емкость батарей ниже 75% первоначальной, пользователь получает соответствующее предупреждение. Благодаря этому ресурс аккумуляторов в On-line ИБП составляет не менее 6-10 лет.

Режим Ву-Раss

By-Pass представляет собой режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр, в некоторых моделях еще и через трансформатор гальванической развязки, находящиеся в ИБП . Различают By-Pass автоматический и ручной.

Автоматический By-Pass включается при перегрузках ИБП , например при включении нагрузки, пусковая мощность которой в 3 – 7 раз выше номинальной, при отказах возникающих внутри источника, при перегреве и т.п. Без автоматического By-Pass невозможно построение некоторых резервированных систем бесперебойного питания. При резервировании входы ИБП и By-pass должны быть раздельными. Вход основного ИБП питается от сети, а вход By-Pass от стоящего в горячем режиме резервного. В случае отказа основного ИБП он автоматически переключается в By-pass и нагрузка получает питание от резервного. Существуют и другие архитектуры систем бесперебойного питания, в которых необходимо наличие автоматического By-Pass.

Ручной By-pass необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых с ИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки.

Таким образом, наличие режима By-Pass позволяет экономить на мощности ИБП (выбирать ИБП без учета пусковой мощности защищаемого оборудования), повышает надежность, обеспечивает гибкость при создании сложных систем бесперебойного питания, создает удобства при обслуживании и ремонте ИБП.

Холодный старт

Холодный старт – это режим автономного запуска ИБП при отсутствии напряжения во входной сети. Далеко не все ИБП имеют такую возможность. «Холодный старт» обеспечивает дополнительные удобства, например возможность срочно передать факс или вывести какой-либо файл на принтер при отсутствии напряжения в сети.

1. ИБП On-line – идеальная защита для нагрузки даже в таких критических ситуациях, как удары молний или статические разряды в элементы электросети. В этом случае все воздействие возникающего электрического пика принимает на себя выпрямитель ИБП, а нагрузка продолжает получать чистое питание без помех и сбоев.
2. Нагрузка, запитанная через ИБП класса On-line, не может быть выведена из строя или повреждена путем «электро» диверсии (целенаправленного воздействия на электроприбор или группу приборов через внесение специально подобранной последовательности возмущений в питающую их электросеть).
3. ИБП On-line является единственной абсолютно надежной защитой от попыток считывания информации с компьютера путем анализа его обратного воздействия на электросеть.

Из-за высоких технических показателей источников класса On-line в последнее время некоторые производители, не владеющие соответствующими технологиями, а также их торговые партнеры, выдают свои ГИБРИДНЫЕ источники за On-line. Основополагающим признаком, отличающим все ИБП этого класса, является следующий – если поступающий на вход источника ток, претерпевает как минимум двойное преобразование (переменный ток-постоянный-переменный), тогда ИБП относится к классу On-line, иначе – нет.

Power-Vision 3F – это серия источников бесперебойного питания (10 кВА . 60 кВА) с двойным преобразованием напряжения (On-Line) и 100% гальванической развязкой вход/выход, включая цепи Bypass. Такое устройство обеспечивает максимальную помехозащищенность и является идеальным решением по защите вычислительной техники, медицинского и лабораторного оборудования, высокоточных измерительных комплексов, аудио- и видеостудий, радио- и телевизионных станций, а также любых других критичных систем.

Подробное описание моделей и их технические характеристики находятся здесь: Power-Vision 3F.

Блок-схема ИБП Power-Vision 3F с изолирующим трансформатором на выходе

Основные технические преимущества ИБП Power-Vision 3F

(a) Надежная защита по входу. Все три входные силовые линии (вход выпрямителя, резервный вход Bypass и вход ручного Bypass) оснащены отдельными автоматами, таким образом, защита каждой цепи индивидуальна. При срабатывании любого их них питание будет производиться по альтернативной цепи.

(b) Защита от всплесков входного напряжения. На входе устройства установлен ограничитель импульсов (варистор), обеспечивающий защиту ИБП и его нагрузки от кратковременных всплесков напряжения электросети, вызванных грозовыми разрядами или коммутацией соседних потребителей большой мощности.

(c) Подавление электромагнитных помех. Для выполнения международных норм электромагнитной совместимости ИБП оснащен фильтром высокочастотных помех. Поэтому, излучаемый устройством шум минимален и не оказывает воздействия на другое оборудование, подключенное к тому же источнику переменного напряжения.

(d) Минимальные искажения. Для повышения качества работы инвертора требуется качественная работа выпрямителя. Поэтому для минимизации пульсаций выпрямителя применяется фазовый контроль при регулировании его выходного постоянного напряжения. Это также один из наиболее эффективных методов заряда батарей. Однако, это может привести к нелинейным искажениям входного тока выпрямителя, для устранения которых на входе применен дополнительный фильтр с большой индуктивностью.

(e) Применение высокочастотного регулирования. В инверторе для преобразования постоянного тока в переменный используется высокая частота, высокочастотные IGBT транзисторы с широтно-импульсным модулированием. Вследствие этого число деталей снизилось, что привело к повышению надежности, размеры и вес ИБП уменьшились, эффективность возросла, а акустический шум снизился.

(f) Гальваническая развязка. На выходе применяется изолирующий трансформатор. Гальваническая изоляция является полной – выход ИБП изолирован от всех входов ИБП, изоляция обеспечивается во всех режимах работы ИБП. Этот трансформатор может также называться разделительным. Подробно см. ниже.

(g) Модульная технология «Plug & Play. Силовая цепь разделена на несколько модулей, вставляемых в гнезда в ИБП. Их легко извлечь, что ускоряет сервис и поиск неисправностей.

(h) Функция Холодного старта. ИБП можно запускать без питающей сети, т.е. только от батарей. Это позволяет токоограничивающая цепь, предотвращающая перегорание батарейного предохранителя при большом броске тока, возникающего при включении батарей на незаряженную шину постоянного тока, что может также повредить подключенные к ней конденсаторы.

(i) Многопроцессорная конструкция. Контрольно-измерительная цепь поддерживается несколькими микропроцессорами, у которых самые ответственные функции для повышения надежности дублируются. Таким образом, при отказе одного микропроцессора остальные возьмут управление на себя и ИБП останется в работе, сохраняя питание нагрузки.

(j) Защита от неправильной эксплуатации. В ИБП предусмотрены датчики включения/выключения разъединителя, датчик мощности, и т.д. Таким образом, любая ошибка оператора не причинит вреда ИБП.

(k) Большие допуски по входу. ИБП рассчитан на широкий диапазон входных напряжений, чтобы работать эффективно с любой нестабильной питающей сетью. Все применяемые входные устройства специально рассчитывались на работу с очень большими напряжениями и токами.

(l) Работа в различных средах. Каждый компонент ИБП имеет запас прочности для работы в экстремальных условиях по температуре, влажности, относительной высоте, ударопрочности и загрязненности окружающей среды.

(m) Интеллектуальное зарядное устройство. Каждый раз при снижении напряжения батареи до 2 вольт/элемент ИБП автоматически проводит их перезаряд (усиленный заряд). Таким образом обеспечивается наиболее быстрое восстановление емкости батарей и поддержание их в готовности к следующему разряду. Для поддержания батарей в лучшей форме ИБП ежемесячно автоматически, в течении нескольких часов (по выбору) проводит усиленный подзаряд батарей. Во избежание сверхзаряда батарей усиленный заряд прекращается при превышении ими температуры 35°C (95°F).

(n) Интеллектуальный тест батарей. Батареи тестируются после каждого усиленного подзаряда (вследствие их разряда или ежемесячного циклического подзаряда). Это производится без перерыва работы выпрямителя во избежание прерывания выходного напряжения при плохой батарее. Клиент о состоянии батареи информируется, чтобы необходимые меры были приняты до того момента, как потребуется полная емкость батареи.

(o) Большая мощность заряда. Мощность заряда выбирается из трех значений (Lo/Me/Hi) в зависимости от емкости батареи в ампер часах, рассчитана на заряд батарей, способных поддерживать питание нагрузки более 8 часов без дополнительного подзаряда.

(p) Увеличенный срок службы вентиляторов. В вентиляторах, используемых для охлаждения ИБП, предусмотрено снижение скорости при небольших нагрузках, чтобы увеличить срок их службы по сравнению с проектным.

(q) Запас мощности. Для обеспечения запаса по мощности статического коммутатора можно подключать вспомогательные источники питания, так чтобы напряжение на нагрузке было всегда, чтобы не случилось с ИБП.

(r) Широкий набор аксессуаров (дополнительно). Дополнительно к встроенному интеллектуальному коммуникационному интерфейсу, также как и выходным портам RS-232, RS-485, открытым контактам, можно устанавливать панель дистанционного управления, 3 фазы компьютерного мониторинга, автоматический номеронабиратель, модуль мониторинга батареи, 3 фазы мониторинга по SNMP, и экстренный выключатель (EPO).

Преимущества использования выходного изолирующего трехфазного трансформатора:

• Обеспечивается 100% гальваническая развязка между входом и выходом устройства.
• Устраняется негативное влияние некачественного входного заземления.
• Появляется возможность применения раздельных заземлений на входе и выходе. При этом повышается помехоустойчивость нагрузки и исчезает проблема токов утечки на землю, так как в качестве выходного заземления можно использовать проводник с любым потенциалом.
• Снижаются индустриальные шумы на выходе устройства, так как изолирующий трансформатор играет роль сетевого фильтра.
• При наличии постоянной составляющей во входном напряжении она не проходит на выход ИБП.
• Полная фильтрация паразитный высших гармоник (нечетных гармоник кратных трем).
• Во всех режимах работы (сетевой, батарейный, статический электронный байпас, ручной байпас) выход ИБП остается изолированным от входа. Гальваническая развязка является полной – выход ИБП изолирован от всех его входов. Данное преимущество и особенности ИБП Power-Vision 3F позволяют использовать любую схему электропитания и систему заземления нагрузки, в том числе и самую безопасную схему IT.

Справка: основными системами электропитания (схемами заземления) являются TNC, TNCS, TNS, TT и IT. Последняя считается наиболее безопасной. Подробно см. статью «Силовые схемы электропитания Earthing Systems (системы заземления)».

Только ИБП серии Power-Vision 3F в стандартном исполнении (без каких либо дополнительных опций) обеспечивают полную гальваническую изоляцию во всех режимах работы, включая байпас. Они позволяют использовать одну из самых безопасных схем электропитания нагрузки ИБП – схему IT с изолированной нейтралью.

Схема с изолированной нейтралью применяется в случаях повышенных требований безопасности для медицинских и научных учреждений и др., а так же для объектов, базирующихся на токопроводящих средах (земля, вода). Такими объектами могут являться подземные сооружения, водный транспорт, подводные системы и сооружения и др.

Общее описание схемы электропитания IT (схема с изолированной нейтралью)

Высокая безопасность схемы IT объясняется просто. Первый пробой, т. е. нарушение изоляции на фазном проводнике, может вызвать лишь незначительный и неопасный для человека ток, протекающий через человеческое тело, имеющее контакт с землей. Контактная разность потенциалов (напряжение пробоя) при этом составляет всего нескольких вольт, что совершенно не опасно. Естественно, после первого пробоя изоляции система заземления IP деградирует в систему TN. Поэтому любой последующий пробой изоляции может привести к протеканию опасных токов через тело человека. Однако использование дополнительных устройств защитного отключения (УЗО) и автоматов позволяет предотвратить вторичные пробои. Таким образом, схема IT является наиболее безопасной и защищенной. Во многих странах она является обязательной для использования в операционных помещениях больниц, а схема TNC запрещена из-за большого риска возгорания. Основными преимуществами схемы IT являются безопасность, легкость монтажа, эксплуатации и обслуживания, надежность, обеспечение стабильной работы слаботочных коммуникационных систем.

Структура сети с изолированной нейтралью (IT)

Нагрузка подключается к силовым выходам трансформатора , а корпус прибора к заземляющей шине для предотвращения накопления статического заряда.

Сеть с изолированной нейтралью IT

Применение мощных разделительных трансформаторов, в том числе встроенных в ИБП, с системами контроля изоляции позволяет снизить затраты на создание качественной централизованной IT-системы для питания большого количества нагрузок. Такое решение является предпочтительным в сравнении с альтернативным способом, предполагающим установку нескольких отдельных изолирующих трансформаторов на каждом из критичных потребителей.

Приведем ряд преимуществ, которые дает сеть с изолированной нейтралью

1). Первичный пробой (Короткое Замыкание фаза – корпус) в отличие от TN – S сетей не приводит к аварии (рис 1). Результатом короткого замыкания любого из выходов трансформатора на заземление (корпус прибора) становится переход IT – сети в разряд сети типа TN – S.

2). Одновременное касание заземленного, неизолированного элемента конструкции и любого из силовых выходов разделительного трансформатора является безопасным. В «идеальной сети» ток касания равен нулю. В реальных сетях токи утечки составляют микроамперы, что значительно меньше уровня токов безопасности и не представляет угрозы.

В обоих случаях 1. и 2. при отсутствии устройства контроля изоляции данная ситуация может пройти незамеченной, поэтому для сетей с изолированной нейтралью обязательным является применение реле контроля изоляции РКИ (УЗО), обеспечивающего непрерывный контроль за состоянием изоляции выходной обмотки трансформатора и распределительной сети. РКИ имеет установку уровня контроля изоляции. Например для передвижных электроустановок – 500 кОм и в случае снижения уровня изоляции (фаза-корпус) ниже установленного уровня потребители автоматически отключаются.

3). Разделительный трансформатор сам по себе является неплохим фильтром помех и хорошей защитой от импульсных, грозовых перенапряжений, что обеспечивает более надежную работу подключенной аппаратуры. Это свойство часто используется для обеспечения надежной работы цифровой аппаратуры на предприятиях в условиях высокого уровня помех от работы оборудования.

В результате, высокая надежность, электробезопасность и помехозащищенность IT – сетей определило их использование в нефтехимической отрасли, на шахтах, на транспорте и в медицине.

Применение разделительных трансформаторов и организация распределительной сети для питания медицинской аппаратуры имеет ряд специфических требований и правил.

Сравнение Источников Бесперебойного Питания ИБП/UPS различных классов может быть проведено по их поведению в различных режимах работы:

Нормальный режим работы – работа от входной сети

При работе от входной сети, ИБП фильтруют напряжение, поступающее на нагрузку (выступают в качестве фильтра сетевых помех) и, кроме самых простых моделей, стабилизируют напряжение.

От качества фильтрации и уровня стабилизации напряжения зависит качество работы и срок службы защищаемого ИБП оборудования. Питание нагрузки от повышенного или пониженного напряжения уменьшает время жизни оборудования, серьезные помехи приводят к сбоям в его работе.

Работа оборудования от встроенных аккумуляторов.

При отключении питания или выходе напряжения в сети за определенный диапазон, ИБП переходит на работу от встроенных аккумуляторов. Переменное напряжение для нагрузки формируется из постоянного, получаемого от аккумуляторных батарей.

Форма и стабильность генерируемого напряжения – основополагающая характеристика ИБП при работе от батарей. Идеальной формой выходного сигнала является гладкая синусоида.

Переход на аккумуляторы и обратно.

Каждый ИБП имеет диапазон входного напряжения, при котором он способен работать без перехода на аккумуляторы. Основополагающей характеристикой при переходе ИБП на аккумуляторы и обратно, является время перехода. Многие ИБП не в состоянии обеспечить непрерывность выходного сигнала и при переходе на батареи и обратно нагрузка имеет перерыв в электроснабжении.

Чем шире диапазон допустимого входного напряжения, тем реже ИБП переходит на аккумуляторы. Чем выше класс ИБП, тем время перехода на батареи и обратно меньше, ИБП с максимальным классом защиты не имеют разрыва выходной синусоиды при переключениях, время перехода =0.

Все имеющиеся в настоящий момент на рынке ИБП условно можно разделить на 3 класса:

OFF-LINE или Standby, часто такие ИБП/UPS называются Back UPS , Eaton 3S

Это – самые простые и дешевые ИБП. ИБП не стабилизируют напряжение, выходная амплитуда и частота изменяются так же, как и входные. В нормальном режиме ИБП фильтруют переменное напряжение пассивными фильтрами и при падении/повышении его относительно определенного уровня (например, падении ниже 180В), переходят на аккумуляторы, работают от батарей 5-7 мин и отключают нагрузку.

Основное применение: Защита некритичной нагрузки от отключения напряжения в районах со стабильным напряжением без серьезных помех.

• отсутствие стабилизации напряжения;
• отсутствие хорошей фильтрации напряжения;
• даже при незначительных падениях и бросках напряжения ИБП переходит в режим работы от встроенных аккумуляторов;
• время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 4—15 мсек, вероятность «подвисания» оборудования в этот момент велика.
• в некоторых ситуациях время переключения может утраиваться;
• большинство моделей при работе от аккумуляторов не воспроизводят на выходе напряжение синусоидальной формы.

Линейно-интерактивные (Line-interactive), часто называются Smart UPS, Eaton 5110

Это – средние по стоимости и самые популярные на рынке ИБП.

Линейно-интерактивные ИБП стабилизируют переменное напряжение ступенчато, при помощи автотрансформатора (бустера). Пример: При 220В на входе они дают 220В на выходе, 210В – 210В, При падении до 200В, они «набрасывают» 20В и получают 220В. При работе в нормальном режиме, ИБП не корректируют частоту. ИБП имеют пассивные фильтры и в нормальном режиме, фильтруют ими переменное напряжение. При пропадании напряжения, ИБП, оборудованные дополнительными батареями, могут поддержать нагрузку до часа-полутора.

Основное применение: Защита не очень ответственной нагрузки в районах со стабильной частотой и небольшими колебаниями амплитуды напряжения. Входная сеть не имеет серьезных помех.

• ступенчатая (не плавная) стабилизация напряжения;
• отсутствие хорошей фильтрации напряжения (серьезные помехи нельзя уничтожить при помощи пассивных фильтров);
• время перехода на аккумуляторы и обратно (период непредсказуемых последствий) 2—6 мсек, вероятность «подвисания» оборудования в этот момент невелика.
• регулирующие напряжение узлы могут порождать устойчивые искажения выходного сигнала и непредсказуемые переходные процессы

ИБП структуры ON-LINE, Eaton 9130, 9135, 9155, 9355, 9390, 9395 или Delta N

1. ИБП структуры ON-LINE с двойным преобразованием напряжения

Это ИБП с максимальным классом защиты.

Онлайновые ИБП преобразует 100% поступающего к нему на вход переменного напряжения в постоянное, а затем выполняет обратное преобразование. При первом преобразовании стабильное постоянное напряжение, можно получить из очень плохого внешнего переменного напряжения (плохой формы, повышенного, пониженного и т.д.), но на выходе ИБП всегда формирует синусоиду заданного качества, которую он формирует сам.

ИБП обеспечивают 100% защиту питаемой нагрузки от всех существующих помех в электросети: импульсных высоковольтных бросков, длительного или кратковременного повышения или понижения напряжения изменении частоты, интерференции, нестабильности формы, полного отключения электропитания

ИБП не имеют времени перехода на батареи и обратно, могут работать с импульсной нелинейной нагрузкой, нормально работают при 100% сбросе/набросе нагрузки

Основное применение: Защита критичной, ответственной нагрузки в районах с нестабильной частотой и колебаниями амплитуды напряжения. Входная сеть может иметь серьезные помехи.

2. ИБП структуры с дельта-преобразованием напряжения (АРС Silcon, на сегодня с производства сняты)

ИБП на специальном узле – дельта трансформаторе много раз за период корректируют форму входного напряжения. Получаемая синусоида имеет практически идеальную форму и не уступает по качеству синусоиде, производимой ИБП с двойным преобразованием напряжения.

При работе ИБП, двойному преобразованию подвергается не вся энергия потребляемая от сети, а только ее часть (до 15%) необходимая для поддержания стабильного выходного напряжения (отсюда и такое название принципа). ИБП не корректируют частоту входной сети ИБП не имеют времени перехода на батареи и обратно, могут работать с импульсной нелинейной нагрузкой, нормально работают при 100% сбросе/набросе нагрузки

Основное применение: Защита критичной, ответственной нагрузки в районах со стабильной частотой. Возможны сильные колебаниями амплитуды входного напряжения.

Дополнительные преимущества ИБП структуры on-line

ИБП могут иметь гальваническую развязку, т.е. в них отсутствует замкнутая электрическая цепь между входом и выходом, что существенно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования и позволяет использовать ИБП в сложных промышленных условиях . Гальваническая развязка обеспечивается трансформатором гальванической развязки

Режим Ву-Раss (байпас)

Байпас представляет собой «обходной» режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр, находящиеся в ИБП.

Сервисный байпас необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых с ИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки.

Автоматический байпас включается при перегрузках ИБП, например при включении нагрузки, пусковая мощность которой в несколько раз выше номинальной (например электродвигатели), при отказах ИБП, его перегреве.

Часто стоимость аккумуляторов составляет до половины от стоимости ИБП. Время жизни батарей в таком случае играет существенную роль. В ИБП структуры On-line аккумуляторы работают дольше:

• ИБП имеют максимально широкое входное окно и реже других уходят на аккумуляторы. Чем реже используются аккумуляторы, тем дольше они живут
• ИБП часто имеют специальную программу «бережного» отношения к батареями. Например, в ИБП eaton Powerware используется технология АВМ. Вместо постоянной подзарядки слабым током ИБП следит за уровнем заряда батареи и заряжает ее только тогда, когда это необходимо. Этот продлевает срок службы батареи до 50%, так как износ пластин существенно меньше, чем в традиционных ИБП.

Краткое сравнение ИБП разных классов:

Off-line	Line-Interactive	On-line
Мощность ИБП	Менее 1,5 кВА	Менее 4 кВА	Не ограничена
Нормальный режим работы
Стабилизация напряжения	Нет	Ступенчатая	Полная
Стабилизация частоты	Нет	Нет	Есть*
Фильтрация помех	Слабая	Средняя	Максимальная
Батарейный режим
Частота переходов	Частая	Средняя	Редкая
Время прехода на батареи	5-15 мсек	2-6 мсек	Нет**
Форма синусоиды	Часто трапецеидальная	Синусоидальная	Синусоидальная
Время работы от батарей	5-7 мин	До 1-1,5 часа	До неск часов
Режим By-pass	Нет	Нет	Есть
Гальваническая развязка	Нет	Нет	Возможна

* с дельта-преобразованием – нет
** Современные компьютеры могут держать паузу до 10-15 мсек

Выбор ИБП зависит от задачи, которую Вы ставите перед ИБП. Для некритичной нагрузки можно использовать ИБП структуры off-line, для средней – Line-interactive. При необходимости максимального класса защиты, промышленных условиях эксплуатации стоит использовать ИБП структуры on-line