Передача, распределение и накопление электроэнергии

Источники бесперебойного питания: разновидности и принципы

6 марта 2016 г. в 16:37

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

Для начала немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно — ИБП) у нас также 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 ИБП

Смысл работы устройства 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.

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 ИБП

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

Итак, три основных вида ИБП:

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, ИБП 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 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 отличие 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.

Исследование ИБП с помощью осциллографа

А теперь — самое интересное.

Напряжение на выходе Back UPS

Я провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы привожу и комментирую ниже.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

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:

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. 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.

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

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

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

Back UPS_Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть

Back UPS Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть

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

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

Параметры Back UPS - задняя панель

Параметры Back UPS — задняя панель

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 100.

Smart UPS_Сеть-батарея

Smart UPS Сеть-батарея

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.

Источник: Александр/СамЭлектрик.ру

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Источники бесперебойного питания Энергия ИБП Про

Источник бесперебойного питания серии Энергия Про – это современные, высокоточные, экономичные, надежные и удобные в работе ИБП. Источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены для стабилизации сетевого напряжения, а также обеспечения автономного электропитания потребителей напряжением 220 Вольт чистой синусоидальной формы. Эти приборы созданы на основе наиболее оптимальных и проверенных алгоритмов работы, с учетом требований электротехнического рынка и реализацией многочисленных пожеланий наших клиентов. Преимущества: — Точность стабилизации ± 5% (питание от сети), ± 1% (инверторный режим); — Возможность использования 12 В АКБ в мощных моделях; — Новый, цветной, информативный LED-дисплей; — Экономичный холостой ход; — Усовершенствованный алгоритм интеллектуальной зарядки АКБ; — Современный универсальный корпус с возможностью настенного крепления; — Форма выходного сигнала в инверторном режиме — чистая синусоида; — Защита от перезаряда, глубокого разряда, короткого замыкания. Виды защиты: — От повышенного и пониженного напряжения; — От перегрева трансформатора; — От перезаряда; — От глубокого разряда; — От короткого замыкания; — От неправильной полярности.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 20 мая · Россия · г Москва
Источники бесперебойного питания Энергия ИБП Про

ПРОДАМ: Источник бесперебойного питания серии Энергия Про

Источник бесперебойного питания серии Энергия Про — это современные, высокоточные, экономичные, надежные и удобные в работе ИБП. Источники бесперебойного питания (ИБП) предназначены для стабилизации сетевого напряжения, а также обеспечения автономного электропитания потребителей напряжением 220 Вольт чистой синусоидальной формы. Изменяя количество и емкость подключенных батарей, можно наращивать или уменьшать время автономной работы. Количество подключаемых батарей ограничено только временем их заряда. Модельный ряд: ИБП Энергия Про 500 Номинальная мощность, ВА/Вт 500/300 ИБП Энергия Про 800 Номинальная мощность, ВА/Вт 800/500 ИБП Энергия Про 1000 Номинальная мощность, ВА/Вт 1000/700 ИБП Энергия Про 1500 Номинальная мощность, ВА/Вт 1500/1100 ИБП Энергия Про 1700 Номинальная мощность, ВА/Вт 1700/1200 ИБП Энергия Про 2300 Номинальная мощность, ВА/Вт 2300/1600 ИБП Энергия Про 3400 Номинальная мощность, ВА/Вт 3400/2400 ИБП Энергия Про 5000 Номинальная мощность, ВА/Вт 5000/3500 Преимущества -Точность стабилизации ± 5% (питание от сети), ± 1% (инверторный режим) -Возможность использования 12 В АКБ в мощных моделях -Цветной, информативный LED-дисплей -Экономичный холостой ход -Алгоритм интеллектуальной зарядки АКБ -Универсальный корпус с возможностью настенного крепления -Форма выходного сигнала в инверторном режиме — чистая синусоида -Широкий температурный диапазон Условия эксплуатации -Для корректной работы Источника Бесперебойного Питания необходимо, чтобы аккумуляторные батареи, присоединённые к нему (параллельно или последовательно), имели одинаковую степень заряда (разряда). -Для соблюдения этого требования мы рекомендуем использовать АКБ одинаковой модели, ёмкости и из одной партии (один и тот же датакод). Виды защиты -От повышенного и пониженного напряжения -От перегрева трансформатора -От перезаряда -От глубокого разряда -От короткого замыкания -От неправильной полярности -От перегрузки по току и короткого замыкания Оформить заказ и получить...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · Вчера · Россия · Московская обл
Источник бесперебойного питания серии Энергия Про

ПРОДАМ: Источники бесперебойного питания ИБП UPS Legrand

Модельный ряд источников бесперебойного питания (ИБП) Legrand включает устройства трех типов. Наше предложение распространяется на все области применения и гарантирует наилучший уровень производительности по мощности и времени автономной работы. ИБП Legrand позволяют получить оптимальное решение для любой задачи. Off-line источники бесперебойного питания для бытового применения (Keor Multiplug): Мощность 600ВА и 800ВА. Безопасное бесперебойное питание компьютерного оборудования, аудио- и видеоаппаратуры. Защита от полного разряда и перезаряда батарей, короткого замыкания, перегрузки и импульсного перенапряжения. Комбинированная кнопка питания и светодиодный индикатор, световая и звуковая сигнализация состояния ИБП. Кнопочные автоматические выключатели обеспечивают быстрое повторное включение после отключения по перегрузке. Автоматический перезапуск: при пропадании напряжения в электросети ИБП продолжает питать нагрузку до истечения времени автономной работы, обеспечиваемого его батареей. ИБП автоматически запускается при восстановлении напряжения в электросети. Линейно-интерактивные (Niky, Niky S, Keor Line RT): ИБП мощностью до 3 кВА начального уровня - идеальная защита для рабочих станций, АТС, систем автоматизации жилых домов и небольших коммерческих предприятий. Стандартные (Keor LP, Daker DK, Keor S, Keor T, Keor HP): ИБП мощностью до 800 кВА гарантируют безопасное и надежное энергоснабжение. Модульные (Megaline, Trimod HE, Archimod HE): ИБП мощностью до 240 кВА с максимальным уровнем резервирования для применений, требующих гибкого расширения и быстрого обслуживания. Коммутационное оборудование: Полная линейка коммуникационных устройств для дистанционного управления, конфигурирования и контроля ИБП.
Front Office · ЛЕГРАН · 20 мая · Россия · г Москва
Источники бесперебойного питания ИБП UPS Legrand

ПРОДАМ: Стабилизаторы и ИБП Uniel

Интерактивный источник бесперебойного питания (ИБП) предназначен для защиты электрооборудования от помех и перепадов напряжения в сети и представляет собой устройство с повышенными эксплуатационными характеристиками. Важным преимуществом данного прибора является то, что он совмещает в себе функции двух устройств: источника бесперебойного питания и стабилизатора напряжения. Благодаря высококачественному блоку стабилизации напряжения ИБП способен выдерживать долгие и глубокие искажения входного сетевого напряжения без подключения аккумуляторных батарей, что позволяет значительно увеличить срок их службы. Блок подавления высоковольтных импульсов и высокочастотных помех обеспечивает дополнительную защиту оборудования. Стабилизаторы переменного напряжения электронного типа с цифровой индикацией UNIEL RS-1/500-10000W предназначены для питания устройств однофазным напряжением синусоидальной формы, соответствующим требованиям ГОСТ 13109-97. Автоматический стабилизатор напряжения RS-1/500-10000W применяется для предохранения подключенных к нему приборов различной мощности от колебаний напряжения электросети в широчайшем диапазоне напряжений (от 110В до 260В). Особенностью эксплуатации стабилизатора является возможность закрепления его в настенном положении. Такое размещение позволит сэкономить полезную площадь помещения. Эффективность работы стабилизатора напряжения RS-1/500-10000W легко контролировать при помощи цифрового светящегося табло с основными входными и выходными параметрами электрической сети. Для удобства пользователей в комплекте со стабилизаторами поставляется трафарет для разметки стены, что значительно упрощает процесс монтажа, а так же ножки, которые можно использовать для установки стабилизатора на горизонтальной поверхности.
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 17 мая · Россия · г Москва
Стабилизаторы и ИБП Uniel

ПРОДАМ: Источники бесперебойного питания переменного тока Штиль ST-L

Источники бесперебойного питания ИБП Штиль серии ST-L Преимущества: — «on-line» топология (безразрывное переключение нагрузки на питание от АБ, идеальное синусоидальное выходное напряжение); — Широкий диапазон входного напряжения без перехода ИБП в автономный режим - 90-295 В; — Коррекция входного коэффициента мощности; — Полное цифровое управление на основе высокопроизводительного цифрового сигнального процессора (DSP – Digital Signal Processor); — Защита от перегрузки, перегрева, короткого замыкания, повышенного и пониженного входного напряжения, электрических помех в сети электропитания, высоковольтных выбросов, колебаний частоты, переходных процессов при коммутации и нелинейных искажений; — Совместимость в работе с дизель генераторными установками (ДГУ); Особенности — Панель управления с ЖК-дисплеем и светодиодными индикаторами для контроля состояния и настройки ИБП без подключения к ПК; — Светодиодный дисплей как опция; — Широкие возможности локального и удаленного мониторинга и управления ИБП (опционально): интерфейс RS-232; USB порт; непрограммируемые и программируемые «сухие» контакты; интерфейсы Ethernet (поддержка протоколов Web/SNMP/SMTP/Modbus TCP и др.) и RS-485 (протокол Modbus RTU); порт EPO для дистанционного аварийного отключения ИБП; ПО для мониторинга одного ИБП (Shut Down Manager); ПО для мониторинга множества ИБП (Shtyl Device Manager и система дистанционного контроля и управления (СДКУ)). — Плавный пуск; ПРИМЕНЕНИЕ Однофазные источники бесперебойного питания Штиль серии ST-L 1-3 кВА топологии on-line предназначены для защиты чувствительных к электропитанию устройств: — персональных компьютеров (ПК), периферийного компьютерного оборудования, серверов, сетевого оборудования; — отопительного и котельного оборудования (газовых котлов, водонагревательных котлов, циркуляционных насосов, систем контроля задымления, затопления и утечки газа); — торговых терминалов и другого торгово-кассового оборудования; — систем безопасности объектов...
Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 17 мая · Россия · г Москва
Источники бесперебойного питания переменного тока Штиль ST-L
Компания LEDVÁNCE — один из ведущих мировых производителей осветительной техники: традиционных источников света, энергоэффективных светодиодных ламп, светильников, инновационных светотехнических решений для «умного дома». Продукция компании предназначена как для профессионального, специализированного применения, так и для конечного потребителя.