Следующей важной характеристикой является время автономной работы. Это число зависит от нагрузки, которую получает ИБП в данный момент. При максимальной мощности батареи бытового прибора работают 1-3 минуты. При половинной мощности они работают гораздо дольше (до 10 минут).
Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы
В этой статье рассматриваются типы ИБП и принципы их работы, а также приводятся осциллограммы текущего выходного напряжения.
Сначала несколько общих терминов. Источники бесперебойного питания (сокращенно — ИБП) также называют UPS, по аббревиатуре от Uninterruptible Power Supply. Поэтому мы называем их и ИБП, и UPS, в зависимости от того, что больше подходит. В этой статье я буду называть их и так, и так.
Зачем нужен UPS (ИБП)
Принцип работы ИБП раскрывается уже из его названия — это источник, на выходе которого всегда есть напряжение. Но мы все здесь прагматичные техники и знаем, что ничто не вечно, поэтому давайте посмотрим, как это работает.
ИБП в основном используется там, где отключение электроэнергии может иметь негативные последствия. Например, для питания компьютеров и серверов, для питания устройств связи и распределения сигналов (маршрутизаторов), для питания устройств, которые не могут перезапуститься автоматически без вмешательства человека.
Вот пример того, как мой читатель доработал ИБП для стратегической системы (2 сервера и т.д.). Он также усовершенствовал схему и сделал возможным использование обычного автомобильного аккумулятора.
Бытовые приборы — это в основном компьютеры и системы отопления.
Следует уточнить, что ИБП рассчитан на время зарядки 10-15 минут, в редких случаях до получаса. Предполагается, что за это время электричество восстановится или человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в службу электроснабжения компании, завершит технический процесс).
ИБП нельзя рассматривать как резервный источник питания. Он является лишь аварийным источником питания и, в лучшем случае, используется нечасто, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, максимум на одну минуту). Если это время больше, следует задуматься о повышении качества электропитания.
SamElectrik.ru в социальных сетях:
Подписывайтесь! Там тоже интересно!
Аварийный источник питания можно определить как источник питания, который может полностью заменить основной источник питания на длительный период времени, от нескольких часов до нескольких дней. Это может быть другая линия (см. статью об этом резервном источнике питания), генератор, солнечная батарея или ветряная турбина. Теоретически, ИБП также может служить для этой цели, но для него требуются батареи большой емкости, что существенно повлияет на цену такой системы.
Виды источников бесперебойного питания
Существует множество типов (видов) ИБП, но их ровно три. Давайте проанализируем их.
Итак, существует три основных типа ИБП:
Back UPS
Другие эквивалентные названия: Offline UPS, Standby UPS, резервный ИБП. Самый распространенный ИБП, используется для большинства типов бытового и компьютерного оборудования.
Резервный просто переключает нагрузку на питание от батареи, когда входное напряжение выходит за пределы диапазона. Нижний предел составляет около 180 В для различных моделей, а верхний — около 250 В. Переходы к батарее и от батареи имеют гистерезис. Это означает, например, что нисходящий переход к батарее произойдет при 180 В или менее, а обратный — при 185 В или более. Этот же принцип применим ко всем типам ИБП.
Это несколько напоминает принцип работы реле напряжения, которое отключает нагрузку, но обратный ИБП не отключается, а переключается на батарею, чтобы его можно было еще некоторое время эксплуатировать.
Smart UPS
Другие названия — line-interactive, интерактивный тип ИБП. В принципе, он недалеко ушел от обратного ИБП.
Интеллектуальные ИБП, как следует из их названия, более интеллектуальны. Они дополнительно прерывают работу внутреннего автотрансформатора и таким образом хоть как-то стабилизируют входное напряжение. И только в крайнем случае они переключаются на питание от батарей.
Таким образом, стандарт выходного напряжения поддерживается при более высоких отклонениях входного (150…300 В). Автотрансформатор имеет несколько ступеней переключения, поэтому интеллектуальный ИБП преобразует выходы автотрансформатора до последнего момента и только в последний момент включает батарею. Это экономит заряд батареи, так как она включается только в случае полного отключения питания.
Это устройство похоже на релейный регулятор напряжения с пошаговым переключением обмоток автотрансформатора. Разница лишь в том, что AVR остается без питания, когда находится вне зоны действия сети, в то время как наше «интеллектуальное» устройство включает батарею, и питание не пропадает.
Online UPS
Другие названия — сетевой, двойного преобразования, бесперебойный инверторный источник питания. Совершенно иной принцип работы, для любителей чистой синусоиды. Энергия от входа преобразуется в постоянное напряжение и подается на инвертор, который генерирует чистую синусоиду. И в то же время он поддерживает аккумулятор в 100 % готовности. При необходимости инвертор продолжает работать в том же режиме, но питается от аккумулятора.
Он используется для аварийного питания оборудования, чувствительного к формату выходного напряжения, например, газовых котлов, серверов, профессиональной аудио- и видеоаппаратуры и другого стратегического оборудования.
У онлайн ИБП есть два недостатка: цена и эффективность. Эффективность низкая, поскольку, как следует из названия, такой ИБП всегда включен. В отличие от двух других типов.
Существуют варианты онлайн ИБП, которые используют так называемый «сквозной ноль» для правильной работы газовых электрокотлов. Причина в том, что эти котлы реагируют на наличие фактического нулевого напряжения для правильного розжига.
Резервные ИБП
Так называемые резервные устройства ИБП являются самыми простыми и дешевыми. Принцип работы этого типа ИБП очень прост: нагрузка питается от сети при наличии напряжения, в противном случае питание осуществляется от батареи. Батарея заряжается во время работы ИБП. Согласно статистике, эффективность такого ИБП при перебоях в электроснабжении составляет 55-60 %.
В большинстве случаев работа ИБП для компьютера может быть объяснена по принципу автономного ИБП. Большинство источников бесперебойного питания для домашних компьютеров производятся именно по этой технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить, является самым низким среди всех существующих ИБП. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Этот уровень защиты часто достаточен для бытовой техники, поскольку качество электроэнергии в таких сетях несколько выше, чем в промышленных сетях.
Резервные ИБП хорошо работают в сочетании с компьютером, но совершенно несовместимы с насосами, котлами и другим подобным оборудованием, поскольку работа резервного ИБП не обеспечивает синусоидального напряжения. Для компьютеров это не критично, поскольку в них используются импульсные источники питания. Это означает, что такие устройства могут справиться с небольшим сбоем питания, поскольку в их собственных конденсаторах еще есть энергия. Время переключения с сети на батарею составляет от 2 до 15 миллисекунд. Схема ИБП включает в себя инвертор, который преобразует постоянный ток от батареи в переменный. Следует отметить, что такие ИБП, как правило, имеют низкую мощность.
Линейно-интерактивные ИБП
Конструкция и работа интерактивных источников бесперебойного питания практически идентичны конструкции и работе резервных ИБП. Исключением является возможность стабилизации напряжения, которая осуществляется с помощью переключающего устройства. Преимущество стабилизации заключается в том, что источник питания не нужно переключать в случае больших колебаний напряжения. Колебания входного напряжения могут достигать 20 % от нормального значения. Выходное напряжение ИБП практически не подвержено колебаниям. Эффективность защиты систем ИБП с обратной связью по сети составляет 85 %.
По сравнению с резервным ИБП они обеспечивают более высокий уровень защиты, но уступают онлайн ИБП. Работа линейно-интерактивного ИБП может быть разделена на две группы. Устройства первой группы производят приблизительно синусоидальный выход, т.е. ступенчатый выход. Вторая группа производит «чистую» синусоиду без каких-либо искажений. Последние в некоторых случаях могут заменить онлайн ИБП. Чистый синусоидальный выход позволяет использовать их для защиты электродвигателей и котлов.
Онлайн ИБП
Самыми надежными и технически совершенными ИБП являются онлайн ИБП. В них используется самая передовая технология двойного преобразования. Защита, обеспечиваемая этими устройствами, обычно составляет 100%, независимо от того, работает ли ИБП в сети или от батарей.
Как работает ИБП с топологией online? Принцип работы фактически содержится в самом названии. Входной ток преобразуется в постоянный ток в выпрямителе, а затем преобразуется обратно в переменный ток инвертором. Переменный ток на выходе имеет идеальные характеристики, как по форме, так и по величине напряжения. ИБП имеет резервную линию, байпас, который обеспечивает подачу электроэнергии в случае неисправности одного из компонентов ИБП.
Обычно утверждается, что время переключения на батарею равно нулю, но в действительности батареи всегда подключены к цепи. Именно по этой причине такие ИБП называются онлайновыми. Такой источник бесперебойного питания может защитить нагрузку от всех видов помех, которые могут возникнуть в сети.
Такие ИБП используются для защиты критически важных и очень чувствительных нагрузок. Все мощные ИБП основаны на этой технологии. Несмотря на высокую мощность, для повышения автономности используются дополнительные решения. В основном, ИБП может использоваться в сочетании с генератором и внешними батареями.
Однако двойное преобразование также имеет свои недостатки. Конструкция ИБП достаточно сложна, что не выгодно с точки зрения стоимости. Наличие двойного преобразования снижает КПД, который, впрочем, в современных ИБП достаточно высок. Для максимального повышения КПД используются специальные энергосберегающие технологии. Кроме того, процесс двойного преобразования связан с выделением тепла и шумом. Следует признать, что удельный вес всех этих недостатков несравнимо мал по сравнению со всеми преимуществами и, прежде всего, уровнем защиты.
Как работает ИБП? Все типы бесперебойников.
22.08.2018 Как работает ИБП Promformat? Это устройство имеет очень простую структуру, оно включает в себя: 1. батареи. 2. компоненты ИБП, которые предназначены для компенсации резких изменений в электросети.
Сегодня производители предлагают три типа ИБП. Каждый из них имеет свои функциональные нюансы. Самым важным элементом в конструкции этих устройств является аккумулятор. В них используются свинцово-кислотные батареи со следующими характеристиками: Их емкость составляет 7 или 9 Ач, а напряжение — 12 В. В простых конструкциях используется только один аккумулятор, а в более сложных устройствах может применяться несколько аккумуляторов одновременно.
ИБП резервного класса
Эта категория ИБП является одной из самых простых. Он работает по очень простому принципу: нагрузки питаются от сети, а в случае перебоев в подаче электроэнергии они питаются от батарей, которые являются неотъемлемой частью устройства. Аккумуляторы заряжаются, пока устройство питается от сети. Статистика показывает, что КПД этих устройств составляет от 55 до 60 %. Большинство устройств этой категории основаны на технологии, описанной выше. Как правило, они используются для защиты компьютера в домашних условиях. Использование такого продукта особенно важно для тех, кто живет за чертой города. Однако они обеспечивают лишь крайне ограниченную защиту. Сигнал лишь частично освобождается от помех. Для потребителей в частных домах такого уровня защиты часто бывает достаточно, но в промышленных условиях качество электропитания должно быть выше. Резервные источники хорошо работают в связке с домашним компьютером, но, конечно, не могут работать с насосными станциями или котлами. Это связано с тем, что резервные источники не способны подавать синусоидальное напряжение. Для такого устройства, как домашний компьютер, это не критично, но для более сложных устройств это может привести к их поломке.
Работа таких устройств аналогична работе резервного типа. Разница заключается в том, что линейные источники питания способны стабилизировать напряжение, что делается с помощью переключающего устройства. Преимущество этого метода заключается в том, что источник питания не нужно переключать при изменении параметров напряжения. Оно может составлять до 20 % от номинального напряжения. Выходное напряжение не изменяется. Эффективность защиты источников питания этого класса достигает 85 %. По принципу действия источники бесперебойного питания можно разделить на две группы. Устройства первой категории генерируют на выходе синусоиду ступенчатой формы. Устройства второй категории генерируют высококачественную синусоиду без колебаний. Их наличие позволяет защитить такое оборудование, как электродвигатели и системы отопления.
ИБП Онлайн типа
Это одни из самых надежных и современных устройств. Они работают на основе технологии двухтоковой коммутации. Это самая передовая технология на сегодняшний день. Уровень защиты этого устройства достигает 100%, независимо от того, работает ли оно от батареи или от сети. Принцип работы этого устройства заключается в том, что оно преобразует ток на входе в постоянный ток. Затем происходит обратное преобразование. Это означает, что постоянный ток преобразуется в переменный. Полученный ток имеет высокую характеристику, как по синусоидальной кривой напряжения, так и по величине vo
- отключение электроэнергии на длительное время;
- скачки напряжения, их длительность может составлять до 100 мс, а пиковое напряжение до 6кв;
- высокочастотные помехи;
- движение частоты.
Все эти перебои могут привести к повреждению бытовых приборов и оргтехники. Для снижения вероятности перебоев в электроснабжении и неприятных последствий их воздействия используются источники бесперебойного питания (ИБП). Они способны решить множество проблем. Например, существуют модели ИБП, способные поддерживать электроснабжение в загородном доме в течение нескольких часов.
Они могут получать заряд либо от сети, либо от альтернативного источника энергии, например, солнечных батарей. После отключения источника питания используются встроенные аккумуляторы. Чем больше их емкость, тем больше они могут нести заряд.
ИБП могут нести нагрузку, вызванную системами отопления или насосной станцией.
Более простые модели обычно используются для резервного питания компьютеров. Следует отметить, что они могут выдерживать нагрузку от такого устройства только в течение нескольких минут, но этого времени достаточно для правильного отключения.
Для защиты компьютерного оборудования можно использовать два типа ИБП:
Первые обычно устанавливаются на портативные устройства — ноутбуки. Батарея в таком устройстве имеет встроенный контроллер, который преобразует питание ноутбука или планшета в питание от батареи.
Перед покупкой устройства бесперебойного питания желательно понять, какова установленная мощность устройств, которые они питают. Если вы обратитесь в компанию «Промформат», то можете быть уверены, что профессионалы помогут вам выбрать нужные устройства.
Назначение и дополнительные функции ИБП
Основное назначение устройств — обеспечение бесперебойного питания подключенных устройств в случае отключения электроэнергии или недопустимого отклонения параметров (напряжения и частоты) от нормальных значений.
Функциональность ИБП больше не ограничивается переключением питания подключенных устройств на работу от батарей в случае кратковременного отключения электроэнергии. Некоторые современные устройства предлагают дополнительные функции
- стабилизация напряжения (в источниках питания двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
- фильтрация частотных и импульсных помех;
- «холодный старт», позволяющий включать электроприборы при отключении электроэнергии (во время нахождения устройства в автономном режиме);
- световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение уровня напряжения и частоты на входе и выходе, фактическая мощность потребления нагрузки и т. д.);
- таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;
- синхронизация с ПК, организация удаленного мониторинга системы питания и управления устройством.
Особо следует отметить защиту от сетевых помех и перенапряжений, а также защиту локальной сети.
Для защиты от сетевых помех на входе ИБП обычно устанавливается пассивный многочленный фильтр RC или LC.
Для защиты от высоковольтных скачков напряжения используется варисторный модуль, который подключается параллельно входному источнику питания. Фильтры на основе металлооксидных варисторов также используются для подавления высоковольтных импульсов в источниках бесперебойного питания. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко падает и шунтирует вход ИБП. Возникающие сверхтоки (которые могут достигать нескольких кА) проходят через варисторы блока защиты, не нагружая источник питания ИБП и не влияя на подключенное оборудование.
Аналогичным образом в большинстве ИБП реализована защита локальных сетей с помощью варисторов. Подключение кабелей передачи данных через специальные разъемы RJ-45 и RJ-11 защищает сетевые устройства (сетевые адаптеры, маршрутизаторы и т.д.) и телефонную линию.
Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки
К наиболее важным техническим характеристикам ИБП относятся:
- мощность устройства;
- время переключения на работу от АКБ и обратно;
- схему построения и форму выходного сигнала;
- максимальную длительность работы в автономном режиме;
- наличие функции стабилизации напряжения;
- время полного заряда аккумуляторов;
- исполнение и габаритные размеры.
Помимо источника бесперебойного питания, залогом эффективности и надежности любой нагрузки является качество питающего напряжения, важнейшей характеристикой которого является форма выходного сигнала. Для каждого типа ИБП характерно формирование определенной синусоидальной формы сигнала, которая не всегда подходит для нормальной работы подключенного оборудования.
Давайте рассмотрим существующие концепции ИБП и пригодность их выходных форм сигнала для различных типов нагрузок.
ИБП резервного типа (off-line)
При отсутствии сетевого напряжения эти устройства передают энергию для нагрузки на батареи. Они не имеют встроенной защиты от колебаний напряжения (стабилизации) и поэтому подходят для использования только в сетях с относительно стабильным напряжением.
Это, пожалуй, самые популярные источники бесперебойного питания для бытового использования. Доступная цена и удовлетворительные технические характеристики делают их наиболее экономичным выбором для защиты нагрузки без индуктивного элемента (двигатели, трансформаторы, катушки), к которой не предъявляются высокие требования.
Модифицированная синусоидальная волна на выходе этих систем ИБП не подходит для питания циркуляторов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и других приборов. Использование ИБП с автономной топологией в качестве источника питания для этих приборов с электродвигателями гарантированно приведет к быстрому выходу из строя.
Примером нагрузки, совместимой с резервным ИБП, может служить домашний или офисный компьютер. Их импульсные источники питания минимально чувствительны к несинусоидальному напряжению питания. Однако, учитывая потенциально повышенный шум на выходе блоков питания серверов, офисного оборудования и устройств безопасности, следует избегать их использования для питания критически важного оборудования, нарушение работы которого может привести к потере важных данных.
Использование источника бесперебойного питания для питания маломощной осветительной сети в режиме ожидания также целесообразно. Ограничением в данном случае является наличие в реакторе ламп с электромагнитным дросселем. Комбинированное использование автономных систем ИБП с лампами, включенными непосредственно в сеть, и электронных дросселей доказало свою работоспособность при заданном сроке службы ламп.
Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)
Они на класс выше своих предшественников. В отличие от резервных ИБП, они имеют встроенный стабилизатор напряжения, что расширяет диапазон их применения до сетей с небольшими колебаниями напряжения. Кроме того, ИБП в этой топологии может переключаться на питание от батареи с временем перехода 4 мс. ~4 мс для переключения на питание от батареи, что значительно меньше, чем при использовании резервного источника питания.
Когда вместо ИБП актуальнее приобрести генератор?
Использование ИБП можно считать оправданным при низком потреблении нагрузки и коротких перерывах в электроснабжении.
Классическим примером ИБП с низким энергопотреблением является подключение компьютерной системы и монитора, что позволяет правильно выключить компьютер во избежание сбоев в работе системы и потери данных. Малые и средние модели ИБП также широко используются для питания систем управления котлами и небольших циркуляционных насосов во время кратковременных отключений электроэнергии.
Не рекомендуется устанавливать источник бесперебойного питания в сетях с длительным отключением электроэнергии. Для обеспечения непрерывного питания нагрузки в течение длительных периодов автономной работы требуется значительное увеличение емкости аккумуляторов. В таких случаях экономически целесообразно приобрести бензиновый или дизельный генератор, учитывая ограниченный срок службы батарей (которые необходимо периодически заменять в процессе работы), стоимость которого зачастую вдвое превышает стоимость ИБП.
Правила использования ИБП
Приобретая источник бесперебойного питания для резервного питания, важно знать, с каким оборудованием он может быть использован. Иногда одного ИБП бывает недостаточно, и тогда приходится принимать дополнительные меры по электрификации дома.
Подключение бытовых приборов
Компьютеры, модемы, маршрутизаторы, видео- и аудиотехника — типичные бытовые или офисные устройства, к которым подключаются источники бесперебойного питания. Если эти устройства содержат обычные импульсные источники питания, достаточно приобрести относительно недорогие модели, которые не обеспечивают чистую синусоиду.
Современные модели компактны и имеют привлекательный дизайн, который гармонично сочетается с другими приборами в гостиной.
Для освещения тоже не обязательно покупать дорогие изделия. Здесь важно правильно рассчитать максимальную мощность и время автономной работы.
Незапланированная разморозка холодильников и порча продуктов — проблема частых поломок. Для защиты такого оборудования с асинхронными двигателями требуется более сложный ИБП, так как необходим «чистый» синусоидальный сигнал.
Кроме того, необходимо учитывать наличие пусковых токов, возникающих при запуске двигателя. Упрощенно для холодильников это можно определить, умножив значение мощности на 5.
Например, если на кухне есть холодильник с полной мощностью 300 Вт (1500 Вт при запуске) и морозильник с мощностью 200 Вт (1000 Вт при запуске), то необходим источник питания с чистой синусоидой и максимальной мощностью не менее 1700 Вт. Одновременный запуск обоих двигателей маловероятен, и такой ИБП может выдержать скачок напряжения в 2,7 кВт в течение одной секунды.
Онлайн-блок такого типа с максимальной мощностью 2000 Вт может работать около получаса при общем потреблении 500 Вт. Поскольку процесс охлаждения занимает около 5 минут, ИБП гарантированно хватает на 6 запусков обоих блоков.
В частных домах и домах отдыха использование ИБП для поддержки системы отопления под давлением также необходимо. Насосам также необходима чистая синусоидальная волна
Источники бесперебойного питания также активно используются для работы газовых котлов. Учитывая стоимость подключаемых приборов, не экономьте на качестве ИБП в этом случае.
Резервное и дополнительное электропитание
Для многих бытовых приборов не подходит недорогой ИБП, так как требуется значительная максимальная мощность с длительным временем автономной работы. Стиральные машины, электроплиты и децентрализованные кондиционеры потребляют много электроэнергии.
Конечно, на время отключения электроэнергии можно обойтись и без этих приборов. Это имеет смысл, если такие отключения редки и непродолжительны. Однако если вы решили обеспечить автономное электроснабжение крупных потребителей, лучше использовать бензиновый или дизельный генератор. Для быстрого запуска в случае отключения электроэнергии используется автоматическая система переключения (АВР).
Бесперебойное питания потребителей постоянного тока
Некоторое оборудование требует бесперебойного питания 12-, 24- или 48 В постоянного тока. Такие системы ИБП также имеются в продаже. Они маркируются аббревиатурой «DC». Имеются также блоки с напряжением питания 60, 110 или 220 В, но они используются в промышленных или технических приложениях.
Источники бесперебойного питания постоянного тока отличаются от классических моделей внутренним устройством за счет отсутствия трансформатора. Батареи подключаются непосредственно к выходу через контактор с токоограничивающим байпасом, чтобы избежать недопустимо глубокого разряда батарей.
В некоторых случаях на выходе может быть установлен стабилизирующий трансформатор, если оборудование, питаемое от ИБП, чувствительно к небольшим колебаниям напряжения.
В сочетании с трансформатором напряжения 48-ваттный ИБП постоянного тока может питать систему мониторинга с радиусом действия до 1 км.
Такие резервные источники питания используются для защиты следующих бытовых приборов, питающихся от постоянного тока:
- систем видеонаблюдения и охраны;
- всевозможных датчиков (протечки, дыма, огня, движения и др.);
- систем освещения;
- телекоммуникационных приборов;
- систем связи;
- компонентов системы управления «умный дом».
Многие ИБП постоянного тока имеют возможность подключения внешних батарей. В этом случае автономная работа питаемых ими приборов может быть очень продолжительной.
Выводы и полезное видео по теме
Краткое описание наиболее важных характеристик домашнего ИБП:
Разнообразие типов и характеристик ИБП является следствием различных условий, в которых они используются: мощность и тип подключаемого оборудования, параметры и типичные проблемы конкретной электросети. Источник бесперебойного питания, как правило, не самый дорогой элемент системы, но именно от него зависит стабильность ее работы. Поэтому необходимо определить условия эксплуатации и тщательно выбрать модель
У вас остались вопросы по теме этой статьи? Или, может быть, вы можете добавить какую-то интересную информацию об ИБП? Пишите свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь своим опытом в поле ниже.
