POWERSUITE - создавая лучшее

lite text version

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ | * СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА *

Заявление: Приведённые сведения носят информационный характер. Деятельность по применению оборудования требует квалификации и специфической подготовки.

Классификация ИБП.

Источник бесперебойного питания переменного тока (ИБП ПРТ) за годы своего существования, как и любое устройство, приобрёл несколько устойчивых конструктивных и структурных исполнений, нашедших наиболее широкое применение. И, несмотря на то, что существует "правильная" классификация источников согласно стандарту EN 62040-3, мы постараемся очертить отличия типов источников исходя из их структуры и алгоритма работы, используя давно устоявшуюся терминологию.

ИБП класса Off-Line (Резервные ИБП).

Подобные источники появились первыми ещё на заре развития силовой преобразовательной техники. И в те времена было немного потребителей крайне чувствительных к качеству электропитания. Тогда бесперебойность питания ответственных нагрузок решалась наличием комплекса off-line ИБП и большим количеством электролитических ёмкостей, в качестве промежуточных накопителей энергии, во вторичном источнике питания (ВИП), устанавливаемого в самом потребителе. Задачей ёмкостей в ВИП было обеспечение электропитания нагрузки на время запуска и подключения off-line ИБП к нагрузке.

Типы ИБП - off-line.png

На рисунке представлено основное структурное решение источника без учёта фильтров EMI/RFI на входе и выходе ИБП. Так будем представлять структуру ИБП и дальше.

При наличии напряжения сети, нагрузка подключена непосредственно к сети через контактор К1. Выходной инвертор ИБП находиться в выключенном состоянии. При пропадании сети последовательно происходит запуск инвертора ИБП, отключение контактора К1, и подключение нагрузки к инвертору через контактор К2. Промежуток времени, необходимый для выполнения перехода питания нагрузки от основной сети на инвертор off-line ИБП, и обратно, составляет около 12..16 мс.

Как правило, подобные источники создавались на время автономии, достаточное для включения резервного питания, что составляло не более 15..20 минут. Подобную характерную черту сохранили и современные off-line ИБП, выпускающиеся и сегодня. Поэтому очень редко когда инвертор подобных источников способен работать дольше 30 минут без повреждения или отключения по перегреву. В этой связи, практически бесполезно пытаться подключить к такому серийному ИБП большой массив батарей, т.к. ни зарядное устройство (ЗУ) источника не сможет обеспечить полноценный буферный заряд батарей, ни инвертор источника не сможет обеспечить длительную работу и поддержку нагрузки. Исключения могут составлять только ИБП, которые специально разработаны для работы с большим массивом АКБ и возможностью длительной работы инвертора. Очевидно, что подобные "способности" обязательно найдут своё отражение в технических параметрах и цене ИБП. Во всём остальном, следует запомнить, что off-line ИБП в современном понимании и исполнении являются самым недорогим источником, занимают низший класс, и собираются на недорогих комплектующих, компонуются в пластиковых корпусах практически без вентиляции и могут работать только очень короткое время, как правило, 5..15 минут. Именно поэтому, самый массовый рынок для современных подобных ИБП это применение в качестве аварийного источника питания компьютеров, чтобы времени автономии было достаточно даже не для резервного копирования, а только для правильного выключения компьютера.

ИБП класса Line-Interactive (Интерактивные ИБП).

Источники этого класса стали эволюционным развитием off-line ИБП при совмещении их с автотрансформаторами. Как результат, line-interactive ИБП обеспечили даже некоторый прорыв в обеспечении бесперебойности питания потребителей. Но, тем не менее, работа таких источников всё равно предполагала их совместную работу с промежуточными ёмкостями в ВИП потребителей.

Типы ИБП - line-interactive.png

Как и ранее, при наличии сети, нагрузка подключена непосредственно к основной сети, но уже через автотрансформатор, который расширяет диапазон питания потребителей от основной сети, не переводя их на батареи и инвертор. При пропадании сети происходит отключение контактора К1 и включение контактора К2.

Промежуток времени, необходимый для выполнения перехода питания нагрузки от основной сети на инвертор line-interactive ИБП, и обратно, составляет около 4..6 мс.

Снижение времени перехода между сетью и питанием от батарей связано с тем, что инвертор в таких источниках находиться в постоянно включенном состоянии (и синхронизирован по сети), и время перехода питания от сети на инвертор и обратно тратиться только на переключение контакторов, коммутирующих цепи. Существенное снижение общего времени переключения позволило резко сократить ёмкость в ВИП потребителей, тем самым дав возможность сделать их более компактными и дешёвыми. И это являлось значительным достижением.

В современном исполнении, line-interactive ИБП имеют уже и стандартные модификации, рассчитанные на более длительную работу от батарей, например в диапазоне 20..60 минут. Это позволяет использовать эти источники уже в качестве резервных источников питания для потребителей, безболезненно переносящих пропадание питания на 4..6 мс при переключении ИБП. Также, источники класса line-interactive могут снабжаться мощными зарядными устройствами, и способны обеспечивать время автономии до нескольких часов. В этом случае, источники имеют весьма развитую систему охлаждения, и комплектуются гораздо более мощными компонентами. Как результат, подобные источники могут иметь уже весьма весомую цену.

ИБП класса On-Line (Двойного преобразования ИБП).

В развитии силовой компонентной базы полупроводников и развитии теории силовой преобразовательной электроники наступил тот момент, когда стало выгодно производить источники класса on-line с достаточно высоким КПД. Странным образом, на текущий момент цена ИБП класса on-line сопоставима с ценой ИБП класса line-interactive. Это случилось по причине резкого снижения цен на полупроводниковую силовую электронику при сохранении достаточно высокой стоимости моточных изделий, таких как трансформаторы. В результате, господствующее положение сейчас в различных применениях находят именно источники класса on-line.

В современном виде источник on-line имеет 3 контура передачи энергии от сети к потребителю, и, как прежде, только 1 контур передачи энергии от батарей к потребителю. Это касается любого источника, если только он не построен по модульному принципу.

Типы ИБП - on-line.png

Как правило, в таком исполнении основное время нагрузка получает питание через контур двойного преобразования "выпрямитель – инвертор". Таким образом, потребитель всегда защищён от всех возможных сетевых помех.

Время перехода питания нагрузки в On-Line ИБП от сети на батарею и обратно составляет всегда 0 мс. Почему так, очевидно из самой структуры ИБП, где видно, что батареи всегда находятся в активном, всегда подключенном буфере питания выходного инвертора.

Наличие контуров автоматического и ручного байпассов позволяют реализовать дополнительные функции в ИБП. Например, автоматический байпасс используется для питания нагрузки в режиме перегрузки ИБП сверх номинального тока инвертора или при неисправности любой части контура двойного преобразования. Ручной же байпасс используется обычно только в сервисном режиме для снятия напряжения внутри ИБП, когда необходимо обслуживать, ремонтировать или заменить внутренние части ИБП.

Очевидно, что ИБП класса on-line позволили максимально упростить ВИП самих потребителей. И этим обстоятельством весьма активно пользуются производители различного другого оборудования, по-умолчанию предполагая, что их изделия будут запитаны через on-line источник или же какую-либо другую систему бесперебойного питания с очень качественным выходным напряжением. Фактически, сейчас ВИП потребителей может представлять собой лишь некий преобразовательный контур получения необходимого внутреннего напряжения питания потребителя, например, напряжения =3..12В питания микросхем в телекоммуникационном каналообразующем транспортном оборудовании или в контроллерах систем АСУТП. Ясно, что в подобной ситуации ВИП уже максимально упрощается и может быть напрочь лишён каких-либо фильтров сетевых помех. При таком положении дел, подключение нагрузки, снабжённой подобным облегчённым ВИП, напрямую к сети чревато выходом из строя потребителя при первом же искажении сети, выходящего за диапазон требования "качества сети" самим вторичным источником питания (ВИП) потребителя.

Честно говоря, именно наличие облегчённых ВИП в современных нагрузках и является самой массовой причиной отключения, или выхода из строя в целом, потребителей при прохождении в сети импульсных помех. Более того, подобные "чувствительные" потребители уже даже просто невозможно подключать непосредственно к сети, особенно в тех районах, где основные сети "загрязнены" сетевыми помехами.

Есть ещё одна "модификация" ИБП, которую производители ранее неоднократно пытались выделить в отдельный класс, определив его как следующий шаг развития ИБП переменного тока. Речь идёт о, так называемом, дельта-преобразовании (delta-conversion). В большом смысле, дельта-преобразование скорее является одним из режимов работы on-line ИБП, при котором нагрузка подключена к сети через автоматический электронный байпасс, а инвертор выполняет роль "активного фильтра". В этом случае, инвертор является двунаправленным преобразователем энергии, и работает как компенсатор сетевых помех, генерируя на своём выходе сигнал, противофазный амплитудным сетевым помехам. Такой режим позволяет передавать через контур двойного преобразования не всю мощность нагрузки, а только часть, соответствующую уровню искажения синусоидальной формы напряжения сети. Например, в случае искажения амплитуды сетевого напряжения на 15% от формы синуса, через контур двойного преобразования и будет преобразоваться лишь 15% энергии, потребляемой нагрузкой, в то время как остальные 85% мощности пройдут по контуру автоматического байпасса. Очевидно, что основное преимущество дельта-преобразования это повышенный КПД передачи энергии от сети к потребителю по сравнению с полным двойным преобразованием. Однако дельта-преобразование не защищает от частотных искажений напряжения сети и импульсных высокочастотных помех. Тем не менее, подобный режим дельта-преобразования в настоящий момент является одним из стандартных режимов работы серийных on-line ИБП, и имеет наименование, как правило, ECO-Smart.

В заключение хотелось бы сказать, что в данной статье мы специально даже не рассматривали вопросы сравнения КПД, режимов работы, уровня надёжности, применимости ИБП, возможные варианты форм выходного напряжения ИБП и прочие моменты, т.к. за такими подробностями могла быть потеряна нить рассуждений о главном: чем же именно принципиально отличаются различные варианты структур ИБП. Здесь мы это и оговорили. Всё остальное в других статьях.

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

email: office@power-suite.ru | тел.: +7 (499) 754-84-15