Устройство и принцип работы ИБП

Источники бесперебойного питания (UPS) предназначены для подачи электроэнергии на подключенное к нему оборудование в случае сбоев в электросети.

Из чего состоит источник бесперебойного питания

Состав определяется функциями ИБП. В него входят:

Дополнительно могут использоваться фильтры, снижающие помехи электросети; трансформатор; переключатель и др.

Окончательный набор элементов зависит от типа бесперебойника, условий, в которых он работает, и функций, для которых предназначен.

Самым важным и дорогим компонентом блоков бесперебойного питания являются аккумуляторы. От их типа и ёмкости зависит время работы подключенной нагрузки.

Батареи бывают трёх типов:

Ёмкость свинцово-кислотных батарей может быть 7 или 9 Ач, напряжение — 12 В.

Во многих источниках бесперебойного питания устанавливаются приборы самодиагностики и настройки. С одной стороны они удобны, поскольку сообщают о состоянии батарей, оставшемся заряде, времени до полной зарядки. С другой — потребляют заряд батарей на проведение тестирования. И этот расход может быть значительным.

Типы UPS

Выделяются два основных принципа работы блока бесперебойного питания:

В первом случае преобразователь постоянного тока в переменный включается во время сбоев в подаче электрического сигнала по сети. Это может быть полное исчезновение тока, скачки напряжения, изменение параметров сигнала, появление помех.

Схема 1. Standby UPS.

В данную схему включены дополнительные элементы: ограничитель напряжения (SURGE SUPPRESSOR) и фильтр.

Такие ИБП называются резервными (Standby). Для них требуется некоторое время, чтобы перейти с одного вида работы на другой. Задержки могут составлять до десятков миллисекунд.

Во втором случае UPS постоянно конвертирует переменный ток в постоянный, а затем постоянный в переменный. В этих устройствах время переключения считается нулевым, так как не происходит задержки в подаче электропитания для подключенной нагрузки.

Схема 2. Online UPS.

На схеме выпрямитель (RECTIFIER) преобразует переменный ток в постоянный, а INVERTER наоборот — постоянный в переменный.

Остальные типы являются производными от этих двух.

С точки зрения форм-фактора бесперебойники могут выпускаться как в корпусе Tower, так и Rack Mountable (для установки в стойку 19”).

Резервные ИБП

Этот тип UPS наиболее часто используется для настольных компьютеров и другого оборудования.

Диапазон мощностей нагрузки от 0 до 0,5 кВА (Вольт-Ампер — полная мощность, произведение тока на напряжение. Она отличается от активной мощности на коэффициент, связанный с реактивной нагрузкой. Активная мощность измеряется в Ваттах. Полная мощность всегда больше активной).

Резервные ИБП характеризуются КПД, равным шестидесяти процентам; небольшими размерами и низкой стоимостью. Большинство устройств способно фильтровать помехи, подавлять кратковременные скачки и провалы напряжения.

Уровень защиты нагрузки — невысокий. Такой блок питания не способен выдавать чистую синусоиду на выходе.

К разновидностям этого класса источников бесперебойного питания можно отнести интерактивные блоки питания. Они состоят из того же набора компонентов, дополненного трансформатором с несколькими точками подключения. Такая конфигурация позволяет исправлять изменения напряжения в сети без подключения батарей. Такая схема исправляет отклонения величиной до двадцати процентов от номинального значения напряжения и экономит ресурс АКБ.

Схема 3. Line Interactive UPS со ступенчатой стабилизацией напряжения.

Ещё одной модификацией резервных блоков бесперебойного питания можно назвать феррорезонансные. Они используются для нагрузок, имеющих большую мощность — от 3 до 15 кВА.

Феррорезонансные ИБП отличаются от интерактивных трансформатором, имеющим стальной сердечник. Это позволяет лучше управлять выходным напряжением и выдерживать большие нагрузки. Но такая конструкция приводит к удорожанию устройства и созданию дополнительных помех в выходном сигнале из-за индукции, наводимой в сердечнике.

ИБП с двойным преобразованием

Online UPS способны выдавать полную электрическую мощность от 5 до 5000 кВА. Это наиболее распространённый тип бесперебойников.

На выходе выдаёт идеальную синусоиду. За счёт двойного преобразования тока устраняются все помехи и искажения входящего сигнала. Отлично подходят для защиты оборудования, чувствительного к колебаниям мощности.

Начальная стоимость Online UPS выше, чем у Standby, но итоговая цена владения лучше. Это связано с более длительным сроком службы батарей. Хотя другие устройства (RECTIFIER и INVERTER) работают непрерывно и могут быстрее выйти из строя. Но их цена значительно меньше стоимости аккумуляторов.

Для устойчивой работы таких UPS необходимо обеспечить беспрепятственное поступление воздуха.

К недостаткам можно отнести шум при работе.

КПД ИБП с двойным преобразованием — около девяносто процентов. Постоянная двойная конвертация тока и охлаждение сопровождается потерями энергии. Но проседание эффективности незначительно и вполне компенсируется достоинствами устройства.

Около десяти лет назад компания APC создала усовершенствованную конструкцию ИБП с двойным преобразованием. Этот тип называется Delta conversion online UPS, серия — Symmetra.

Схема 4. Delta conversion online UPS с опорным напряжением.

Суть новшества в установке на входе блока трансформатора, подающего напряжение на выход инвертора. За счёт этого удалось снизить потери мощности и энергии, минимизировать гармоники и лучше контролировать характеристики выходного сигнала. Всё это в сумме повысило эффективность работы устройства, снизило нагрев и износ, позволило соединить бесперебойник в общую цепь с резервными генераторами. Ранее ни один из UPS не мог работать в такой связке.

Кроме того, удалось управлять входящим током для обеспечения оптимизации режима зарядки аккумуляторов.

Заключение

Каждый тип источников бесперебойного питания нужно использовать в соответствии с тем, какие задачи он может выполнять. Краткая таблица поможет сориентироваться в выборе ИБП.

Таблица 1. Сравнительные характеристики типов ИБП.

Кроме указанных в ссылках типов UPS, поставщик компьютерного и it-оборудования и сетевых решений ВИСТЛАН предлагает множество моделей других производителей.

Если у вас есть вопросы по технологиям, по режимам использования по подбору нужного вам типа и модели, обратитесь любым способом (через сайт, по телефону или электронной почте) к нашим специалистам. Вам не только помогут в выборе, но и предложат выгодные решения.