Ибп online типа двойное преобразование

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.

Среди различных моделей источников аварийного питания самым инновационным может считаться ИБП с двойным преобразованием напряжения. Благодаря оригинальным техническим решениям, параметры такого прибора могут считаться лучшими в данном классе устройств. Такие источники питания с успехом применяются для электроснабжения различных электронных устройств и бытовой техники.

Содержание:

Принцип работы

Источник питания, выполненный по схеме с двойным преобразованием напряжения, в корне отличается от традиционных источников питания. Если у обычных источников питания основным элементом является автотрансформатор, то в ИБП двойного преобразования он отсутствует. Переменное напряжение сети поступает на фильтр, где происходит сглаживание выбросов и подавление высокочастотных импульсных помех.

После фильтра происходит выпрямление напряжения мощными диодами, при этом часть его поступает на блок заряда аккумуляторов. Постоянное напряжение поступает на вход инвертора, где происходит преобразование постоянного напряжения снова в переменное.

Инверторный блок питания еще называется он-лайн (on-line), поскольку аккумулятор, который должен обеспечивать питание нагрузки при отключении основной сети, постоянно подключен к линии, то есть к потребителю. В случае отключения сети переход на аварийное питание происходит мгновенно.

Блоки резервного питания с двойным преобразованием напряжения могут использоваться на производстве и в быту. Хорошие технические характеристики позволяют использовать такие устройства для питания техники, которая очень критична к качеству напряжения. К ним относятся многие бытовые приборы с электродвигателем, включая циркуляционные насосы системы теплоснабжения и водоснабжения.

Конструкция и особенности

Такой источник питания полностью выполнен на электронных компонентах и в нём отсутствуют механические и электромеханические узлы. Этим обеспечивается высокая надёжность устройства и длительный срок его эксплуатации.

ИБП с двойным преобразованием напряжения состоит из следующих элементов:

• Сетевой фильтр;
• Выпрямитель;
• 1-й преобразователь;
• Аккумулятор;
• 2-й преобразователь (инвертор);
• Микроконтроллер;
• Кварцевый генератор;
• Система «байпас» (bypass).

1. Сетевой фильтр осуществляет первичную коррекцию сетевого напряжения, сглаживая выбросы и подавляя высокочастотную составляющую;
2. В диодном выпрямителе, собранном по мостовой схеме, происходит преобразование переменного тока в постоянный;
3. Для зарядки аккумулятора часто используется дополнительный преобразователь, из-за чего такие устройства ошибочно называют ИБП тройного преобразования;
4. Управление работой аккумулятора осуществляет контроллер, который не допускает глубокого разряда, в случае необходимости отключая аккумулятор от линии;
5. Инвертор, выполненный на мощных MOSFET-транзисторах, выполняет преобразование постоянного напряжения обратно в переменное с очень высокими характеристиками;
6. Управление всей работой отельных узлов преобразователя осуществляется и синхронизируется микропроцессором с кварцевым генератором.

В ИБП с двойным преобразованием напряжения имеется система «байпас» или обход. Работа её заключается в следующем. Если напряжение сети соответствует требованиям, необходимым для корректного питания потребителей, «байпас» подаёт напряжение сети на нагрузку напрямую, минуя все электронные компоненты за исключением сетевого фильтра. При отклонении напряжения сети от номинала свыше определённого предела происходит подключение стабилизатора, и питание потребителя начинает осуществляться через блок.

Преимущества и недостатки ИБП двойного преобразования

Как любое устройство, источник питания двойного преобразования или онлайн ИБП, имеет не только положительные, но и негативные качества.

К достоинствам такого источника питания можно отнести следующие:

• Отсутствие времени перехода на резервное питание;
• Практически идеальная форма выходного напряжения;
• Возможность коррекции частоты и напряжения;
• Небольшие габариты.

Поскольку аккумулятор постоянно подключен к инвертору, преобразующему постоянное напряжение в переменное, время переключения на резервное питание практически равно нулю. Это важно для питания некоторых электронных устройств. Например, компьютер даже в процессе небольшой задержки при переходе на аккумулятор может уйти в перезагрузку, что может стать причиной потери данных.

Выходное напряжение в ИБП двойного преобразования имеет идеальную синусоидальную форму, что очень важно для питания асинхронных электродвигателей и некоторой бытовой техники. Схемные технические решения, применяемые в таком источнике питания, позволяют корректировать напряжение и частоту на выходе.

Недостатки ИБП двойного преобразования менее существенны:

• Низкий коэффициент полезного действия;
• Шум при эксплуатации;
• Повышенное тепловыделение;
• Высокая стоимость.

1. В отличие от других источников питания, on-line ИБП имеет низкий КПД, который находится в интервале 82-94%.
2. С повышенным тепловыделением на мощных транзисторах связан небольшой шум при работе устройства. Его издаёт вентилятор системы охлаждения.
3. Благодаря вентиляции осуществляется хороший отток тепла от электронных компонентов, что продлевает их срок службы. Качественный ИБП оборудован двумя вентиляторами, один из которых работает непосредственно на радиаторы транзисторов.
4. Обычно, ИБП двойного преобразования, изготовленный с применением качественных деталей, может прослужить не мене 10 лет без замены комплектующих.
5. Конечно, стоимость такого устройства выше, чем стоимость ИБП, работающих на других принципах и технических решениях, но это окупается длительным сроком работы и высоким качеством получаемого напряжения.

Технические характеристики устройства и критерии выбора

ИБП с двойным преобразованием напряжения имеет ряд технических параметров, которые определяются конструкцией данного устройства. Эти характеристики свойственны всем источникам резервного питания, но могут заметно отличаться.

Основные параметры ИБП:

• Мощность источника;
• Ёмкость комплектной батареи;
• Возможность подключения внешних аккумуляторов;
• Время работы в автономном режиме;
• Характеристики выходного напряжения;
• Время переключения на резерв;
• Разброс сетевого напряжения.

В паспорте мощность ИБП может указываться в ваттах (W) или в вольт-амперах (V/A). Она определяет допустимую мощность нагрузки, которую можно подключить к этому блоку.

Обычно в источник резервного электропитания установлен штатный аккумулятор, который может иметь различную ёмкость. От этой величины зависит время работы устройства при отключенном напряжении сети.

Большинство ИБП такого типа допускают подключение внешних аккумуляторных батарей, при этом в паспорте на ИБП указывается ток заряда.

Основным отличием онлайн ИБП с двойным преобразованием напряжения от других источников питания является синусоидальная форма тока, которая является важной для питания большинства устройств.

В случае пропадания напряжения сети любому источнику резервного питания требуется какое-то время для переключения на аккумулятор. Это не относится к он-лайн источнику, так как аккумулятор постоянно подключен к шине питания.

Каждый ИБП может работать только в определённом диапазоне напряжения сети. Слишком маленькое напряжение сети будет недостаточным для работы импульсного преобразователя напряжения, а слишком высокое напряжение может вывести устройство из строя. Поэтому все ИБП оборудованы схемами защиты, как от больших перепадов напряжения, так и от перегрузки по выходу.

Дополнительными критериями выбора on-line ИБП с двойным преобразованием могут служить следующие характеристики устройства:

• Наличие информационного дисплея;
• Вариант размещения;
• Стоимость.

Кроме светодиодных индикаторов «сеть», «резерв», «перегрузка», ИБП может быть оборудован дисплеем, на который выводятся основные параметры: напряжение на входе, напряжения на выходе и частота.

Конструкция блоков резервного питания допускает их установку на стене или в специальной стойке. Мощные блоки питания могут иметь напольную конструкцию. Стоимость устройства определяется компанией-производителем, схемотехникой и техническими параметрами.

ИБП с двойным преобразованием напряжения. Схема On-Line. ИБП со схемой онлайн. Постоянно включенный ИБП.

On-Line, Online – постоянно включенный – англ.

Принцип работы ИБП со схемой On-Line и двойным преобразованием напряжения заключается в следующем. Поступающее на его вход переменное сетевое напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея, подключенная к точке соединения выпрямителя и инвертора, питает последний в аварийном режиме. Функции зарядного устройства может выполнять как специальный отдельный блок так и выпрямитель в зависимости от конфигурации ИБП. Аккумуляторная батарея может подключаться как напрямую, такт и через дополнительный повышающий преобразователь DC/DC для увеличения КПД системы.

Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети. Она характеризуется нулевым временем переключения из нормального режима в автономный и обратно без переходных процессов в выходном напряжении.

К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность, более высокая стоимость, а также энергетические потери на двойном преобразовании напряжения.

Необходимо заметить, что защита таких устройств, как файловые серверы и телекоммуникационное оборудование, осуществляется только с использованием ИБП со схемой On-Line.