Ибп линейно интерактивного типа

ИБП расшифровывается как "источник бесперебойного питания". Аббревиатура на английском – UPS ( Uninterruptible Power Supply) , поэтому распространены также названия УПС, ЮПС, упсник.

Основная функция источника бесперебойного питания – обеспечить подачу электроэнергии на подключенную к нему технику на время отключений в основной сети. Но, в зависимости от типа оборудования, параметры такого автономного питания могут требоваться кардинально разные. Соответственно, рынок ИБП предлагает разные типы устройств, которые отличаются массой параметров:

• принципом работы: оффлайновые, линейно-интерактивные, онлайновые;
• типом автоматической регулировки напряжения;
• качеством фильтрации помех сети;
• емкостью (количество ампер-часов, или другими словами – на какое время автономной работы его хватит);
• временем переключения на батареи при отключении электроэнергии;
• возможностью подключения дополнительных внешних батарей;
• различными дополнительными функциями (фильтрующие розетки, розетки для телефонного и сетевого кабеля, LCD-дисплей, синхронизация с ПК) и т. д.

Три основные типа ИБП

Off-line (Back-UPS, резервный, Standby) источник бесперебойного питания

Принцип действия бесперебойника такого типа очень простой:

Пока в сети есть электроэнергия в пределах установленных значений, ИБП подает на подключенные устройства напряжение напрямую от сети, одновременно подзаряжая батарею. Питание, проходящее через UPS, при этом не регулируется, фильтрация импульсов и помех происходит на самом простом уровне, с помощью пассивных фильтров. Форма сигнала соответствует сигналу сети, т. е. синусоиде.

Как только напряжение в сети пропадает, ИБП переходит на питание от батарей. Инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный ток на выходе, в UPS этого типа установлен один из самых простых, поэтому форма сигнала не соответствует правильной синусоиде. Максимум, что предпринимают производители – несколько приближают ее к синусоиде, делая ступенчатой.

На автономное питание off-line УПС переходит также в том случае, если уровень напряжения в сети падает ниже или поднимается выше пороговых значений, они могут быть разными в зависимости от марки бесперебойника.

Время переключения на аккумуляторы в различных моделях составляет от 5 до 20 мс. Это сравнительно много, и для некоторых моделей оборудования такая долгая задержка может неблагоприятно сказаться на работе . Длительное срабатывание реле связано с тем, что устройству необходимо, чтобы в момент включения автономного питания фазы напряжений сети и батарей совпадали, а поскольку они не синхронизированы, на это уходит некоторое время.

Схема работы источника бесперебойного питания резервного типа.

Плюсы Standby UPS:

Недостатки:

• долгое переключение на работу от батареи (от 5 до 20 мс);
• форма выходного сигнала – не синусоида;
• фильтрация помех, шумов и импульсов на линии довольно грубая;
• нет регулировки напряжения и частоты при работе от сети.

Линейно-интерактивные ИБП

Пример линейно-интерактивного ИБП: модель AEG Protect ALPHA 1200

Этот тип источников бесперебойного питания покупатели выбирают чаще всего, так как он оптимально сочетает функциональность и цену.

В принципиальную схему работы линейно-интерактивных UPS включен AVR – модуль автоматической регулировки входящего напряжения сети. То есть, в отличие от UPS резервного типа, он не просто пропускает сквозь себя питание, но и стабилизирует его, правда не плавно, а ступенчато.

При работе от сети при нормальном уровне напряжения линейно-интерактивный источник бесперебойного питания пропускает входящий сигнал через пассивные фильтры помех и шумов, одновременно заряжается батарея.

При повышении или понижении напряжения в сети, линейно-интерактивный ИБП производит его ступенчатую корректировку. При достижении напряжением определенного порога, AVR понижает или понижает его на фиксированную величину (или процент). Таких порогов-ступеней в схеме работы AVR может быть прописано несколько, также для работы с пониженным и повышенным уровнем может быть предназначено разное количество ступеней корректировки (например, 2 – для повышения, и 1 – для понижения).

Если напряжение в сети падает или поднимается до значений, которые лежат вне доступного входного диапазона бесперебойника, устройство переходит на работу от батарей, так же как и в случае полного отключения электроэнергии. Эти минимумы и максимумы могут различаться в зависимости от загруженности ИБП. К примеру, если UPS загружен на 70%, а вольтметр показывает 160В в сети, бесперебойник переключается на аккумуляторы. А при загрузке на 30% и напряжении в 150В он все еще производит регулировку при помощи AVR-трансформатора.

Часть линейно-интерактивных моделей ничем не отличаются по форме выходного сигнала от бесперебойников резервного типа: у них ступенчатая синусоида. Некоторые производители, особенно с ростом спроса ИБП для котлов, оснащают свои бесперебойники инверторами, выдающими правильную синусоиду.

Время переключения на работу от аккумуляторов в линейно-интерактивных ИБП с чистой синусоидой меньше, чем у его резервных собратьев. Причина в том, в УПС-ах этого типа совпадают формы кривой напряжения (и от сети, и от батареи это синусоида), что ускоряет синхронизацию фаз и, соответственно, запуска автономного питания.

Плюсы line-interactive ИБП:

• разумная цена,
• бесшумная работа,
• автоматическая регулировка входящего напряжения,
• в некоторых моделях – чистая синусоида на выходе,
• время переключения меньше, чем в резервных (в среднем 4-8 мс, в некоторых моделях 2-4 мс).

Недостатки:

• отсутствует регулировка частоты,
• недостаточно полная фильтрация помех, шумов и импульсов сети,
• регулировка напряжения не плавная, а ступенчатая,
• КПД ниже, чем в off-line источнике бесперебойного питания.

ИБП двойного преобразования (on-line)

Пример ИБП с двойным преобразованием: модель EATON PW9130 1500VA.

Это самый дорогой, но и самый лучший вид ИБП. Он оптимально подходит для дорогого капризного оборудования, для которого важно не только постоянное напряжение, но и частота, а также эффективная фильтрация шумов, сигнал в форме чистой синусоиды и отсутствие задержек при переключении на работу от батарей.

Фактически, такой источник бесперебойного питания работает постоянно, стабилизируя, фильтруя входящий сигнал, выравнивая частоту и форму выходного сигнала.

В режиме работы от сети, поступающее переменное напряжение стабилизируется и превращается в постоянное выпрямителем и распределяется между батареей (для подзарядки, если необходимо) и инвертором. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, выдавая на выходе сигнал в форме чистой синусоиды, правильной частоты, правильного напряжения. Помехи и шумы полностью отсутствуют – их просто не остается после двойного преобразования.

Такое постоянное "включение" бесперебойника в сеть дает одно из его весомых преимуществ: мгновенное переключение на работу от батарей. Собственно, это даже сложно назвать "переключением", так как питание проходит через выпрямитель, батарею (во время зарядки) и инвертор постоянно. В момент падения напряжения в сети ниже пороговых значений или полного отключения электроэнергии инвертор просто начинает забирать часть энергии от батареи, а не от выпрямителя. Это происходит мгновенно.

ИБП с двойным преобразованием обычно имеют еще один режим работы: байпас. Это резервная линия, которая идет напрямую от входа к выходу UPS, в обход выпрямителя, батареи и инвертора. Она позволяет в критические для ИБП моменты: перегрузка (например, стартовыми токами), выход из строя инвертора и другие – пустить электроэнергию к подключенным устройствам напрямую, избежав выхода из строя элементов устройства.

Постоянная работа ИБП имеет определенный недостаток: повышенное теплоотделение, которое требует эффективного охлаждения. Поэтому UPS online чаще всего оснащены вентиляторами, что делает их эксплуатацию в жилых помещениях не такой комфортной, как бесшумных бесперебойников других типов.

Плюсы онлайн ИБП:

• постоянная стабилизация напряжения,
• постоянная стабилизация частоты,
• чистая синусоида на выходе,
• эффективная фильтрация шумов, импульсов и помех,
• мгновенное переключение на батареи.

Недостатки:

• высокая цена,
• повышенный уровень шума,
• наиболее низкий КПД среди всех типов ИБП.

Выбирая бесперебойник, нужно учитывать, что существуют и исключения. Некоторые линейно-интерактивные ИБП могут стоить дороже, чем онлайн-модели другого производителя, время переключения на работу от батарей в резервном UPS может быть не больше, а даже меньше, чем в каком-нибудь линейно-интерактивном UPS и т. д. Поэтому в любом случае необходимо читать характеристики конкретной модели.

Дополнительный функционал ИБП

Помимо определения типа источника бесперебойного питания, который вам нужен, при выборе ИБП также стоит обратить внимание – какой функционал в него в ключен. UPS может иметь различные дополнительные функции и конструктивные особенности:

Синхронизация с ПК. Эта функция присутствует в не самых дешевых моделях, однако она очень удобна. С помощью специального программного обеспечения ИБП передает данные в реальном режиме на компьютер о состоянии электролинии, уровне заряда батарей. Помимо чисто информационной составляющей, есть также такие возможности, как например, автономное выключение компьютера с сохранением данных во всех приложениях при отключении электроэнергии.

Холодный старт. Источник бесперебойного питания, оснащенный такой функцией, можно включить при отсутствии электроэнергии в сети. К примеру, погас свет, вы сохранили документы, выключили компьютер и UPS, но спустя некоторое время появилась срочная необходимость скопировать документ на флешку. ИБП с поддержкой холодного старта можно включить, даже если электроэнергии в сети все еще нет, и сделать работу.

Розетки Schuko.

Раньше разъемы для подключения устройств в бесперебойнике выглядели, в основном, так:

Этот разъем стандарта IEC 320 отлично подходит для подключения различной компьютерной техники. Однако оборудование с обычным шнуром питания, тот же WiFi роутер, в него не подключишь. Для этих целей можно использовать сетевой фильтр с аналогичным разъемом, который подсоединяется к ИБП, а уже в него включать различное оборудование. Но это не всегда удобно.

Поэтому сейчас многие модели стали просто дополнять розетками типа Schuko (у нас их часто называют евророзетками), чтобы технику можно было включить напрямую:

Розетки для фильтрации помех. ИБП может быть оснащен розеткой или несколькими для чувствительного оборудования, которые не обеспечивают поддержку питания во время отключения электроэнергии, но защищают подключенное оборудование от помех электросети.

Розетки для телефонной линии, витой пары. Высоковольтные импульсы могут передаваться не только непосредственно по электрическому силовому кабелю, но и в случае различных аварий и поломок – и по телефонному кабелю, и по витой паре. Для защиты телефонного, сетевого и компьютерного оборудования некоторые производители предусматривают специальные разъемы, (вход/выход), куда можно подсоединить телефонную или интернет-линию.

Продолжение – в следующей статье.

Линейно-интерактивный ИБП. Схема Line-Interactive.

Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line) и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором).

Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных электросетях) без перехода в автономный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (

4 мс) нагрузки на питание от батарей, а также более грубая стабилизация напряжения (в сравнении с ИБП On-Line) в сетевом режиме — 5-22% (в зависимости от модели ИБП).

Line-Interactive нормальный режим работы

Line-Interactive
автономный режим работы

По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для защиты персональных компьютеров, мониторов, рабочих станций, узлов локальных вычислительных сетей и прочего офисного оборудования.

К преимуществам линейно-интерактивной схемы также относятся ее сравнительная простота и надёжность, более низкая стоимость, а также высокий КПД в сетевом режиме.

Линейно-интерактивные ИБП делятся на две основные группы по способу получения выходного напряжения в батарейном режиме: ИБП с аппроксимированной синусоидой и ИБП с чистым синусоидальным напряжением. Устройства первого типа предназначены в основном для работы с импульсными источниками питания персональных компьютеров и наиболее распространены. Агрегаты второго типа во многих случаях могут использоваться в качестве альтернативы ИБП с двойным преобразованием (On-Line), например, для питания электромоторов, циркуляционных насосов систем отопления и газовых котлов.

Линейно-интерактивные ИБП прекрасно работают с любыми электронными устройствами, оснащенными импульсными источниками питания, включая компьютерное оборудование. Это происходит благодаря тому, что импульсные блоки питания нечувствительны к форме синусоиды питающего напряжения, а также его кратковременным провалам.

Примеры линейно-интерактивных ИБП, выпускаемых компанией N-Power: Smart-Vision Prime.

Дата публикации: 13 января 2016 .
Категория: Освещение.

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):

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.

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).

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.

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).