Основные технические характеристики ИБП

• Задачи источников бесперебойного питания
• Типы ИБП
• Конструкция ИБП
• Технические характеристики ИБП
• Виды мощности
• Критерии выбора ИБП

Источник бесперебойного питания – это автоматическое устройство, обеспечивающее вторичное электропитание подсоединенной к нему техники. Он автоматически срабатывает при временном отключении основного источника электропитания и обеспечивает стабильную работу оборудования.

Также он поддерживает параметры подаваемой электроэнергии в строгих пределах: частота 50±1 Гц, напряжение 220 ± 22 В, коэффициент нелинейных искажений графика напряжений – продолжительно до 8% и моментами до 12%. Состоит ИБП из инвертора и аккумуляторной батареи, заряжаемой от базовой электросети.

Задачи источников бесперебойного питания

ИБП выполняют несколько функций:

1. Обеспечивают стабильное и непрерывное электропитание подсоединенного к ним оборудования – гарантируют его резервное питание при проблемах со штатным электроснабжением, в т. ч. при коротких замыканиях. Время, на протяжении которого ИБП сможет поддерживать резервное питание, зависит от потребляемой нагрузки и характеристик его аккумуляторной батареи.
2. Повышают качество электропитания.Поддерживают в норме параметры электросети: напряжение, частоту.
3. Гарантируют надежное питание электрооборудования, которое не могут обеспечить стандартные сети электроснабжения.
4. Поглощают относительно малые и непродолжительные выбросы напряжения.
5. Оберегают оборудование от перегрузок и короткого замыкания.
6. Фильтруют напряжение питания, уменьшают шумы.

Такие устройства массово используются с компьютерами, схемами управления котлами отопления и другой техникой, требующей стабильной подачи электрического тока с заданными характеристиками. Они востребованы в разных отраслях промышленности, медицинской сфере, в офисах и домашней среде – везде, где важно не допустить непредвиденного выключения оборудования при перебоях с электропитанием.

Типы ИБП

UPS доступны в широком диапазоне мощности – от 0,1 до 1000 кВт и выше. Варьируются и значения Uвых. В зависимости от назначения ИБП и выполняемых ими функций различают:

1. Модели класса On-Line – разрабатываемые для систем безопасности. Они гарантируют надежное снабжение подключенного к ним оборудования электроэнергией с необходимыми параметрами, без утраты фазы. Переменное напряжение благодаря выпрямителю трансформируется в постоянное, а затем с применением инвертора – вновь в переменное. Даже при малых отклонениях Uвх от номинала UPS данного типа обеспечивают регламентированное Uвых с погрешностью ±3% – напряжение с графиком-синусоидой и стабилизированными параметрами. Инвертор в On-Line моделях постоянно включен, причем последовательно с базовым источником. При перебоях с сетью он переводится на питание от батареи.
2. UPS с двойным преобразованием – отличаются сложной конструкцией и скромным КПД, зато обеспечивают подсоединенной технике превосходную защиту от проблем с электропитанием. Такие устройства в постоянном режиме стабилизируют параметры сети, обеспечивают непрерывную фазу Uвых во всевозможных режимах, полностью фильтруют шумы и импульсы базовой электросети и гарантируют безопасность информации.
3. Устройства категории Line-Interactive или Ferroresonant – объединяют функционал ИБП типов On-Line и Off-Line. Отличаются надежностью, эффективностью и большим диапазоном входящего напряжения. Конструктивно предусматривают включение в прямую цепь ступенчатого регулятора на базе автотрансформатора. Дополнительно может использоваться сетевой стабилизатор. В обычном режиме подсоединенное к ним оборудование получает электроэнергию от базовой сети. При этом UPS регулирует напряжение, гасит колебания напряжения и сглаживает помехи. В аварийной ситуации оборудование переключается на инвертор, который включен параллельно сети и работает в 2-стороннем режиме. Он контролирует линии электропитания, частично стабилизирует Uвых, заряжает АКБ. При наличии вспомогательных компонентов – автоматических или феррорезонансных трансформаторов – увеличивается диапазон Uвх, при котором Uвых находится в нужном диапазоне без перевода на аккумуляторное питание. UPS данного типа имеют отличный КПД и надежно защищают питание подсоединенной техники. К их минусам относят нестабильное Uвых в обычном режиме, зависящее от диапазона Uвх. Также в стандартном режиме работы не стабилизируется частота, а из базовой сети на нагрузку могут проникать импульсы и шумы.
4. Модели класса Off-Line – резервного назначения, призваны защищать технику с импульсным БП при возможных перебоях с электроснабжением. Обычно имеют модульную конструкцию. При аварийном прекращении подачи электроэнергии или при перепадах напряжения переключатель переводит технику на резервное питание. Его обеспечивает работающий от АКБ инвертор. В обычном режиме электрооборудование получает питание сразу от электросети, зачастую – через подавляющий помехи фильтр. Off-Line устройства доступны по цене и конструктивно просты, имеют высокий КПД и экономичны при эксплуатации. Но в стандартном режиме работы они не стабилизируют напряжение и частоту.
5. Модели, использующие дельта-преобразование напряжения – delta conversion. Используют улучшенную обратную связь и отличаются плавной регулировкой напряжения. Позволяют стабилизировать частоту Uвых, обеспечить высокий КПД и надежно защитить технику от неполадок в электросети.
6. By-pass – вспомогательный канал, передающий электроэнергию в нагрузку и повышающий уровень надежности устройства. Он без участия пользователя переходит в режим On-Line в аварийных ситуациях и при отклонении характеристик выходной электросети от номинальных значений.
7. Модели типа triple-conversion – оснащенные корректором коэффициента мощности.
8. Устройства категории ferrups – оснащенные феррорезонансным трансформатором. Он повышает надежность устройства и расширяет диапазон Uвх.

Конструкция ИБП

 UPS работает от находящейся в его корпусе аккумуляторной батареи, под управлением электросхемы. Заряжается АКБ при помощи зарядного устройства, при наличии сетевого напряжения. Так аккумуляторная батарея для ИБП обеспечивает его постоянную готовность к использованию. Для продления времени автономной работы UPS дополнительно оснащается внешней АКБ.

По назначению батареи бывают аварийные и буферные. Аварийные АКБ подают необходимую электроэнергию в цепь при перебоях в работе основного источника энергии. Буферные АКБ подключаются параллельно к основному источнику тока, чтобы снизить влияние колебаний электроэнергии на источник.

Технические характеристики ИБП

Ключевыми параметрами источников бесперебойного питания выступают:

1. Выходная мощность (единица измерения – ВА или Вт) – основной критерий, отражает максимально допустимую нагрузку. При выборе ИБП для холодильника, погружного насоса или другой техники с мощным электромотором и значительными пусковыми токами важно учесть, что потребление мощности при пуске такого двигателя в 5–7 раз превышает номинальное значение.
2. Время переключения, в мс – миллисекунды, за которые ИБП переходит на питание от батареи. Этот параметр ИБП определяет его инерционность и может достигать 2–15 мс.
3. Продолжительность автономной работы, в мин. – определяется емкостью АКБ и мощностью обслуживаемой техники. Выбирается в зависимости от назначения ИБП, в частности, для офисного использования обычно выбирается от 4 до 45 минут. Чтобы успеть сохранить информацию на ПК, достаточно модели, рассчитанной на 5–10 минут работы. Если же нужно обеспечить непрерывную работу оборудования с использованием АКБ, этот параметр должен составлять минимум 20–30 минут.
4. Выходное напряжение, в В.
5. Форма Uвых. Подаваемое на нагрузку напряжение бывает в виде чистой синусоиды (у моделей класса On-Line и частично у устройств категории Line-Interactive), аппроксимированной синусоиды (при ШИМ) и меандра.
6. Ширина диапазона Uвх, в рамках которого UPS стабилизирует питание, не переходя на АКБ. Может зависеть от нагрузки. Чем шире этот диапазон, тем дольше прослужит АКБ.
7. Частота Uвх, в Гц – допустимый диапазон колебаний частоты сети. Обычно допускается отклонение ±1 Гц.
8. Коэффициент отклонения графика Uвых от синусоиды, в %.
9. Крест-фактор – соотношение максимального и среднего значения потребляемого тока, определяется формой Uвх.
10. Наличие функции холодного старта – она подразумевает включение UPS при отсутствии сетевого напряжения.
11. Допустимая нагрузка, в % к номинальной мощности – отражает стойкость UPS к ваттным перегрузкам.
12. Срок службы АБК, в годах – зависит от типа используемых батарей и условий их использования.

Виды мощности

Планируя подобрать ИБП по параметрам, необходимо в первую очередь учесть его мощность. В инструкции указывается полная или выходная мощность – S, измеряемая в ВА. Рассчитывается она как произведение среднеквадратичных величин тока и напряжения. Графически она определяется суммированием активной и реактивной части.

Активной называется мощность, потребляемая техникой (Р, в Вт). Она исчисляется как произведение полной мощности на cos угла сдвига фаз. Реактивная мощность (Q, в варах) отражает потери в проводах из-за действия реактивного тока. Исчисляется как произведение полной мощности на sin угла сдвига фаз. При отсутствии таких потерь активная мощность равна выходной.

Критерии выбора ИБП

При выборе источника бесперебойного питания ключевую роль играют:

1. Тип прибора.
2. Его мощность.
3. Тип и характеристики аккумуляторной батареи. Лучшими считаются Li-ion модели, включая их подвид на основе литий-железо-фосфата. Емкость выбирается с учетом потребляемой мощности техники и достаточного времени его автономной работы при перебояxс
4. Число и конфигурация доступных разъемов для подключения техники – они должны соответствовать друг другу.

Резервные модели (категории Off-Line) используются в условиях стабильно работающей электросети, для которой не свойственны скачки напряжения. Они оберегают технику только от непредвиденного отключения электричества и обеспечивают время работы 5–10 минут.

Линейно-интерактивные ИБП обладают сложной схемой, которая при скачках напряжения позволяет не переходить на работу от АКБ, а задействовать для выравнивания напряжения собственный трансформатор. И только если это невозможно, включается АКБ. Такие модели рекомендуются для электросетей с частыми скачками напряжения.

ИБП с двойным преобразованием работают по еще более сложной схеме – с подачей электроэнергии и от АКБ, и от сети. Благодаря этому риск обесточивания нагрузки или ее выхода из строя сводится к нулю. Такие модели дорогостоящие и обычно используются для группы ПК.

Подходящая мощность ИБП зависит от потребления подсоединяемых к нему устройств, например:

• для львиной доли домашних компьютеров подходят UPS на 300–500 Вт;
• для игровых конфигураций с высокопроизводительным процессором и мощной видеокартой – используются модели на 600–1000 Вт.

В предыдущей статье нашего блога повествуется о том, как выбрать BMS плату для LiFePO4 аккумулятора.