Меню

Ибп с двойным вводом питания

Онлайн ИБП с двойным преобразованием

Сегодня все существующие в мире источники бесперебойного питания делятся на три группы: резервные (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и онлайн (on-line). ИБП третьей группы считаются самыми надежными и функциональными.

В данной статье мы рассмотрим их конструкцию, основные режимы работы, преимущества и недостатки, а также основные критерии подбора.

Содержание

Конструкция и особенности

Принцип работы онлайн ИБП базируется на технологии двойного преобразования электроэнергии. Именно её применение обеспечивает ряд преимуществ, недоступных для устройств других топологий, и позволяет использовать такие ИБП не только для обеспечения автономной работы нагрузки, но и как средство повышения качества электроэнергии до уровня, подходящего даже для самых требовательных потребителей.

Одна из особенностей ИБП с двойным преобразованием – полное отсутствие каких-либо электромеханических элементов в конструкции. Прибор, как правило, состоит из следующих электронных компонентов:

  • сетевых фильтров;
  • выпрямителя;
  • зарядного устройства для аккумуляторов;
  • аккумуляторных батарей (и/или разъем для подключения внешней аккумуляторной батареи);
  • конвертера постоянного напряжения (конвертор DC/DC);
  • инвертора;
  • электронного байпаса;
  • системы охлаждения;
  • электронного блока управления;
  • средств вывода информации и управления (электронный дисплей, светодиодные индикаторы, клавиатура).

Режимы работы

Как правило, ИБП онлайн топологии поддерживают несколько режимов работы: от сети, автономный и ЭКО (через байпас в обход процесса стабилизации).

Переход на определённый режим работы устройства зависит от состояния сети:

  • если напряжение сети в пределах нормы, то устройство работает в режиме ЭКО;
  • если сетевое напряжение отклонено от номинального значения, но находится в допустимом для регулирования диапазоне, то ИБП будет находиться в онлайн режиме (работа от сети);
  • если сетевое напряжение отсутствует или вышло за пределы допустимого для регулирования диапазона, то в этом случае прибор перейдет в автономный режим (работа от батарей).

Рассмотрим работу устройства в каждом из описанных режимов.

Работа ИБП при допустимом сетевом напряжении (режим ЭКО)

В этом случае ИБП обычно работает в ЭКО режиме: входное напряжение проходит через сглаживающий помехи фильтр и подаётся сразу на выход по цепи байпаса, которая минует выпрямитель и инвертор. Зарядное устройство прибора при этом продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.

Работа в обход преобразователей позволяет повысить КПД устройства и, соответственно, снизить расход электроэнергии. Кроме того, возможность принудительного включения такого режима дает возможность переключить нагрузку на питание напрямую от сети в случае сервисного обслуживания силовой части ИБП (например, при её ремонте) без прерывания электроснабжения потребителей.

Работа ИБП при нестабильном сетевом напряжении (режим онлайн)

В данном случае напряжение сети фильтруется, измеряется электронным блоком и поступает на выпрямитель, который в современных ИБП выстраивается на основе IGBT-транзисторов. С выхода выпрямителя избавленное от внешних искажений постоянное-промежуточное напряжение подаётся на инвертор, который снабжен широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и генерирует выходное переменное напряжение с идеальной формой и номинальным значением. У качественных ИБП максимальное отклонение по выходу составляет не более двух процентов.

Зарядное устройство работает так же, как и при нахождении напряжения сети в пределах нормы, т. е. продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.

Работа ИБП в автономном режиме

При выходе сетевого напряжения за пределы допустимого для регулирования диапазона или при его отсутствии ИБП переходит в автономном режиме и питает нагрузку за счет энергии, накопленной в батареях. Напряжение от аккумуляторов сначала проходит через DC/DC конвертер, затем поступает на инвертор, где преобразуется в выходное переменное напряжение с высокими показателями качества.

Преимущества ИБП двойного преобразования

Online ИБП являются отличным решением не только для задач по обеспечению бесперебойного электроснабжения, но и для повышения качества электроэнергии. У этих устройств множество преимуществ, которые выгодно отличают их от приборов других типов:

  • мгновенное переключение в автономный режим, без перерыва в питании нагрузки;
  • постоянная стабилизация напряжения, исключающая трансляцию входных колебаний на выход устройства (выходные характеристики ИБП абсолютно независимы от состояния питающей сети);
  • чистая синусоида и максимально приближенное к норме значение выходного напряжения (при работе как от сети, так и от батарей);
  • широкий диапазон отклонений входного напряжения, нейтрализуемых без перехода на аккумуляторы;
  • корректность работы с фазозависимыми нагрузками, например, газовыми котлами (только у моделей, имеющих «сквозной ноль»);
  • исключение обратного влияния нагрузки на сеть;
  • регулирование входного коэффициента мощности (не во всех моделях);
  • долговечность (в конструкции отсутствуют подверженные механическому износу подвижные элементы).
Читайте также:  Сеть натуральных продуктов питания

Недостатки ИБП двойного преобразования

К недостаткам данных ИБП обычно относят не самый высокий КПД и стоимость, большую чем у схожих по мощности устройств других типов. Действительно, КПД приборов с двойным преобразованием пониже чем у моделей, построенных на основе иных принципов работы. Но, во-первых, существует байпас, переключение на который, в случае качественной сети, позволяет повысить КПД до 99%, а во-вторых, небольшое отставание по КПД компенсируется максимальным уровнем защиты.

Что касается ценового вопроса, то попытка сэкономить на ИБП скорее всего приведёт к покупке дешевого изделия с низкой эффективностью работы. Такой «бесперебойник» просто не обеспечит качество электропитания, необходимое для корректного и безопасного функционирования многих современных электроприборов. Это обойдется гораздо дороже, чем затраты на разовое приобретение онлайн ИБП от проверенного производителя.

Основные критерии выбора

Выбор конкретной модели ИБП с двойным преобразованием предполагает использование следующих критериев:

  • выходная мощность;
  • время работы в автономном режиме;
  • возможность использования дополнительных внешних аккумуляторов;
  • диапазон допустимого входного напряжения;
  • характеристики выходного напряжения.

Рассмотрим каждый из критериев подробнее.

Мощность

Данным параметром определяется допустимая к подключению нагрузка. Рекомендуется выбирать ИБП с мощностью, превышающей максимально возможную мощность нагрузки на 20-30%.

Следует обратить внимание на то, что заявленная производителем мощность ИБП может быть указана в вольт-амперах (ВА или VA), а мощность большинства обычных электроприборов исчисляется в ваттах (Вт или W). Вольт-амперы и ватты не равны, зависимость одного от другого выражается через формулу: ВА=Вт/cos(φ).

Значение cos(φ), соответствующее какому-либо изделию, обычно указанно в его технической документации (иногда данный параметр называют «Power Factor» или «PF»). Если информации нет, то для бытовых приборов допустимо принять cos(φ) равный 0,7 или 0,8, кроме нагревательных и осветительных устройств, подходящее для них значение – 0,9 или 1.

Время автономной работы

Продолжительность работы ИБП в автономном режиме зависит от ёмкости встроенных и/или внешних аккумуляторных батарей. Правильно выбранная ёмкость обеспечит функционирование на время, необходимое либо для восстановления сетевого питания, либо для безопасного отключения защищаемого оборудования. Ошибка приведёт к быстрому разряду аккумуляторов и преждевременному обесточиванию потребителей.

Определять необходимую ёмкость следует исходя из мощности нагрузки и длительности возможных перебоев в электроснабжении. Отметим, что один и тот же ИБП с разной нагрузкой имеет разную продолжительность автономной работы!

Подключение дополнительных внешних батарей позволяет увеличивать время автономии ИБП. Устройства, поддерживающие такое подключение, отличаются наличием более мощного встроенного или внешнего зарядного устройства.

Входное и выходное напряжение

При нахождении сетевого напряжения в допустимом диапазоне ИБП работает без перехода в автономный режим. Соответственно, чем допустимые пределы шире, тем реже устройство будет задействовать аккумуляторы. Сокращение количества переключений на батареи способствует увеличению срока их службы, поэтому рекомендуется использовать ИБП с диапазоном допустимого входного напряжения большим, чем амплитуда фактических колебаний в сети.

Читайте также:  Малютка детское питание его ест взрослый

Кроме того, при выборе устройства крайне важно обратить внимание и на параметры выходного напряжения. Дело в том, что некоторые онлайн ИБП, в первую очередь модели произведённые в Восточной и Юго-Восточной Азии, отличаются посредственной сборкой и самой дешёвой элементной базой. На практике такие изделия часто не способны обеспечить эталонные характеристики выходного напряжения, свойственные более качественным ИБП с двойным преобразованием.

Другие параметры

Кроме критериев, которые мы рассмотрели выше, при подборе устройства следует обратить внимание на:

  • исполнение корпуса, от него зависит способ размещения ИБП (настенное крепление или напольная/настольная установка);
  • эксплуатационные ограничения (диапазон рабочей температуры, влажность окружающей среды, указания по организации вентиляции и т.п.);
  • средства индикации и управления (наличие информационного ЖК-дисплея, понятной индикации, удобных кнопок управления и т.д.);
  • возможности мониторинга (протоколы локального и удалённого обмена данными, порты и разъемы для подключения).

Источник



Обзор преимуществ и недостатков ИБП двойного преобразования

ИБП двойного преобразования напряжения — это аварийный источник высококачественного и бесперебойного питания электротехнических приборов бытового и промышленного назначения. В отличие от других средств аналогичного назначения, имеет уникальные технические параметры, позволяющие ИБП быть незаменимым. Вместе с тем, некоторые
технические характеристики устройства уступают другим ИБП.

Основное отличие ИБП двойного преобразования от всех аналогичных приборов в том, что он формирует на выходе высококачественное переменное напряжение вне зависимости от качества переменного напряжения на входе. Если на входе нестабильное напряжение от внешней электросети, то его можно поднять до приемлемого уровня стабилизатором напряжения. Но некачественное напряжение от генератора исправить практически невозможно. Ниже кратко описано каким образом ИБП двойного преобразования делает качественное электрическое напряжение.

Принцип работы ИБП двойного преобразования

Переменное напряжение сети подается вначале на сетевой фильтр, который сглаживает электромагнитные помехи (за счет снижения и ограничения высокочастотных гармоник). Далее диодный мост преобразуют переменный ток в постоянный, часть которого подается на аккумуляторный блок (если это требуется), а часть на инвертор. Инвертор, в свою очередь, снова преобразует ток в переменный и подает на электроприбор.

Как видите, ИБП двойного преобразования отличается от обычного стабилизатора отсутствием автотрансформатора. А отличие от обычного ИБП в том, что внешнее напряжение всегда преобразуется, а не просто транслируется к потребителям.

ИБП двойного преобразования имеет в быту обозначение «онлайн», т. к. при отключении напряжения в сети, обеспечивает непрерывное, мгновенное, без задержек и провалов питание защищенных потребителей за счет энергии в аккумуляторах.

Наличие источника бесперебойного питания критически важно для функционирования многих видов электрических приборов и техники: котлов отопления и теплоснабжения, повышающих и циркуляционных насосов, насосов водоснабжения, промышленной и бытовой вычислительной техники и др. Поэтому «on-line»-ИБП повсеместно используются в промышленных нуждах, а в данный момент и для бытовых потребителей.

Устройство ИБП двойного преобразования

ИБП с двойным преобразованием — полностью электрический прибор. В нем нет деталей, подверженных механическому износу. Поэтому устройство обладает длительным сроком бесперебойной эксплуатации.

Диодный выпрямитель — После сетевого фильтра переменный ток поступает на диоды для выпрямления. Группа собирается по мостовой схеме. В некоторых моделях применены схемы коррекции мощности для меньшей нагрузки на внешнюю сеть.

Аккумуляторы — Часть постоянного тока поступает после выпрямления на блок аккумуляторов. Иногда, для их зарядки используется еще один, параллельный, преобразователь.

Инвертор — Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, который подает на электроприбор для его питания. Благодаря сборке на транзисторах типа MOFSET, выходной переменный ток обладает высокими качественными характеристиками.

Система охлаждения — Охлаждение производится при помощи радиатора, установленного на транзисторы и кулера, отводящего тепло от радиатора. Иногда второй вентилятор устанавливается на корпус прибора.

Читайте также:  Допустимые напряжения для питания материнской платы

Блок управления — Контроль за управлением и метриками осуществляется с помощью контроллера, собранного на мощном микропроцессором с цифровой обработкой сигналов.

Байпас — Для надежности и увеличении КПД, ИБП оснащен байпасной системой на участке от блока после сетевого фильтра и до выхода на потребителей. Сделано это для того, чтобы при наличии в сети тока с достаточными для нормальной работы электроприборов, напряжение подавалось на них напрямую, минуя выпрямитель и инвертор. Если байпас не задействован, то напряжение на выход подается через весь блок.

Достоинства и недостатки ИБП

· наличии схемы двойного преобразования, совмещенной с аккумуляторами, которые позволяют все время подавать на электроприборы высококачественное стабильное напряжение как при наличии, так и при отсутствии сети.

· переключение на аккумуляторы происходит мгновенно, позволяя исключить малейшие перебои в питании. Это преимущество делает необходимым использование устройства для запитывания чувствительных к скачкам напряжения приборов. При этом выходное напряжение не имеет электромагнитных помех.

· функции ИБП позволяют регулировать уровень и частоту выходного напряжение переменного тока.

· главным достоинством «онлайн» ИБП с двойным преобразованием напряжения является синусоидальная форма тока, которая важна для бесперебойной работы многих устройств.

· за счет усложненной, в сравнении с другими видами источников бесперебойного питания, схемы прибор имеет высокие показатели тепловыделения, шума вентиляторов, стоимости, при относительно низком КПД.

· стоимость устройства обуславливается дорогостоящими деталями.

· за счет двойного преобразования снижается коэффициент полезного действия до 90-94%.

· для повышения теплоотдачи на транзисторный блок установлен теплоотводящий радиатор с вентилятором. В зависимости от мощности, вентиляторов может быть больше чем один.

Характеристики ИБП двойного преобразования

Все источники резервного питания с двойным преобразованиям напряжения имеют примерно идентичные базовые сравнительные характеристики. Они влияют на параметры выбора устройства для конкретных необходимых целей.

Мощность — единица измерения мощности прибора — Ватт или В/А (Вольт/Ампер). Параметр определяет максимально-допустимую мощность подключаемой нагрузки.

Емкость аккумуляторных батарей — параметр указывает на максимальную емкость батарей. От этого параметра зависит продолжительность работы подключенного к ИБП устройства при отсутствии напряжения в сети.

Характеристики выходного напряжения — параметры выходного напряжения зависят от качества используемых деталей и сборки. От этого зависит наличие или отсутствие помех на электроприборе, подключенном к источнику питания.

Время перехода при пропадании внешней сети — при переходе на питание от аккумуляторов, электроприбору не требуется время, поскольку блок батарей постоянно подключен к цепи. В характеристиках так и пишут – «Время перехода равно 0мс»

Диапазон входных напряжений в режиме двойного преобразования — это параметр определяет в каких пределах внешнее напряжение может отличаться от установленного, в которых ИБП будет работать в «режиме стабилизатора» без перехода на работу от АКБ.

Защита от внешних факторов — схемы защиты обеспечивают корректную работу устройства, как на входе, так и на выходе. Благодаря этому ни сам блок питания, ни подключаемый электроприбор не может выйти из строя.

— другие параметры являются субъективными или потребительскими: наличие или отсутствие дисплея контроллера, внешний вид, способ и варианты размещения, шумность, цена.

— дисплей прибора несет функцию отображения информации: входное и выходное напряжение, частота тока и др.

— в зависимости от области применения и мощности, вариант размещения может быть напольным, настенным или в специальной конструкционной стойке.

— цена зависит от производителя, поставщика, используемых схем, их качества и технических параметров.

Источник