Меню

Преобразователи тока источники бесперебойного питания



Источники бесперебойного питания: попытка выработки комплексной методики тестирования

По мере своего развития цивилизация начинает потреблять все больше энергии, в частности, электрической — станки, заводы, электронасосы, фонари на улицах, лампы в квартирах… Появление радио, телевизоров, телефонов, компьютеров дало человечеству возможность ускорить обмен информацией, однако, еще сильнее привязало его к источникам электроэнергии, поскольку теперь, во многих случаях, пропадание электричества равносильно потере канала доставки информационного потока. Наиболее критична такая ситуация для ряда наиболее современных отраслей, в частности, там, где основным инструментом производства являются компьютерные сети.

Давно подсчитано, что через пару-тройку месяцев работы стоимость информации, хранящейся на компьютере, превышает стоимость самого ПК. Уже давно информация стала разновидностью товара — ее создают, оценивают, продают, покупают, накапливают, преобразуют… и порой теряют по самым разнообразным причинам. Разумеется, до половины проблем, связанных с потерей информации, возникает из-за программных или аппаратных сбоев компьютерами. Во всех остальных случаях, как правило, проблемы связаны с некачественным электроснабжением компьютера.

Обеспечение качественного питания компонентов ПК — залог стабильной работы любой компьютерной системы. От формы и качественных характеристик сетевого питания, от удачного выбора компонентов питания порой зависит судьба целых месяцев работы. Исходя из этих соображений, была разработана изложенная ниже методика исследования, призванная в дальнейшем стать основой тестирования качественных характеристик бесперебойных блоков питания.

Оглавление

  1. Положения ГОСТ
  2. Классификация ИБП (описание, схема)
    • Оффлайновые
    • Линейно-интерактивные
    • Онлайновые
    • Основные типы по мощностям
  3. Физика
    • a. Виды мощности, формулы расчета:
      • Мгновенная
      • Активная
      • Реактивная
      • Полная
  4. Тестирование:
    • Цель тестирования
    • Общий план проведения
    • Параметры для проверки
  5. Оборудование, использованное при тестировании
  6. Библиография

Положения ГОСТ

Все, что связано с электрическими сетями, в России регламентируется положениями ГОСТ 13109-97 (принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации взамен ГОСТ 13109-87). Нормативы этого документа полностью соответствуют международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех.

Стандартными показателями для электросетей в России, установленными ГОСТ, являются следующие характеристики:

  • напряжение питания — 220 В±10%
  • частота — 50±1 Гц
  • коэффициент нелинейных искажений формы напряжения — менее 8% в течение длительного времени и 12% — кратковременно

Оговорены в документе и типичные проблемы электроснабжения. Чаще всего нам приходится сталкиваться со следующими из них:

  • Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие напряжения в сети на время более 40 секунд из-за нарушений в линиях подачи электроэнергии)
  • Проседания (кратковременное снижение напряжения в сети до величины менее 80% от номинального значения на время более 1 периода (1/50 секунды) являются следствием включения мощных нагрузок, внешне проявляется как мерцание ламп освещения) и всплески (кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110 % от номинального на время более 1 периода (1/50 секунды); появляются при отключении большой нагрузки, внешне проявляются как мерцание ламп освещения) напряжения разной продолжительности (характерно для больших городов)
  • Высокочастотный шум — радиочастотные помехи электромагнитного или другого происхождения, результат работы мощных высокочастотных устройств, коммуникационных устройств
  • Отклонение частоты за пределы допустимых значений
  • Высоковольтные выбросы — кратковременные импульсы напряжения величиной до 6000В и длительностью до 10 мс; появляются при грозах, как результат статического электричества, из-за искрения переключателей, внешних проявлений не имеют
  • Выбег частоты — изменение частоты на 3 и более Гц от номинального (50 Гц), появляются при нестабильной работе источника электроэнергии, внешне могут и не проявляться.

Все эти факторы могут привести к выходу из строя достаточно «тонкой» электроники, и, как это часто бывает, к потере данных. Впрочем, люди давно научились защищаться: фильтры сетевого напряжения, «гасящие» скачки, дизель-генераторы, обеспечивающие подачу электроэнергии системам при пропадании напряжения в «глобальном масштабе», наконец, источники бесперебойного питания — основной инструмент защиты персональных ПК, серверов, мини-АТС и др. Как раз о последней категории устройств и пойдет речь.
Классификация ИБП

«Разделять» ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на

  1. Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА — включая и on-line)
  2. Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА)
  3. Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА)
  4. Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА)

Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on-line и off-line, которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно-интерактивные.

Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off-line или standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).

Мы будем пользоваться вторым типом классификации.

Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном — переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком — ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).

Линейно-интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств — защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.

ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем — с помощью инвертора — снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.

Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом — снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.

Во всех справочниках по электротехнике различаются четыре вида мощности: мгновенная, активная, реактивная и полная. Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенного значения напряжения и мгновенного значения тока для произвольно выбранного момента времени, то есть

Так как в цепи с сопротивлением r u=ir, то

Средняя за период мощность P рассматриваемой цепи равна постоянной слагающей мгновенной мощности

Среднюю за период мощность переменного тока называют активной. Единица активной мощности вольт-ампер называется ватт (Вт).

Соответственно и сопротивление r называют активным. Так как U=Ir, то

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока и напряжения на синус угла сдвига фазы между ними.

Полная мощность — потребляемая нагрузкой суммарная мощность (учитываются как активная, так и реактивная ее составляющие). Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения — ВА (вольт-ампер). Для синусоидального тока равна

Читайте также:  Как изменится магнитная индукция в проводнике при уменьшении силы тока в 3 раза 1

Практически на любом электрическом приборе находится этикетка с указанием либо полной мощности устройства, либо активной мощности.
Тестирование

Основная цель тестирования — продемонстрировать поведение тестируемых ИБП в реальных условиях, дать представление о дополнительных характеристиках, которые не находят отражения в общей документации на устройства, на практике определить влияние различных факторов на работу ИБП и, возможно, помочь определиться с выбором того или иного источника бесперебойного питания.

Несмотря на то, что рекомендаций по выбору ИБП в настоящее время существует великое множество, в ходе тестирования мы рассчитываем, во-первых, рассмотреть ряд дополнительных параметров, которыми стоит поинтересоваться перед покупкой оборудования, во-вторых, по необходимости скорректировать набор выбранных методов и параметров тестирования и выработать базу для будущего анализа всего тракта питания систем.

Общий план проведения тестирования выглядит следующим образом:

  • Указание класса устройства
  • Указание заявленных производителем характеристик
  • Описание комплектности поставки (наличие руководства, дополнительных шнуров, ПО)
  • Краткое описание внешнего вида ИБП (функции, вынесенные на контрольную панель и перечень разъемов)
  • Тип аккумуляторов (с указанием емкости аккумуляторов, обслуживаемые/необслуживаемые, наименование, возможно — взаимозаменяемость, возможность подключения дополнительных аккумуляторных блоков)
  • «Энергетическая» составляющая тестов

В процессе тестирования планируется проверить следующие параметры:

  • Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работает от сети, не переключаясь на аккумуляторы. Больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов ИБП на батарею и увеличивает срок ее службы
  • Время переключения на питание от аккумулятора. Чем меньше время переключения, тем меньше риск выхода из строя нагрузки (устройства, подключенного через ИБП). Длительность и характер процесса переключения во многом определяют возможность нормального продолжения работы оборудования. Для компьютерной нагрузки допустимое время прерывания питания 20-40 мс.
  • Осциллограмма переключения на аккумулятор
  • Время переключения с аккумулятора на внешнее питание
  • Осциллограмма переключения с аккумулятора на внешнее питание
  • Время работы в автономном режиме. Этот параметр определяется исключительно емкостью батарей, установленных в ИБП, которая, в свою очередь, увеличивается при росте максимальной выходной мощности ИБП. Для обеспечения автономным питанием двух современных компьютеров SOHO типичной конфигурации в течение 15-20 мин, максимальная выходная мощность ИБП должна быть порядка 600-700 ВА.
  • Параметры выходного напряжения при работе от батарей
  • Форма импульса в начале разряда аккумулятора
  • Форма импульса в конце разряда аккумулятора
  • Диапазон выходного напряжения ИБП при изменении входного напряжения. Чем этот диапазон уже, тем меньше влияние изменения входного напряжения на питаемую нагрузку
  • Стабилизация выходного напряжения
  • Фильтрация выходного напряжения (если она есть)
  • Поведение ИБП при перегрузке на выходе
  • Поведение ИБП при пропадании нагрузки
  • Вычисление КПД ИБП. Определяется как отношение выходной мощности устройства к потребляемой мощности от источника питания
  • Коэффициент нелинейных искажений, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной
    • 0% — синусоида
    • 3% — искажения не заметны на глаз
    • 5% — искажения заметны глазом
    • до 21% — трапецеидальная или ступенчатая форма сигнала
    • 43% — сигнал имеет прямоугольную форму

Оборудование

Источник

Комплекты Инвертор (ИБП) + АКБ для систем резервного электропитания котлов, насосов и прочих систем жизнеобеспечения Вашего дома

Предлагаем Вашему вниманию готовые комплекты Инвертор (ИБП) + Аккумуляторы. Данные комплекты являются идеальным, готовым решением для обеспечения резервным питанием систем жизнеобеспечения Вашего дома. Только у нас Вы сможете купить бесперебойник для котла, ибп для газового котла, инвертор для котла, упс для котла, ups для котла и так далее, кто как называет. На самом деле, всё это верно. Все инверторы (ИБП, UPS, бесперебойники и т.д.) в данных комплектах имеют на выходе чистую синусоиду(Чистый синус), что гарантирует нормальную работу всех электроприборов, включая самые требовательные к качеству электроэнергии котлы. Только у нас Вы сможете купить лучшие ИБП для котлов по самой низкой цене. Все представленные на нашем сайте ИБП для котла могут использоваться с любыми электроприборами, включая самые сложные котлы, а так же для резервного питания всего дома или отдельных приборов. Всё зависит от мощности резервируемых устройств и желаемого времени автономной работы. Наши источники бесперебойного питания легки в установке и не требуют никакой настройки. К примеру, источник бесперебойного питания Энергия ПН-5000 подойдет для резервного питания дома, в то время как источник бесперебойного питания ПН-500 хватит только для бесперебойного питания котлов и насосов.

К сожалению, в данной категории представлены далеко не все возможные ибп для котлов отопления, ибп для дома, бесперебойник для котла отопления и т.д. . Работа идет, появляются новые комплекты, но Вы всегда можете самостоятельно выбрать нужные вам ИБП и АКБ по отдельности и получить скидку за комплект. ИБП для отопления, так же как и бесперебойник для дома это ибп с внешним аккумулятором. Что позволяет обеспечивать бесперебойное питание для газового котла на очень длительные сроки.

Источник

Блок бесперебойного питания: назначение и специфика работы бытового ИБП

Для сохранения работоспособности приборов при сбоях в сети используют блок бесперебойного питания. В зависимости от типа обслуживаемых потребителей и параметров электроэнергии нужно выбирать разные модели. Эти устройства востребованы, поэтому приобрести нужный по характеристикам экземпляр не составляет труда.

Но перед покупкой нужно самостоятельно разобраться в его особенностях, а не доверять этот вопрос заинтересованным в продажах менеджерам.

В этом материале мы рассмотрим устройство и особенности работы ИБП, а также расскажем о правилах его использования.

Схемы ИБП переменного тока

Для бытовых нужд используют устройства для бесперебойного питания, подключаемые к однофазной сети 220 В, которые могут некоторое время при отсутствии электроэнергии питать потребителей, требующих такого же напряжения.

Существуют также ИБП, которые подключены на вход к трехфазной сети, а на выход дают или 380 В или 220 В. Однако они дороги, их используют при необходимости получать автономную мощность от 10 кВ·А, что для бытовых нужд не требуется.

Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования делят на следующие типы:

  • резервные (оффлайн);
  • интерактивные (линейно-интерактивные);
  • двойного преобразования (онлайн).

Они различаются качеством выдаваемого напряжения и ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.

Резервная схема ИБП

Для преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве используют выпрямитель. А обратная трансформация происходит при помощи инвертора.

В бесперебойниках для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле. Если эта деталь качественная, то ее ресурса хватает на все время функционирования ИБП. Но чаще всего, при поломке блока проблема кроется именно в этом элементе конструкции.

Интерактивная схема ИБП

Стабилизация напряжения присутствует также во многих бытовых устройствах, поэтому если отклонения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель.

Наличие трансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.

Онлайн схема ИБП

Самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования имеют к тому же наименьший КПД. Электроэнергия уходит в тепло, которое излучает устройство. Поэтому их использование необходимо обосновать.

Наиболее значимый плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества. Но для большинства бытовой техники это не так важно. Те же компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа.

Читайте также:  Установка для испытания кабелей переменным током 1

Наиболее важные параметры

Сейчас на рынке много предложений по продаже бытовых источников бесперебойного питания. Чтобы правильно определить их предназначение и не ошибиться с выбором, нужно понимать на какие параметры следует обратить внимание в первую очередь.

Основные технические характеристики

Выходная мощность прибора определяет максимально допустимое значение, которое блок сможет гарантированно выдать потребителю. Ее измеряют в вольт-амперах (В·А). Для удобства пользователей часто приводят это значение и в ваттах.

Для измерения нагрузки приборов можно или воспользоваться амперметром или высчитать ее, применив показания установленного в квартире счетчика.

Амперметр с розеткой

При определении реальной мощности компьютера не следует руководствоваться номиналом блока питания, так как его всегда покупают с запасом.

Если нет амперметра, то нужно выполнить следующие действия:

  1. Отключить все цепи в щитке, кроме той, от которой запитан компьютер.
  2. Отключить все приборы в этой цепи.
  3. Включить компьютер и запустить на нем типичную для него программу (например, ролик с YouTube).
  4. Дождаться, когда на счетчике произойдет изменение значения десятой доли киловатта.
  5. Засечь время до следующего изменения.

Среднюю мощность потребления (P, ватт) за этот период (t, минут) можно высчитать по формуле:

P = 100 * (60 / t)

Следующая важная характеристика – период автономной работы. Этот показатель зависит от нагрузки, которую в этот момент испытывает ИБП. На максимально допустимой мощности аккумуляторы бытового устройства работают 1-3 минуты. А на половинной – гораздо дольше (до 10 минут).

Зависимость автономной работы от нагрузки

Отсюда следует два вывода:

  • при отключении электроэнергии, необходимо максимально снизить потребляемую приборами нагрузку;
  • желательно приобретать ИБП с мощностью, которая превышает расчетную хотя бы на 30%.

Диапазон входного напряжения показывает минимально и максимально допустимый вольтаж сети, при котором не произойдет переключение питания на аккумуляторы. Как правило, все ИБП выдерживают интервал в 180-260 В.

У некоторых производителей можно встретить очень хорошие (рекламные) показатели, например, нижнее значение – 110 В. Тут нужно убедиться, что эти цифры взяты именно для максимальной нагрузки, а не для половинной.

Еще один важный технический показатель – уровень шума. ИБП, выполненные по линейно-интерактивной или онлайн технологии выделяют много тепла, поэтому производители устанавливают на них вентиляторы. Если кулеры дешевые, то со временем они будут издавать гул, что для жилого помещения нежелательно.

Интерфейс и выполнение настройки

Внешний вид блоков может быть самым разнообразным. Обычно они имеют классическую прямоугольную форму, где на лицевой стороне находятся индикаторы или дисплей, а на тыльной – силовые разъемы. Их количество не так важно, так как на выходе можно подключить удлинитель с тройником. Это никак не будет противоречить концепции ИБП.

Модель может иметь жк-дисплей, на котором будет отображена ситуация со снабжением подключенных приборов: наличие питания, количество потребителей, заряд аккумулятора и т.д.

Система индикаторов у ИБП

Чтобы узнать параметры электроснабжения, состояние аккумуляторов ИБП и как он работает, можно подключить его к компьютеру. Для многих моделей реализована эта функция и разработано программное обеспечение.

Существует три основных вида интерфейса:

  • USB. Наиболее распространенное соединение компьютера и ИБП.
  • RS-232 (COM-порт). Редко присутствует в бытовых моделях.
  • Ethernet 10/100. Его применяют для удаленного управления бесперебойником.

Программное обеспечение для получения характеристик с ИБП и его управления разработано не только под различные версии Windows. Так, например, у известного производителя Powercom есть Android-версия ПО, позволяющая удаленно следить за состоянием питания и при необходимости корректировать работу бесперебойника.

Программное обеспечение ИБП

Размещают бесперебойники в непосредственной близости от защищаемых потребителей электроэнергии. Обычно их ставят на пол или на полки. Некоторые модели оснащены крепежами, позволяющими монтировать их на стены.

Качество выдаваемого тока

Бесперебойные источники питания должны выдавать ток надлежащего качества. При работе от батарей за это отвечает инвертор, а в случае питания от сети, проблемные моменты должны сглаживать фильтры и стабилизатор. Возникающие в электрической цепи помехи имеют разный генезис и последствия для электроники. Поэтому в этом вопросе тоже нужно тщательно разобраться.

Сетевые помехи и защита

Все современные ИБП оснащены защитой от проблем, связанных со стороны обслуживаемых приборов. Если суммарная нагрузка будет превышать максимально допустимую или произойдет короткое замыкание, то бесперебойник сразу отключит питание.

Помехи в сети можно условно разделить на частотные и импульсные. Первые не так опасны, особенно для блоков питания компьютеров или телевизоров, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Вторые могут вызвать проблему у любой электроники.

Поэтому большинство ИБП оснащены защитой от импульсов и гармоник с помощью варисторов и высокочастотных фильтров.

Система подавления импульсов и шумов

Проблема появления высоковольтных импульсов характерна не только для силовых кабелей, но и для сетей передачи данных – компьютерных или телефонных. Они могут возникнуть по причине воздействия атмосферного электричества, пробоев рядом расположенной проводки, возникающих электрических наводок и других причин.

Многие производители выпускают модели с возможностью защиты локальной сети. Для этого у ИБП есть два разъема RJ-45 – один на вход и один на выход. Сигнал проходит через фильтр, который подавляет всплески напряжения. Для телефонных линий система такая же, только разъемы имеют формат RJ-11.

Низкое и высокое напряжение

Регулировка вольтажа происходит с помощью автоматического регулятора напряжения (AVR), основным элементом которого служит автотрансформатор. Принцип его функционирования опирается на изменении количества витков одной из обмоток, в результате чего происходит изменение напряжения в сторону увеличения или уменьшения его значения.

Наличие AVR в ИБП позволяет не включать каждый раз автономный режим при незначительном отклонении напряжения от нормативных показателей. Это значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

Профессиональный мультиметр с функцией записи

Согласно ГОСТ 29322-2014 допустимо 10-и процентное отклонение напряжения от эталонного значения на время не более чем 1 час. Все современные ИБП с регуляторами справляются с такими колебаниями.

Чистота выходящего сигнала

От модели инвертора, которая установлена в бесперебойник, зависит тип выходного сигнала. В идеале, кривой напряжения переменного тока должна быть синусоида. Но после преобразования через инвертор она принимает ступенчатый вид.

Тип сигнала после ИБП

Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида.

Ни один инвертор, а значит, и ИБП не выдает чистую синусоиду, чтобы не писали в рекламных брошюрах производители оборудования. Приближение выходящего сигнала к синусоиде оценивают через коэффициент нелинейных искажений (THD).

Выходящий от блока сигнал можно считать синусоидальным при THD Правила использования ИБП

Приобретая бесперебойник для организации резервного питания, необходимо понимать, совместно с какими приборами его можно использовать. Иногда обойтись только ИБП невозможно и тогда нужно принимать дополнительные меры по обеспечению дома электричеством.

Подключение бытовых приборов

Компьютеры, модемы, роутеры, видео- и аудиоаппаратура – типичные домашние или офисные приборы, к которым подключают бесперебойники. Если эта техника содержит обыкновенные импульсные блоки питания, то достаточно будет приобрести относительно дешевые модели, которые не выдают чистую синусоиду.

Блок питания на полу

Для освещения также не нужно приобретать дорогие изделия. Здесь главное правильно рассчитать максимальную мощность и время автономной работы.

При частых отключениях актуальна проблема незапланированной разморозки холодильников и порчи продуктов питания. При защите такого оборудования с асинхронными двигателями понадобятся ИБП более сложного устройства, так как потребуется “чистый” синусоидальный сигнал.

Кроме того, необходимо учесть наличие стартовых токов, возникающих при пуске двигателя. Упрощенно для холодильного оборудования их величину можно определить, умножив значение мощности на 5.

Читайте также:  Расчет реактивной мощности в цепях переменного тока

Если, например, на кухне есть холодильник с полной мощностью 300 Вт (при запуске – 1500 Вт) и морозильная камера на 200 Вт (при запуске – 1000 Вт), то нужен блок питания с чистой синусоидой и максимальной мощностью не менее 1700 Вт. Это значение получено на случай, когда будет работать морозильник, а в это время произойдет включение холодильника. Одновременный пуск обоих моторов маловероятен, да и такой ИБП выдержит односекундный всплеск в 2,7 кВт.

Блок онлайн типа с максимальной мощностью 2000 Вт сможет проработать около получаса при суммарном потреблении 500 Вт. Так как режим охлаждения занимает около 5 минут, то бесперебойника гарантированно хватит на 6 запусков обоих устройств.

Блок питания для системы отопления

Бесперебойники также активно используют для работы газовых отопительных котлов. Учитывая стоимость подключаемого оборудования, экономить на качестве ИБП в этом случае не следует.

Резервное и дополнительное электропитание

Для многих бытовых приборов невозможно подобрать недорогой ИБП, так как будет необходима значительная максимальная мощность при длительном периоде автономной работы. Стиральные машины, электрические духовки, системы распределенного кондиционирования потребляют много электричества.

Можно, конечно, обойтись без этих устройств на время отключения электроэнергии. Это целесообразно в том случае, если такие перебои происходят редко и на короткое время. Но если все же будет принято решение по обеспечению мощных потребителей автономным питанием, то лучше использовать бензиновый или дизельный генератор. Для их быстрого запуска при отсутствии напряжения используют систему автоматического ввода резерва (АВР).

При наличии дополнительного источника питания, ИБП все же стоит использовать, хотя бы для компьютеров. Мгновенного запуска генератора и восстановления электроснабжения добиться невозможно.

Стабилизация пониженного напряжения

Проблема пониженного напряжения актуальна для объектов, подключенных к старым или маломощным электросетям. Если такая ситуация возникает постоянно, то лучше использовать входной стабилизатор.

Решение проблемы пониженного напряжения

При пониженном напряжении возрастает сила тока, проходящего по внутридомовой сети. Например, пусть общая мощность подключенных к ИБП потребителей будет 1,5 кВт, а подаваемое напряжение равно 190 В.

  • I1 = 1500 / 190 = 7,9 A – сила тока в цепи до ИБП без стабилизатора;
  • I2 = 1500 / 220 = 6,8 A – сила тока в цепи до ИБП со стабилизатором.

Таким образом, внутридомовая сеть без стабилизатора будет испытывать повышенную нагрузку, что могло быть не учтено при выборе сечения проводки.

Поэтому при постоянном пониженном напряжении лучше установить стабилизатор. В этом случае и нагрузка на автотрансформатор ИБП будет меньше, что продлит срок его службы. Кроме того, с учетом выравнивания вольтажа, можно приобретать более дешевые бесперебойники.

Бесперебойное питания потребителей постоянного тока

Для некоторых приборов нужно обеспечить бесперебойное питание постоянным током 12, 24 или 48 В. ИБП такого плана тоже есть в продаже. В их маркировке присутствует аббревиатура “DC”. Блоки с подачей напряжения 60, 110 или 220 В тоже существуют, но их применяют в промышленности или энергетике.

Отличие бесперебойников постоянного тока во внутреннем устройстве от классических моделей заключается в отсутствии инвертора. Аккумуляторы подключают непосредственно к выходу через контактор с токоограничительным измерительным шунтом для предотвращения недопустимо глубокого разряда батарей.

Иногда на выходе может стоять стабилизирующий конвертор, если запитанные от ИБП приборы чувствительны к небольшим колебаниям напряжения.

Питание линии видеонаблюдения

Такие резервные источники питания используют для защиты следующего бытового оборудования, работающего 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 опцию подключения внешних аккумуляторов. В этом случае автономное функционирование обслуживаемых ими приборов может быть очень длительным.

Выводы и полезное видео по теме

Кратко об основных характеристиках бытовых ИБП:

Разнообразие типов ИБП и их характеристик является следствием различных условий их использования: мощности и вида подключаемых приборов, параметров и типовых проблем конкретной электросети. Бесперебойник обычно не самый дорогой элемент в системе, но от него зависит стабильность ее работы. Поэтому нужно определить условия эксплуатации и тщательно подойти к выбору модели.

Остались вопросы по теме статьи? Или можете дополнить этот материал интересной информацией о ИБП? Пожалуйста, пишите свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.

Источник

ИБП и рекуперация электроэнергии: как скрестить ежа с ужом?

Из курса физики мы знаем, что электродвигатель может работать и как генератор, этот эффект используют для рекуперации электроэнергии. Если у нас нечто массивное приводится в движение электродвигателем, то при торможении механическую энергию можно снова преобразовать в электрическую и направить обратно в систему. Такой подход активно применяют в промышленности и на транспорте: он позволяет снизить энергопотребление, но плохо совместим с источниками бесперебойного питания. В системе с рекуперацией их следует использовать с большой осторожностью.

Когда рекуперация встречается с ИБП?

Проблема возникает с определенными типами индустриальной нагрузки, чаще всего это какие-то станки или другие устройства с механическим приводом. Ими управляют так называемые частотные преобразователи или сервоприводы, которые по сути тоже являются частотными преобразователями с обратной связью. Когда на двигатель такой установки перестают подавать питание, он может переключиться в режим генератора, начать вырабатывать электроэнергию во время торможения и подавать ее во входную сеть.

Современные промышленные установки с рекуперацией часто защищают с помощью ИБП от сбоев по питанию. Для примера можно рассмотреть станки с ЧПУ, использующиеся для высокоточной обработки дорогостоящих заготовок. Технологический цикл должен завершиться корректно, а если процесс прервется, восстановить его не получится и заготовку придется утилизировать. Стоить она может не один миллион рублей, если говорить о машиностроении, судостроении и авиастроении, а также о военной и космической технике.

Почему ИБП несовместимы с рекуперацией?

Частотный преобразователь пропускает вырабатываемую электроэнергию и выдает ее на вход. Система управления электроснабжением при этом должна изначально предполагать возможность возврата энергии в сеть для полезного использования. Такая система тщательно рассчитывается и стоит дороже, но она позволяет снизить энергозатраты и избежать аварий. Если несколько защищенных ИБП установок работает одновременно, вырабатываемую одной из них энергию могут потреблять соседние. Если же с управлением и расчетом нагрузки имеются проблемы или в системе работает только одна установка, рекуперация будет воздействовать на ИБП. Построенные по классической схеме устройства на такое просто не рассчитаны: энергия проходит через инвертор, который начинает играть роль своеобразного бустера, что приводит к росту напряжения на шине постоянного тока. Практически ни один современный ИБП не способен полностью справиться с этой проблемой, после срабатывания защиты он перейдет в режим байпаса.

Где же выход?

Чтобы не взорвался частотный преобразователь, через который вырабатываемая установкой при рекуперации энергия идет в систему, монтируются специальные модули с тормозными резисторами. Они включаются в цепь в нужный момент, рассеивают лишнюю энергию в виде тепла и помимо промышленного оборудования защищают также ИБП. Задача, повторимся, решается уже на стадии проектирования технологического комплекса: нагрузка и система управления электроэнергией должны быть правильно сконфигурированы. Можно также подключить несколько ИБП параллельно на маленькую нагрузку – в этом случае рекуперацию «задавливают» мощностью и она уже не сможет вывести систему бесперебойного электроснабжения из строя.

Источник

Преобразователи тока источники бесперебойного питания



Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы

Содержание

  1. Зачем нужен UPS (ИБП)
  2. Виды источников бесперебойного питания
  3. Back UPS
  4. Smart UPS
  5. Online UPS
  6. Исследование ИБП с помощью осциллографа
  7. Напряжение на выходе Back UPS
  8. Напряжение на выходе Smart UPS
  9. Скачать

В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.

Для начала – немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно – ИБП) у нас так же называют UPS, от английского сокращения Uninterruptable Power Supply (беспрерывный источник питания). Поэтому говорят и УПС (UPS) и ИБП, кому как удобнее. Я в статье буду называть и так, и эдак.

Зачем нужен UPS (ИБП)

Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда. Но мы здесь собрались технари-реалисты, и понимаем, что ничего вечного нет, поэтому ниже разберемся в принципе действия.

ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.

Вот пример, как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.

Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления.

Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).

ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.

Резервным источником питания можно считать такие источники, которые полностью могут заменить основное питание на длительное время, от нескольких часов до нескольких суток. Это может быть другая линия (см.статью про автоматический ввод резерва), генератор, солнечная батарея, ветряной генератор. Теоретически, для этих целей может служить и ИБП, но для этого нужны аккумуляторы огромной ёмкости, что значительно повлияет на цену такой системы.

Виды источников бесперебойного питания

Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.

Итак, три основных вида ИБП:

Читайте также:  Как изменится магнитная индукция в проводнике при уменьшении силы тока в 3 раза 1

Back UPS

Другие равнозначные названия – Off-line UPS, Standby UPS, ИБП резервного типа. Самые распространенные УПС, используются для большинства видов бытовой и компьютерной техники.

Back просто переключает нагрузку на питание от батарей при выходе входного напряжения за пределы. Нижний предел у разных моделей – около 180В, верхний – около 250В. Переходы на батарею и обратно – с гистерезисом. То есть, например, при понижении переход на батарею состоится при 180 В и менее, а обратно – при 185 и более. Тот же принцип действует у всех типов ИБП.

Чем-то напоминает работу реле напряжения, которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.

Smart UPS

Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. Недалеко ушли по принципу действия от Back.

Smart UPS действуют умнее, как следует из названия. Они ещё дополнительно переключают внутренний автотрансформатор, в некотором смысле стабилизируя входное напряжение. И только в крайнем случае переходят на батарею.

Таким образом, норма напряжения на выходе поддерживается при бОльших отклонениях на входе (150…300В). Автотрансформатор имеет несколько ступеней переключения, поэтому Умный УПС до последнего переключает выводы автотрансформатора, включая аккумулятор лишь в последний момент. Это позволяет экономить батарею, включая её в работу лишь при полном пропадании питания.

Данное устройство напоминает релейный стабилизатор напряжения со ступенчатым переключением обмоток автотрансформатора. С той лишь разницей, что при выходе за рабочие пределы стабилизатор будет бессилен, а наша “умница” введёт в работу аккумулятор, и питание не пропадёт.

Online UPS

Другие названия – онлайн, источник бесперебойного питания с двойным преобразованием, инверторный. Совершенно другой принцип действия, для любителей чистого синуса. Энергия со входа преобразуется в постоянное напряжение, и поступает на инвертор, генерирующий чистый синус. И одновременно – поддерживает аккумулятор в 100% готовности. При необходимости инвертор продолжает работать так же, только питание на него поступает с аккумулятора.

Используется для аварийного питания техники, чувствительной к форме выходного напряжения – например, газовые котлы, сервера, профессиональная аудио-видео аппаратура и другое стратегически важное оборудование.

Минусов онлайн ИБП два – цена и КПД. КПД низкий, т.к. такой ИБП включен в работу постоянно, что следует из названия. В отличии от двух других типов.

Существуют разновидности онлайн УПС, в которых используется так называемый “сквозной ноль”, для правильной работы газовых электрокотлов. Это связано с тем, что такие котлы чувствительны к наличию реального нуля, для правильного розжига.

Читайте также:  В каких технических устройствах используется явление движения проводника по которому протекает ток

Исследование ИБП с помощью осциллографа

А теперь – самое интересное.

Напряжение на выходе Back UPS

Я провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.

Что видно по этой временной диаграмме? Период 20мс, частота 50Гц, амплитуда 315В. Стоит отметить, что фаза синуса и генерируемых импульсов совпадает, что хорошо. При пропадании сетевого напряжения ИБП мешкается 5-7 мс, и затем идут импульсы, которые называются “квази-синус”. Вот они:

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?

Дело в том, что мультиметр меряет только первую гармонику с частотой 50Гц. Для синуса всё гладко. Но если измерять напряжение таких вот импульсов, надо мерять именно RMS, среднеквадратическое, иначе не будут учтены следующие гармоники – 100, 150, 200 Гц. А они составляют значительную часть энергии, до 30%. Эту особенность знают производители UPS, и чтобы не заморачиваться (и не повышать цену на свои изделия), выдают на наши приборы такие импульсы с амплитудой около 370В.

Подробнее об измерении среднеквадратического несинусоидального напряжения – на видео:

Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:

А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:

Тоже фаза не меняется, всё замечательно. Подключал на выход ИБП пускатель 2-й величины, переключал туда-сюда режимы питания – пускатель втянут надежно, никаких проблем.

В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Время переключения также для всей современной аппаратуры несущественно – менее 7 мс.

Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.

Данные исследования проведены в рамках проекта по включению ИБП в цепь управления промышленного холодильника.

Скачать

Информация по теме – статья про конструкцию и ремонт Источников Бесперебойного питания:

• APC_Smart-UPS_450-1500_Back-UPS_250-600 / Устройство и ремонт ИБП. Пособие по ремонту. Схемы и их обзор., pdf, 1.93 MB, скачан: 1520 раз./

Источник

Разновидности источников бесперебойного питания

Потребителей электрической энергии с каждым днем становится все больше. В ней нуждаются разнообразные устройства — бытовая техника, приборы, компьютеры, серверы, промышленное оборудование и так далее. Вместе с этим, электрические сети во многих домах и коммерческих зданиях нашей страны проложены еще в советские времена и с тех пор капитально не модернизировались. Рост нагрузки иногда приводит даже к вынужденным отключениям электропитания объектов из-за перегруженности линий. Но работающие в этот момент бытовые устройства способны выйти из строя или потерять важные данные из-за внезапной потери тока. Например, набираемый на компьютере текст или иная обрабатываема информация не сохранятся.

Читайте также:  Какие из перечисленных явлений служат примером магнитного действия тока в электрических лампах

Избежать негативных последствий помогает источник бесперебойного питания (или ИБП) — устройство, позволяющее некоторое время поддерживать работоспособность подключенных к нему потребителей. С ИБП можно безопасно сохранить данные, завершить работу прибора или дождаться восстановления централизованного энергоснабжения.

Что такое источник бесперебойного питания

Понять, что такое ИБП, можно из самого названия данного класса аппаратуры. Бесперебойный источник питания предназначен для поддержания электроснабжения соединенной с ним нагрузки. В общем случае он состоит из батареи, преобразователя питания и управляющей режимами работы логической микросхемы.

В английском языке принята аббревиатура UPS — Uninterruptable Power Supply.

Принцип функционирования исходит из самого названия «бесперебойный» — на выходе ток есть всегда (пока сохраняется заряд в аккумуляторе). На вход ИБП подается напряжение из общей электросети, часть его идет на подзарядку аккумуляторной батареи (АКБ), а другая — непосредственно на выход.

Существуют различные виды источников, каждый из которых служит своим задачам и обладает определенным функционалом. Рассмотрим их подробнее.

Разновидности

Выше было рассмотрено, что такое UPS. Но эта категория аппаратуры не однородна и делится на группы. Можно выделить следующие типы ИБП по принципу устройства и функционирования.

Резервные

Это самый популярный вариант. В обиходе встречается также англоязычное название таких ИБП Off line, или Standby. Преимущества таких устройств:

  • малое тепловыделение;
  • доступная стоимость;
  • высокий КПД источника.

Из недостатков выделим:

  • медленное переключение на питание от аккумулятора при аварийном отключении энергии;
  • плохая система фильтрации входных и выходных помех;
  • высокий процент ложных срабатываний, ведущих к циклу перехода на АКБ и обратно при небольших перепадах в сети.

Последний недостаток сильно изнашивает батарею и релейные контакты, ведя со временем к необходимости их замены.

Устройство и принцип работы

Резервные блоки управляются автоматическим коммутатором. В штатном режиме с питанием на входе коммутационное устройство соединяет нагрузку непосредственно с внешней сетью, а в автономном запитывает клиентов от батареи.

Источник

Adblock
detector