Входной коэффициент мощности ибп

Какой выбрать ИБП? Эту тему мы подняли в предыдущей статье и рассмотрели типы бесперебойников, которые предлагают производители. Сегодня поговорим о том, как выбрать источник бесперебойного питания в зависимости от ваших задач и типа вашего оборудования, а также рассчитаем необходимую мощность UPS.

То, какой бесперебойник вам нужен, зависит от нескольких основных моментов:

1. От каких именно неполадок в сети вы хотите защитить оборудование?
2. Особенности конструкции оборудования, которое вы хотите подключить к ИБП.
3. Планируемая мощность нагрузки на ИБП.
4. Необходимое время автономной работы.

Итак, в этой статье мы рассмотрим выбор бесперебойника, учитывая следующие вопросы:

Зачем вам нужен ИБП?

Ответ на вопрос: какой бесперебойник выбрать – зависит прежде всего от того, зачем он вам нужен.

Если вашему оборудованию подходит несинусоидальная форма сигнала, покупайте ИБП офф-лайн или линейно-интерактивный, но повышенной емкости, с расчетом на долгую работу от батарей. Как рассчитать емкость, вы можете прочитать ниже.

Самый большой запас времени работы в автономном режиме – у ИБП с внешними батареями, за счет возможности увеличить емкость дополнительными аккумуляторами (подключаются параллельно). Такие бесперебойники чаще всего – из категории дорогих, с двойным преобразованием.

Если необходимо действительно долгое время работы, десятки часов, возможно, лучшим выходом будет приобретение генератора.

Для чего?	Что покупать
	Корректно выключить компьютер и успеть сохранить данные при отключении электроэнергии.	В этом случае смело берите недорогой ИБП off-line типа или линейно-интерактивный с запасом работы батарей на 5-15 минут.
	Обеспечить питанием оборудование в случае достаточно долгого отключения электроэнергии.
	Защитить оборудование от повышенного или пониженного напряжения, провалов, опасных для техники отключений на несколько секунд (любят у нас электрики дергать рубильник туда-сюда).	Для этих целей вам нужен ИБП с функцией AVR (автоматической регулировки напряжения): линейно-интерактивный ИБП или более дорогой с двойным преобразованием. Стабилизация напряжения в линейно-интерактивных UPS чаще всего реализована в ступенчатом, грубом виде, в онлайн моделях стабилизатор работает плавно.
	Защитить чувствительное оборудование от максимального количества сбоев и помех в электрической сети.	Для этих целей подойдет только бесперебойник on-line типа.

Отметим, что если вам необходима только стабилизация питания и не требуется обеспечение автономной работы оборудования при отключении электричества, целесообразнее купить отдельный стабилизатор.

Также, довольно часто используют связку стабилизатор + недорогой ИБП (бесперебойник включается в сеть ПОСЛЕ стабилизатора). Такой тандем не только позволяет регулировать напряжение в том случае, если в UPS этого не предусмотрено, но и продлевает срок эксплуатации батарей ИБП.

Для защиты какого оборудования вы покупаете ИБП?

Какой выбрать бесперебойник – также зависит от особенностей конструкции подключаемой техники.

Общее правило таково: к ИБП с правильной синусоидой на выходе можно подключать практически любую технику, требуется лишь правильно рассчитать мощность. К остальным UPS, особенно оффлайн типа, можно подключать далеко не все оборудование.

Элементы, чувствительные к несинусоидальной форме сигнала.

Наиболее часто встречаемый случай – это устройства с электродвигателем, насосом, компрессором, в том числе насосы газовых котлов, а также практически вся бытовая техника: холодильники, фены, стиральные машинки, электродрели и т. д. На электродвигатель ступенчатая синусоида или, тем более, меандр, воздействуют негативно: возникают вихревые токи, падает индуктивное сопротивление, в результате двигатель перегревается вплоть до сгорания.

В некоторых устройствах, например, лазерных принтерах, ксероксах также могут присутствовать компоненты, которым для работы требуется синусоидальная форма напряжения, и при работе от ИБП с прямоугольной или ступенчатой формой сигнала они прослужат гораздо меньше.

Индуктивные элементы (катушки индуктивности, дроссели).

Довольно часто возникает вопрос – можно ли подключать к обычному дешевому бесперебойнику устройства с индуктивной нагрузкой, к примеру, люминесцентные лампы? На практике подключают, и все вроде как работает. Но следует учитывать, что многие производители этого категорически не рекомендуют и относят случаи поломки бесперебойника после подключения индуктивной нагрузки к негарантийным.

Кроме того, встречались случаи, когда реактивная нагрузка повреждала не рассчитанный на нее ИБП.

Трансформаторный (линейный) блок питания.

Выбирая ИБП для устройств с трансформаторными блоками питания, нужно с осторожностью относиться к UPS, который не выдает на выходе чистую синусоиду. При питании напряжением в форме меандра или ступенчатой синусоиды потери в трансформаторе увеличиваются, что, при сильной его нагруженности, приведет к уменьшению ресурсов трансформатора в десятки раз. Также на практике встречались случаи, когда сгорал сам УПС, к которому подключалась такая нагрузка. С другой стороны, довольно часто аппаратура с маломощными трансформаторными блоками питания, например, радиотелефоны, спокойно работает в паре с ИБП off-line типа.

Однако многие производители, как и в случае индуктивной нагрузки, чаще всего не советуют подключать трансформаторные БП к обычным ИБП.

Как отличить трансформаторный блок питания от обычного импульсного? Если мы говорим о внешнем БП, то импульсный – обычно легкий и небольшой, а трансформаторный – тяжелее и больше, за счет того, что внутри него размещен, собственно, трансформатор. Тип встроенного блока питания определить сложнее, здесь нужно ориентироваться на документацию производителя.

Хорошая новость – в большинстве случаев в электронной технике, такой как модемы, коммутаторы, роутеры, компьютеры сейчас используются именно импульсные БП.

Конструктивные элементы, чувствительные к качеству питания.

Практически все знают, что техника болезненно воспринимает перепады напряжения в сети, или постоянно заниженное (завышенное) напряжение. Однако качество электропитания определяется не только напряжением. Чувствительное телекоммуникационное, аудио-видео, измерительное, медицинское оборудование также негативно реагирует на:

• нестабильную частоту питания,
• радиочастотные помехи в сети,
• гармонические искажения напряжения,
• наносекундные и микросекундные импульсы напряжения.

Все это может не только искажать работу техники, но и сокращать срок ее работы.

Пусковые токи.

Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры и прочие конструктивные элементы, которые в момент пуска потребляют большое количество электроэнергии, нельзя подключать к маломощным ИБП. Пусковые токи могут превышать стандартное потребление в 3-7 и более раз.

Как рассчитать мощность ИБП?

Для того, чтобы правильно выбрать бесперебойник, необходимо посчитать общую мощность оборудования, которое вы собираетесь к нему подключить. Значения мощности можно уточнить в технических характеристиках (паспорте или инструкции к технике).

Мы хотим подключить к ИБП:

• компьютер на 250 Вт,
• монитор LCD на 60 Вт,
• кондиционер на 2000 Вт (cos φ = 0,8).

Здесь есть один момент: даже если мощность всех устройств выражена в одной единице, в данном случае в Вт, подсчитать нужно две мощности: в вольт-амперах и ваттах.

Мощность в вольт-амперах и ваттах – в чем разница?

Мощность, которая выражается в вольт-амперах (ВА, VA) называют полной мощностью. Она показывает реальную нагрузку оборудования, с учетом активной и реактивной.

Мощность, которая выражается в ваттах (Вт, W), называют активной мощностью.

Это две разные величины, и обе нужно учитывать при выборе ИБП нужной вам мощности. Это особенно важно, если вы собираетесь подключать к ИБП реактивную нагрузку, так как в таком оборудовании полная и активная мощность могут серьезно отличаться.

Расчет мощности в вольт-амперах.

Для пересчета активной мощности (в ваттах) в полную мощность в вольт-амперах используем формулу:

• VA – полная мощность,
• W – активная мощность,
• P – коэффициент мощности оборудования.

Если оборудование относится к активной нагрузке, а это практически все сетевое, телекоммуникационное оборудование, приборы освещения и обогрева, то есть техника без индуктивности, без реактивной мощности, а также компьютерная техника с блоками питания с регулировкой коэффициента мощности (APFC), то коэффициент можно принять равным 1, или лучше с небольшим запасом — 0,95.

Если вы собираетесь подключать к ИБП лазерный принтер, кондиционер, люминесцентные лампы — оборудование, в котором есть электродвигатели и тому подобное, все, где есть индуктивность и реактивная мощность, а также компьютеры с блоками питания без APFC, то коэффициент мощности нужно посмотреть в паспорте устройства или на наклейке на задней стенке. Для такой техники его чаще всего указывают. Обозначается коэффициент мощности как Power Factor (PF) или cos φ .

В том случае, когда производитель не указал значение коэффициента мощности, но нагрузка однозначно не является полностью активной, можно взять наиболее распространенную величину: 0,7.

Блок питания в компьютере без регулировки коэффициента мощности, поэтому берем значение P равным 0,7. По монитору аналогично. Итого получаем полную мощность:

• для компьютера с монитором:(250+60)/0,7 =442 VA,
• для кондиционера: 2000/0,8 =2500 VA,
• Вместе: 2942 VA.

Итак, что же, покупаем бесперебойник на 3000VA? Не торопитесь, не все так просто.

Расчет мощности в ваттах.

Чаще всего встречается самый простой случай – когда мощность в ваттах, ее также называют активной мощностью, уже указана в документации к оборудованию. Если нет, можно пересчитать мощность из вольт-амперов в ватты, используя ту же методику, что и для полной мощности.

Посчитаем мощность нашего оборудования в ваттах:

• компьютер с монитором – 310 Вт,
• кондиционер – 2000 Вт,
• Вместе: 2310 W.

В нашем интернет-магазине, среди ИБП на 3000 VA, к примеру, есть такие:

PowerCom VGS-3000 – активная мощность 2700Вт.

По полной мощности для нашего условного примера подходят все три, а вот по активной только один – PowerCom VGS-3000.

Покупаем его? Не тут-то было. Считаем дальше.

Запас мощности

Во-первых, нужно учесть, что ИБП не должен работать с максимальной загрузкой. Разные производители советуют разный запас мощности, в среднем бесперебойник не должен быть загружен больше чем на 70-80% от максимума. Значит, нам нужно "накинуть" еще хотя бы 20% на расчетное потребление подключенного оборудования.

Также нужно учесть возможный апгрейд техники (хотя бы 10%). Установка более мощной видеокарты в компьютер, замена монитора на модель большей диагонали – все это повлечет за собой увеличение потребляемой мощности, как активной, так и полной.

Посчитаем запас для нашего оборудования.

Полная мощность: 2942+20% + 10%= 3883 VA.

Активная мощность: 2310+20% + 10% = 3049 W.

Итак, выбранная нами перед этим модель ИБП не подходит, ведь там всего лишь 3000VA и 2700W.

Но и это еще не все.

Пусковые токи

Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры, отличается от обычного тем, что в момент включения потребляет в 3-7 и выше раз большую мощность, чем обычно. Это и есть так называемые пусковые токи. Если не учесть их наличие при расчете мощности и взять ИБП, который не выдержит эту нагрузку, то бесперебойник в лучшем случае будет выключаться при включении такой техники, в худшем – сгорит.

Пусковые токи есть также у устройств, которые содержат инерционные элементы или катушки индуктивности. Например, обычные лампочки накаливания и люминесцентные лампы при включении потребляют гораздо большую мощность, чем во время работы. Другое дело, что изначально это малые величины, и если мы говорим о нескольких лампах, такой пусковой ток можно не учитывать. Если же речь идет, к примеру, об огромном помещении с сотнями ламп, то скачок мощности может быть довольно заметным.

Большинство моделей ИБП рассчитаны на перегрузку, но редко больше чем на 150%. Опять же лучше перестраховаться и ориентироваться на меньшую, чем указано в паспорте, например, 120-130%.

В нашем примере наибольшее значение имеют пусковые токи кондиционера. Допустим, они в 3,5 раза превышают обычную мощность, тогда мы имеем 7кВт активной и 8,75 кВА полной нагрузки при старте.

Пусковые токи компьютера и монитора в этом примере рассматривать не будем, так как вероятность одновременного старта всего оборудования чрезвычайно мала (или же можно целенаправленно избегать такой ситуации).

Итого расчетная мощность ИБП, который нам нужен:

Полная:

8750 (кондиционер) + 442 (комп и монитор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 12133 Ва (12,1 кВА).

Активная:

7000 (кондиционер) + 310 (комп и монитор) + 10% на апгрейд + 20% запас = 9650 Вт (9,6 кВт).

Сбросим 30% на перегрузочную способность, которую должен взять на себя ИБП.

Итого, вместо бесперебойника на 3000 VA, который был нам нужен на первый взгляд, на самом деле требуется купить мощный ИБП не менее, чем на 9300 VA/7420W.

Такие бесперебойники можно найти только в линейке дорогих.

И вот в этом месте стоит задуматься о целесообразности покупки ИБП примерной стоимостью выше 80 000 грн для кондиционера c ценником, к примеру, 5 000 грн 🙂

Именно из-за большой величины пусковых токов мало кто покупает ИБП для холодильников, стиральных машин и прочей подобной техники. Это просто экономически нецелесообразно.

Выбросив кондиционер из нашего примера, получим гораздо более адекватную величину нагрузки: ≈580 VA (400W) (пусковые токи для компьютера и монитора не считаем, так как они чаще всего покрываются перегрузочной способностью стандартного ИБП).

Для этих целей вполне подойдет, к примеру, APC Back UPS ES 700VA.

Как рассчитать необходимую емкость бесперебойника?

Обычно при выборе источника бесперебойного питания у нас есть какие-то определенные требования к времени, на протяжении которого он будет поддерживать работу подключенного к нему оборудования в случае отключения электроэнергии. Многие производители указывают примерный диапазон, например, пишут, что в зависимости от нагрузки, время работы от батарей составит 4-20 минут. Или указывают, что при работе с максимальной нагрузкой это время составит 5 минут.

Но это приблизительно, а нам нужно точно быть уверенным, что купленный нами UPS обеспечит работу от батарей для определенного перечня оборудования. Или же рассчитать, сколько времени будет держать нашу нагрузку какая-то выбранная нами модель ИБП.

Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы

Для расчетов нам понадобится:

• Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).
• Время автономной работы (T).
• КПД UPS (примерно можно взять 0,85).
• Номинальное напряжение батарей.

• T – время планируемой автономной работы (ч),
• P – мощность подключенного оборудования (ВТ),
• KPD – КПД источника бесперебойного питания (можно взять примерно 0,85).

И формулу пересчета емкости в Вт*ч в емкость в AH:

Допустим, нам нужно, чтобы компьютер и монитор из приведенного выше примера проработали 2 часа после отключения электроэнергии.

Емкость (Вт*ч) = 2 * 310 / 0,85 = 730 Вт*ч.

Однако емкость батарей принято указывать в ампер-часах. Чтобы пересчитать емкость в ватт-часах в ампер-часы, потребуется указать номинальное напряжение батарей.

Для батарей 12В:

Емкость (А*ч) = 730/12 = = 60,83 ≈ 61Ah.

Для батарей 24В:

Поскольку чаще всего в ИБП используется 1-2 батареи, реже 4, емкостью 7-9AH, то подобрать ИБП стандартной комплектации для таких значений общей емкости нам будет сложно. Лучше всего купить источник бесперебойного питания с возможностью подключения внешних батарей и подбирать емкость по потребностям.

Например, могут подойти такие модели:

Преимуществом в этом случае также является то, что при увеличении нагрузки, подключаемой к ИБП, можно будет купить и подключить еще одну дополнительную батарею.

Рассчитываем время автономной работы, зная емкость ИБП

Для расчетов нам понадобится:

• Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).
• Общая емкость всех батарей ИБП в ватт-часах (Вт*ч).
• КПД UPS (примерно можно взять 0,85).

• V – номинальное напряжение батарей (V),
• AH – емкость одной батареи (AH),
• N – количество батарей.

• E – общая емкость (Вт*ч),
• KPD – КПД источника бесперебойного питания (по умолчанию можно взять 0,85,
• P – потребляемая мощность подключенного оборудования.

Возьмем для примера ИБП PowerCom BNT-800AP USB. Производитель заявляет время автономной работы 5 минут при максимальной загрузке. А сколько смогут проработать наш компьютер с монитором с потребляемой мощностью 310 Вт?

Общая емкость (Вт*ч) ИБП = 12В * 7,2AH * 1 = 86,4 Вт*ч.

Время = 86,4*0,85 / 310 = 0,237 часа ≈ 14 мин.

Заключение

Теперь давайте коротко подведем итоги.

Для того, чтобы выбрать ИБП, необходимо:

• Определить, какой тип UPS вам нужен.
• Рассчитать необходимую полную и активную мощность ИБП, с учетом пусковых токов и небольшим запасом.
• Если нужно поддержание питания в течение какого-то определенного времени – рассчитать, какая емкость ИБП для этого нужна. И в зависимости от рассчитанной емкости покупать обычный бесперебойник или же ИБП и комплект дополнительных батарей к нему.

Почему пользователь должен быть заинтересован в единичном входном коэффициенте мощности? Каковы преимущества этой особенности источников бесперебойного электропитания (ИБП) типа VFI (Voltage&Frequency Independent) NetPro производства компании GE DE, по сравнению с системами бесперебойного питания VI (Voltage Independent), построенными на архитектуре Line-Interactive? Что бы лучше понять эти выгоды, необходимо объяснить разницу между мощностью, выраженной в Ваттах (Вт) и мощностью, выраженной в Вольт-Амперах (ВА).

Входной ток ИБП, который Вы можете измерить амперметром, умноженный на приложенное напряжение, дает значение мощности в ВА. Однако не вся эта энергия обеспечивает реальную мощность. Часть мощности, выраженной в ВА, которая представляет собой полезную энергию, измеряется в Ваттах. Отношение между располагаемой мощностью (ВА) и активной или реальной мощностью (Вт) называется коэффициентом мощности – Pf – и его значение лежит в пределах между 0 и 1.

Ватты = Вольты х Амперы х Pf

Ватты (активная мощность) – это та энергия, за которую Вы платите деньги сервисным компаниям, производящим электроэнергию, потому, что это та энергия, количество которой напрямую связано с количеством топлива, расходуемого на её производство. Вольт-Амперы (полная мощность) соответствует величине тока, который течет по проводам. Это означает, что распределительная сеть (предохранители, кабельная система, трансформаторы и т.д.) должны быть рассчитаны на значение полной мощности, в то время как Вы используете и платите только за активную энергию (Вт). Поэтому сервисные компании не любят нагрузку с "плохим" (низким) коэффициентом мощности.

Часть полной мощности в ВА, которая не является реальной энергией – это так называемая реактивная мощность, которая течёт в нагрузку и вытекает из неё, не производя при этом никакой полезной работы.

Если Вы хотите ограничить входной ток (или ВА-мощность) некоторой нагрузки, то значение коэффициента мощности должно быть как можно ближе к 1.

Выгоды пользователя от высокого значения Pf могут быть сформулированы следующим образом:

– более низкий входной ток ИБП, что означает возможность подключать более мощною нагрузку к выходу ИБП;

– чем меньше токовая нагрузка на электропроводку, тем меньше потери (нагрев) и выше эффективность всей кабельной системы;

– возможность использовать стандартные 16-амперные розетки даже для ИБП мощностью 4 кВА (с отключенным байпасом)

– возможность работы при низком напряжении;

– чем меньшее гармоническое (нелинейное) искажение поступает обратно в сеть, тем меньше это причиняет вред другой нагрузке, подключенной к этой же электрической сети;

– меньшее значение 3-й гармонической составляющей уменьшает ток нейтрали в 3х-фазных системах;

– нет необходимости в использовании генераторов повышенной мощности, которые необходимо применять для питания нагрузки с низким значением Pf;

– в некоторых случаях сервисные компании могут штрафовать за использование нагрузки с низким Pf.

Пример: Ваша распределительная сеть рассчитана на максимальный ток 16А и защищена соответствующими предохранителями. Вы используете нагрузку с Pf=0,6.

Максимальная нагрузка Sвых. (в Вольт-Амперах), которую Вы можете подключить к выходу ИБП равна:

Sвых. = (Ток) х (Напряжение) = 16 Ампер х 230 Вольт = 3680 Вольт-Ампер

Если Вы подключаете эту нагрузку к выходу ИБП с входным коэффициентом Pf = 0,99, то входной ток ИБП вычисляется из активной мощности нагрузки, входного фактора мощности и эффективности ИБП. В таком случае Ваша распределительная сеть нагружена (эффективность ИБП равна 0,9):

Sвх. = Sвых. х Pf нагрузки / (Эффективность ИБП х Pf ИБП), где

Sвх. – полная мощность, потребляемая ИБП от сети при подключенной к нему на выходе нагрузке Sвых., которая равна 3680 Вольт-Ампер (рассчитана выше);

Pf нагрузки – коэффициент мощности нагрузки (в нашем случае равен 0,6);

Эффективность ИБП – то же, что и КПД (равен 0,9);

Pf ИБП – входной коэффициент мощности ИБП (равен 0,99);

Получаем: Sвх = 3680х0,6 / 0,9х0,99 = 2478 Вольт-Ампер.

Ток на входе ИБП будет равен: Iвх. = Sвх / Uвх. = 2478 ВА / 230 В = 10,77 А.

Получаем следующее: сила тока на выходе ИБП равна 16 А, в то время как на входе ИБП он равен 10,77 А. Соотношение полных мощностей Sвых./Sвх. равно 1,49. Это значит, что в данном случае Вы можете подключать на 45-48% большую нагрузку к розеткам на выходе ИБП и использовать при этом, рассчитанные на 16 А розетки, кабели, предохранители, трансформаторы и резервные генераторы. Это может сэкономить большие деньги, особенно, если никакие другие меры по улучшению Pf не применимы.

ИБП типа VI, построенные на архитектуре Line-Interactive, подключают нагрузку напрямую к силовой сети, что означает полное отсутствие коррекции Pf. Кроме более высокой степени защиты, которую предоставляют системы VFI, решение проблемы коррекции входного коэффициента мощности – это ещё одна причина отдать предпочтение именно им, относительно аппаратов других типов.

В последнее время появилось определенное количество статей в которых вводятся расчетные величины и с легкостью доказывается превосходство одной марки UPS над другой. При этом некоторые технические характеристики не указываются или указываются только те, которые выгодно показывать для данных моделей. Характерный пример – обычно в каталогах на UPS небольшой мощности обычно не указывается величина допустимой перегрузки инвертора, на основании этого в одной из статей был сделан вывод, что UPS многих фирм (Off-line и line-interactive) не могут работать с перегрузкой. В данной статье мы постараемся воздержаться от введения каких-либо искусственных технико-экономических показателей. Однако мы понимаем, что вопрос цены, в большинстве случаев является определяющим при выборе UPS . Вернемся к UPS и тем особенностям, техническим характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе оборудования.

Во первых, надо определиться для чего приобретается источник или система бесперебойного питания , что вы хотите защитить и от чего. Для этого определим, какие UPS существуют, и какой уровень защиты обеспечивает та или иная технология изготовления, а также список наиболее встречающихся неполадок в электросети. Наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети:

• исчезновение напряжения,
• провал напряжения,
• повышение напряжения,
• понижение напряжения,
• электромагнитные и радиочастотные помехи,
• высоковольтный импульс,
• переходный процесс при коммутации,
• искажение синусоидальности напряжения.

off-line UPS – источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна. Небольшие габариты и простой дизайн. Ценовая ниша – самый дешевый. Защищает от 3-х неполадок в электросети.

line-interactive UPS – источник бесперебойного питания характеризуется наличием времени переключения с основной сети на работу от аккумуляторов. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Имеет автотрансформатор благодаря чему может работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе от аккумуляторов на выходе инвертора степ волна или синусоида. Привлекательный внешний вид, небольшие габариты. Ценовая ниша – небольшая цена для тех задач которые он может решать. Защищает от 5-ти неполадок в электросети.

on-line UPS – источник бесперебойного питания с двойным преобразованием защищает нагрузку от большинства неполадок в сети. Переход на работу с основной сети на работу от аккумуляторов происходит без разрыва синусоиды на выходе. При работе от входной сети представляет собой пассивный фильтр. Ценовая ниша – дорого, но это лучшее, что есть на данный момент. Защищает от 9-ти неполадок в электросети. Чаще всего причина приобретения UPS инициировано только одной неполадкой в электросети – исчезновением напряжения и стремлением, обеспечить корректное завершение задач или технологических циклов. Однако нельзя забывать, что UPS решает большое количество задач, таких как стабилизация напряжения, устранение помех и искажений, информационная защита и т. д. Поэтому рассмотрим характеристику, с которой обычно начинается выбор оборудования – мощность. В данной части будут рассматриваться только UPS построенные по технологии on-line.

Мощность UPS – номинальная выходная мощность источника (мощность инвертора UPS ). Указывается в ВА. Обычно выходная мощность UPS указывается в названии самого источника, или указывается через слеш, дефис, таким образом мощность аппарата легко читается в названии. Следующее что необходимо узнать это соотношение активной мощности и полной на выходе инвертора, или так называемый коэффициент мощности Pf.

Коэффициент мощности – величина очень универсальная и характеризует не только выходные данные ИБП , как источника электрической энергии для потребителя, но и сам ИБП как нагрузку для трансформаторной подстанции, дизель-электростанции или другого источника электроэнергии. Определение:

Коэффициент мощности Pf – отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение Pf. равно 1.

Электрическая мощность (э. м.) – физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения и и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной. Среднее за период Т значение мгновенной Э. м. Называется активной мощностью.

Активная мощность (P) – среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения U и силы тока I и от косинуса j, где j – угол сдвига фаз между U и I. Единица измерения А. м. – ватт (Вт). В цепях однофазного синусоидального тока Р = UI cosj. Активная Э. м. характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, световую и т. п.). Э. м., характеризующая скорость передачи энергии от источника тока к приёмнику и обратно, называется реактивной мощностью.

Реактивная мощность (Q) – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока. Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз j между ними: Q = UI sinj. Измеряется в варах.

Полная мощность , кажущаяся мощность, величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S=U?I; для синусоидального тока (в комплексной форме) и связана с активной и реактивной Э. м. соотношением: S2= P2+ Q2 , где Р – активная мощность, Q – реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q UPS чаще всего носит комплексный характер и коэффициент мощности не превышает 0.8, а для компьютеров составляет около 0.7. Таким образом, логично заключить, что выходной коэффициент мощности UPS или коэффициент мощности инвертора может быть не более 0.8, что и реализовано в большинстве моделей источников. Существует ряд моделей UPS, которые имеют инвертор с коэффициентом мощности равным 1. Такие источники имеют преимущество при работе с чисто активной нагрузкой (например, нагревательные элементы).

Совсем другое дело, когда мы говорим о входном коэффициенте мощности. Если Pfвых. для UPS это характеристика нагрузки, то Pfвх характеризует влияние UPS на электросеть, т.е. то количество искажений, которые вносит аппарат во внешнюю сеть. Данная характеристика напрямую влияет на возможность работы UPS с другими источниками электроэнергии (дизель-генератор). Все фирмы стремятся увеличить этот показатель и приблизить его к 1, причем во всем диапазоне нагрузок. Для этого разработаны новые IGBT выпрямители и выпрямители с коррекцией коэффициента входной мощности. Пример тому выпуск новой линии UPS PW 9340 большой мощности фирмой POWERWARE , имеющими на входе IGBT выпрямитель с функцией коррекции коэффициента мощности. Одними из первых, кто стал применять UPS c IGBT выпрямителем финская фирма Fiskars, вошедшая в состав Exide Electronics./Powerware , и начавшая серийный выпуск аппаратов по такой технологии в 1996г. (модель Profile , новое название PW9150 ). Применение UPS с высоким коэффициентом входной мощности позволит получить экономию электроэнергии, особенно при работе с нагрузкой имеющий нелинейный характер. Приведем пример. В 2000 году на заводе по производству волоконно-оптического кабеля под Москвой была установлена система бесперебойного электропитания обеспечивающая работу всех технологических линий цеха. Мощность системы бесперебойного электропитания составила 480кВА. Система была построена на четырех параллельно работающих UPS . Во время испытаний на реальную нагрузку были произведены замеры токов, напряжений и мощности на входе и выходе системы бесперебойного питания.

• Потребляемая мощность системы бесперебойного электропитания – 187кВА/187кВт
• Коэффициент мощности – 1.0
• Мощность потребляемая цехом – 245кВА/169кВт
• Коэффициент мощности – 0.69 КПД системы 90.3%

К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА ! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при выборе системы бесперебойного питания необходим комплексный подход, который позволит решить не только сиюминутные задачи, но и получить дополнительные преимущества. Применение современных UPS (аналогичных сериям PW 9150 (Powerware 9150), PW 9155 (Powerware 9155), PW 9305 (Powerware 9305), PW 9340 (Powerware 9340), PW 9370 (Powerware 9370) ) позволяет решать задачи энергосбережения. .

"Электросистемы"
Соколов С.В. директор по развитию ТХ "Электросистемы"