Класифікація ДБЖ та основні поняття ДБЖ (UPS)

Щоб підтримувати живлення у внутрішніх електричних мережах, коли відбувається збій подачі електричного струму або в тому випадку, коли відбувається різке зниження показників електричного струму, необхідне джерело безперебійного живлення (ДБЖ). Цей пристрій ґрунтується на роботі акумуляторів, які тимчасово подають електроживлення, тобто не знижують навантаження у внутрішніх електричних мережах. Іншими словами можна сказати, що ДБЖ - це пристрій, який стає в даний час гарантією якісного постачання електроенергії, коли інші джерела починають давати збій.

Діляться ДБЖ за двома основними показниками: потужність і тип.

класифікація

Одним типом ДБЖ є тип Off-Line або Standby. Схема їхньої роботи досить проста. Тут важливу роль відіграє комутуючий пристрій, в народі, реле, яке в процесі живлення внутрішніх мереж від мереж зовнішніх з'єднує саме їх. Якщо зовнішнє живлення переривається, воно автоматично перемикається на акумулятори. Невисока вартість даного типу ДБЖ визначається простотою її конструкції та схеми.

Але, як і в будь-якого електричного приладу, цей агрегат має недоліки. Відсутня стабілізація напруги та частоти, корекція форми напруги при роботі від вхідної мережі (щоб знизити кількість переходів на роботу навантаження від батарей, вбудований найпростіший бустер або AVR здійснює грубу дискретну корекцію вхідної напруги). Це дуже серйозна вада.

Або, наприклад, гірший захист навантаження, у т.ч. випадкових вхідних впливів, проти on-line ДБЖ, т.к. навантаження підключається безпосередньо до зовнішньої мережі живлення, а як фільтр може стояти тільки один варистор іодин конденсатор. Це говорить про те, що захисний блок розроблений за досить низькими показниками надійності.

Можна також відзначити наявність перехідних процесів під час роботи бустера (AVR) і перемикання працювати від мережі/батарей чи ненульовий час перемикання (4-6 мс) живлення від акумуляторів. Є й інші показники, які відносять ДБЖ Off-Line до менш надійних розрядів. Ось, наприклад, несинусоїдальна форма напруги (що слабко нагадує синус) під час роботи від акумуляторів. У разі, якщо відбувається інтенсивна експлуатація батарей за умов частих будь-яких збоїв, це впливає термін експлуатації останніх. Так само ще одним негативним аргументом є неможливість підключати навантаження, для якої потрібна синусоїдальна форма напруги мережі живлення. Як видно, мінусів у такої системи достатньо.

Але необхідно відзначити, що даний тип ДБЖ вважається найменш шумним, тому що в його конструкції немає системи охолодження, в яку в обов'язковому порядку входить вентилятор, що створює основний шум при роботі. І хоча це можна віднести до переваг ДБЖ Off-Line або Standby, але це є і мінусом. Чому? Тому що всі вузли та деталі ДБЖ під напругою починають виділяти тепло, яке згубно впливає на стан акумуляторів, що призводить до різкого скорочення їх терміну експлуатації. Зазвичай цей термін становить 2-1,5 року.

Другий тип ДБЖ – це лінійно-інтерактивний (Line-interactive) тип. Схема даного ДБЖ відрізняється від попередньої тим, що реле додатково забезпечується стабілізатором. Переваг у даного агрегату більше. Наприклад,

Подібні джерела безперебійного живлення, навіть в умовах підвищеної чи зниженої напруги в електромережі (що є найбільш поширеною причиною неполадок до вітчизняних).електромережі) забезпечують нормальне харчування навантаження. Причому здійснюється без переходу режиму живлення на батарейний.

- у цьому виді ДБЖ, коли відбувається робота від акумуляторів, напруга видається практично синусоїдальною або, принаймні, наближеною до цього показника;

- модифікація ДБЖ різна, так ось у деяких з них часто використовуються фільтри перешкод, а також вмонтований ланцюг байпас - це пристрій, який з'єднує вхідну мережу та зовнішні прилади та обладнання;

- також покращено деякі технічні параметри пристроїв, які заряджають акумулятори. Тут також присутні датчики визначення часу, при якому працюють батареї та мережа, яка дозволяє підключати додаткові акумулятори;

- налаштування режимів, моніторинг джерела – це все більше у спрощеній формі та на більш якісному рівні;

- Виконання даного типу ІХС можливе практично у всіх видах, це і баштовий варіант, і настільний, і шафовий, установка в 19” стійки.

Однак, прилад не позбавлений мінусів. Все той же поганий захист від навантаження. Стабілізація частоти, корекції форми напруги відсутні. До того ж слід зазначити й інші показники, що впливають на якість роботи ДБЖ. Це наявність перехідних процесів при роботі бустера (AVR) та перемикання на роботу від мережі/батарей, ненульовий час перемикання (2-4 мс) на живлення від батарей, в окремих моделях наближена до синусоїдальної форма напруги при роботі від акумуляторів.

До речі, дана система має вентиляційне охолодження, яка може змінювати швидкість обертання робочого органу або працювати в постійному режимі, можна вибирати. Цей ДБЖ відноситься до типу VI (Voltage Independent). Якщо говорити про якість, то лінійно-інтерактивний (Line-interactive) тип ДБЖ відноситься до середнього класу. Зазвичай їх встановлюють у місцях роботи комп'ютерних мереж, мереж зв'язку та інформації, серверних зон, офісного обладнання та навіть телекомунікаційних засобів.

І останній тип джерела безперебійного живлення – це високоефективні, але дорогі ДБЖ із подвійним перетворенням енергії (On-line). Тут використається складна система перетворення енергії. Електрика змінного струму, що надходить, перетворюється в струм постійний і після проходження інвертора перетворюється знову в змінний струм. У цьому випадку акумулятори постійно знаходяться у цьому ланцюзі. Вони не стоять без діла. Саме батареї підживлюють інвертор, вони відразу включаються, коли зовнішня напруга зникає. Тому час перемикання тут дорівнює нулю, тому цей тип ДБЖ вважають високоточним.

ДБЖ з подвійним перетворенням енергії (On-line) випускається в різних конструкційних варіантах, які легко моніторити, налагоджувати та підлаштовувати під певні параметри. Дуже важливою складовою даного типу ДБЖ є технологічна система охолодження, яка заснована на вентиляції всього агрегату, швидкість обертання якого залежить від температури всередині блоку і навантаження живлення. Це найефективніша система. Сучасні модифікації ДБЖ з подвійним перетворенням енергії (On-line) можуть працювати в парах, тобто паралельно, що сильно збільшує їхню потужність. Але можна робити схему підключення у такий спосіб, щоб один працював у нормальному режимі, а другий був – як резерв.

Як було сказано вище, ДБЖ On-line працює за принципом подвійного перетворювача. Сьогодні випускається кілька видів цього пристрою. Перший варіант, він же класичний - коли випрямляч після першого перетворення формує шину постійного струму знизьким рівнем пульсацій та перешкод, до якої підключені батареї та інвертор. Цей тип перетворювача має досить великий термін експлуатації акумуляторів. У нього ж високий рівень захисту. Але коефіцієнтом корисної дії він похвалитися не може. До того ж він коштує чимало, що є його найбільшим недоліком. В даний час випускаються моделі джерел безперебійного живлення, які на вході спотворюють електричний струм. Але вже сьогодні можна говорити, що такого типу перетворення вдосконалені. У разі упор було зроблено зниження втрат і підвищення якості характеристик. Можна навести приклад ДБЖ з IGBT-випрямлячами. Чим вони відрізняються від традиційних моделей? По-перше, зниженням нелінійних спотворень на вході. Сьогодні це вже складає 4%. По-друге, синусоїдальна форма струму в такому разі забезпечується на всі сто відсотків.

Другий тип перетворення – це звані дельта - перетворення. У цій системі плюсів багато. Наприклад, низька вартість, спрощена конструкція, високий ККД. Досить високий коефіцієнт корисної дії гарантується відсутністю відхилень та спотворень напруги в електромережі, а також у тому випадку, коли навантаження ДБЖ дорівнює номінальному і є лінійним.

Щоправда, ступінь захисту тут менший, але розвиток технологій не стоїть на місці, що, безумовно, в майбутньому дозволить вирішити існуючі проблеми. Відзначимо і високу потужність дельта-перетворень, які сягають максимальних значень, що дуже важливо при частих навантаженнях у мережі споживання.

Якщо говорити про реалізацію моделей, то необхідно виділити трансформаторні та безтрансформаторні ДБЖ. Останні, як правило, працюють від випрямлячів. Як було сказано вище, джерела безперебійногоживлення можуть з'єднуватися паралельно, створюючи потужнішу систему. До того ж створюється система резервування. Тут можна використовувати такі схеми як: N+1, N+2 і так далі без обмежень.

Використовуються два варіанти створення блоків та резервування:

- на рівні модулів ДБЖ, як, наприклад, в ДБЖ серії Symmetra компанії АРС;

- на рівні виробів в цілому, наприклад, за технологією Резервованої Паралельної Архітектури (Redundant Parallel Architecture™ або RPA™) компанії General Electric, що дозволяє нарощувати потужність та здійснювати резервування системи за рахунок встановлення додаткових блоків ДБЖ.

Якщо говорити про потужність ДБЖ on-line, то необхідно зазначити, що вони випускаються з мінімальними показниками від 500 Вт і максимальними в кілька мегават. Відповідно їх термін роботи в автономному режимі може змінюватись в діапазоні від декількох хвилин до декількох днів.

З точки зору класифікації лінійно-інтерактивні ДБЖ за стандартом IEC 62040-3 відносяться до типу VFI (Voltage and Frequency Independent). Де можна використовувати цей тип ДБЖ? Областей застосування багато. Це переважно локальні обчислювальні мережі, системи управління технологічними процесами та устаткуванням.

Як правильно вибрати джерело безперебійного живлення, тобто, на які характеристики найкраще звернути увагу:

- потужність навантаження, яке прилад зможе витримати;

- час, який можуть витримати акумулятори, до включення альтернативного джерела живлення;

- якість та надійність;

- можуть додаватися додаткові акумулятори чи ні;

- Можливість пристрою резервування;

- чи можуть джерела працювати у режимах, де використовуються комп'ютерне забезпечення.

Для особистоговикористання рекомендується застосовувати ДБЖ з потужністю споживання від 350 до 1500 Вт. Якщо встановлюється на персональний комп'ютер, то підійде ДБЖ з показниками 350-600 ват. Для комп'ютера з ігровою приставкою необхідно використовувати ДБЖ від 700 до 1000 Вт. А ось для комп'ютера з лазерним принтером без ДБЖ з потужністю 1200-1500 ват просто не обійтися.