Что такое системы бесперебойного электроснабжения и какие они бывают?

ИБП (или UPS) – это устройство резервирования электроэнергии, обеспечивающее непрерывность электроснабжения при отключении сетевого напряжения.

С каждым годом в нашей стране источники бесперебойного питания становятся все более популярными не только среди сельских, но и городских жителей. Такая тенденция связана прежде всего с появлением электроприборов и оборудования, особенно требовательного к качеству электропитания.

Учитывая многообразие типов ИБП и особенностей их работы, очевидной является необходимость соответствия технических характеристик выбранной модели требованиям электроприборов к сетевому напряжению.

Согласно Международному стандарту IEC 62040-3 Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS) устройства имеют следующую классификацию согласно их схеме построения:

  • резервные (off-line или standby);
  • линейно-интерактивные (line-interactive);
  • двойного преобразования (on-line).
В зависимости от рабочего напряжения нагрузки, ИБП могут быть однофазными (для питания однофазных потребителей) и трехфазными (для питания трехфазных и однофазных потребителей в трехфазных групповых сетях).

Также не маловажным параметром источника питания является его конструктивное исполнение, которое зависит от назначения, мощности и времени работы в автономном режиме, например:

устройства небольшой мощности выпускаются в настенном, моноблочном напольном (башенном) исполнении, а также имеют унифицированные размеры для размещения в 19-дюймовых стойках и шкафах;
бесперебойники средней и большой мощности выпускаются в моноблочном напольном или шкафном конструктиве, а также в исполнении для размещения в стандартные 19-дюймовые стойки и шкафы.

Из чего состоит ИБП?

Каждая модель ИБП, вне зависимости от схемы построения, состоит из следующих электронных элементов:

Элементы ИБП 

Аккумуляторные батареи (чаще всего свинцово-кислотные) Накапливают электроэнергию для электропитания подключенных приборов при переходе устройства в автономный режим работы. В целях увеличения длительности автономного режима источники бесперебойного питания могут быть укомплектованы дополнительными внешними АКБ.
Электронный блок управления Обеспечивает автоматическую работу ИБП и АКБ по всем заявленным параметрам и функционалу. Позволяет выполнять необходимые настройки устройства.
Зарядное устройство Выполняет подзарядку АКБ.
Инвертор Формирует выходное напряжение питания нагрузки, инвертируя постоянное напряжение в переменное.
В зависимости от типа и функциональных возможностей определенной модели, в состав бесперебойника могут входить также:

Дополнительные элементы ИБП

Выпрямитель Преобразует переменное напряжение сети в постоянное, используется только в ИБП топологии онлайн.
Байпасный блок Реализует ручное или автоматическое переключение питания нагрузки на основную сеть в обход ИБП при соответствии параметров питающей сети норме и возникновении перегрузок.
Бустер Автотрансформатор с отпайками переключаемых секций обмоток для коррекции (увеличения или уменьшения) входного напряжения. Используется только в ИБП линейно-интерактивного типа.
Фильтры Сглаживают ВЧ-помехи и всплески сети, искажения формы выходного сигнала при работе линейно-интерактивных и резервных устройств в автономном режиме.
Гальваническая развязка Разделительный трансформатор, устанавливаемый во входной цепи ИБП, за счет которого обеспечивается отсутствие электрической связи между входом и выходом устройства для улучшения его помехоустойчивости.
Платы расширения интерфейсов Обеспечивают локальный/удаленный мониторинг работы ИБП через следующие интерфейсы: RS-232, RS-485, USB и mini-USB, Ethernet, «сухие» контакты. Работу ИБП с установленной платой, как правило, можно контролировать через веб-интерфейс или специальное ПО.
Назначение и дополнительные функции ИБП
Основным назначением устройств является обеспечение бесперебойности электропитания подключенных электроприборов при возникновении перебоев в подаче электроэнергии или недопустимых отклонениях её параметров (напряжения и частоты) от нормальных значений.

Функциональность ИБП сегодня не ограничивается переключением питания подключенных электроприборов на работу от АКБ при кратковременных отключениях электричества в питающей сети. Дополнительными возможностями некоторых современных устройств являются:

  • стабилизация напряжения (в источниках питания двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
  • фильтрация частотных и импульсных помех;
  • «холодный старт», позволяющий включать электроприборы при отключении электроэнергии (во время нахождения устройства в автономном режиме);
  • световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение уровня напряжения и частоты на входе и выходе, фактическая мощность потребления нагрузки и т. д.);
  • таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;
Функции ИБП

  •  синхронизация с ПК, организация удаленного мониторинга системы питания и управления устройством.
Отдельно стоит сказать о защите от сетевых помех и скачков напряжения, а также защите локальной сети.

Для защиты от от сетевых помех на входе ИБП обычно устанавливается сглаживающий фильтр ВЧ-помех, который представляет собой пассивный многозвенный RC- или LC-фильтр.

Для защиты от высоковольтных импульсов используется варисторный блок, включенный параллельно цепи питания на входе. Также для подавления высоковольтных импульсов в источниках бесперебойного питания применяются фильтры с металл-оксидным варистором. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко снижается, шунтируя вход бесперебойника. Возникающие при этом сверхтоки (могут достигать значений в несколько кA) будут протекать через варистор блока защиты, не поступая в цепи питания ИБП и не влияя на подключенные электроприборы.

Аналогично на основе варисторов в большинстве ИБП реализована защита локальных сетей. Подключение информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11 обеспечивает защиту сетевого оборудования (сетевых адаптеров, роутеров и т. д.) и телефонной линии.

Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки
К важнейшим техническим характеристикам ИБП можно отнести:

  • мощность устройства;
  • время переключения на работу от АКБ и обратно;
  • схему построения и форму выходного сигнала;
  • максимальную длительность работы в автономном режиме;
  • наличие функции стабилизации напряжения;
  • время полного заряда аккумуляторов;
  • исполнение и габаритные размеры.
Залогом эффективности и надежности работы любой нагрузки, помимо бесперебойности электроснабжения, является качество питающего напряжения, один из наиболее важных показателей которого – форма выходного сигнала. Каждому типу ИБП свойственно формирование синусоиды определенной формы, не всегда подходящей для нормальной работы подключенных электроприборов.

Рассмотрим существующие схемы построения ИБП и соответствие формы их выходного сигнала различным видам нагрузок.

ИБП резервного типа (off-line)

При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства выполняют переключение питания нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.

Пожалуй, это наиболее популярный в бытовом использовании бесперебойник. Доступная стоимость и удовлетворительные технические характеристики делают его оптимальным бюджетным вариантом защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей).

Модифицированная синусоида на выходе этих ИБП категорически не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП оффлайн топологии в качестве источников питания перечисленных электроприборов с электродвигателями гарантированно и довольно быстро выведет их из строя.

Примером нагрузки, совместимой с резервными ИБП, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, учитывая возможность возникновения повышенного количества помех на выходах блоков питания серверов, офисной и охранной техники, будет целесообразным воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.

Вполне разумным будет использование резервного бесперебойника и для питания сети маломощного дежурного освещения. Ограничением в этом случае является наличие в балласте ламп с электромагнитным дросселем. Результаты практики совместного использования оффлайн ИБП с лампами прямого включения и работающими с электронными ПРА подтверждают нормальную работы ламп с сохранением их заявленного срока службы.

Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)

Представляют собой более высокий класс устройств по сравнению с предыдущим. В отличие от ИБП резервного типа, они оснащены встроенным стабилизатором напряжения, что расширяет область их использования, позволяя применять в сетях с незначительными отклонениями напряжения от нормы. Кроме того, время переключения на АКБ ИБП этой топологии составляет ~4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.

Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при покупке следует изучить технические характеристики бесперебойника.

При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (Line-Interactive Sin) к ИБП можно подключать электроприборы с электродвигателями – насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющая электроника газовых котлов и т. п.

Устройства с модифицированной синусоидой (ступенчатой формы) на выходе для такого применения не подойдут.

Онлайн ИБП (on-line)

ИБП этого типа выполняют непрерывное преобразование переменного напряжения в постоянное (с подзарядкой АКБ) и дальнейшее его инвертирование в переменный с чистым синусом на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.

Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и при значительных отклонениях напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как, по сути, переключение на работу от батарей или с АКБ на внешнюю сеть не происходит.

Добавив к этому высокую точность коррекции напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и синусоиду идеальной формы на выходе, ИБП двойного преобразования можно с уверенностью назвать универсальными для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.

Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура и т. д. даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии.

На сегодняшний день в качестве единственного серьезного недостатка, ограничивающего применение онлайн ИБП, можно назвать их высокую стоимость.

Заказать услугу
Менеджеры компании с радостью ответят на ваши вопросы и произведут расчет стоимости услуг и подготовят индивидуальное коммерческое предложение.

Вернуться в список