Типи джерел безперебійного живлення ДБЖ - Блоки живлення - Відеоспостереження - Каталог статей -

У класифікації джерел безперебійного живлення іноді існує плутанина. Прояснити питання можна, ознайомившись із структурними схемами їх побудови, які наведені нижче. Ці схеми містять основні вузли, з яких складається пристрій, і відображають їхню взаємодію. Також дається коротке пояснення принципу роботи кожного типу ДБЖ.

За способом реалізації ДБЖ своїх функцій їх можна розділити на такі класи:

Standby (ДБЖ з перемиканням, англійською іноді називаєтьсяOff - Line UPS )
Line Interactive (ДБЖ, що взаємодіє з мережею)
Standby - Ferro (Феррорезонансний ДБЖ, англійською іноді пишетьсяFerroresonant UPS )
Double Conversion (ДБЖ з подвійним перетворенням) енергії, ще така схема традиційно називається схемоюOn-line
Delta Conversion (ДБЖ з дельта-перетворенням, ці ДБЖ також як ДБЖ з подвійним перетворенням зараховується до класу он-лайн.

Standby UPS (ДБЖ з перемиканням)

Найпопулярніший тип ДБЖ для живлення персональних комп'ютерів. На рис. 1 перемикач навантаження на виході в нормальному режимі (живлення від мережі) передає відфільтровану напругу на вихід ДБЖ. За відсутності мережної напруги, а також коли блок аналізу напруги визнає мережеву напругу "неправильною" (цей критерій, різний для різних моделей ДБЖ), ДБЖ перемикається на режим роботи від батареї. Перемикач навантаження підключає до виходу ланцюг батарея-інвертор. У цій схемі інвертор включається в роботу тільки в тому випадку, коли напруга в мережі зникає або стає недостатньою. Інший час інвертор перебуває в режимі очікування, тому ця схемаі називається в англомовній термінології "standby". Схема аналізу мережі знаходиться в роботі постійно і, якщо напруга мережі стає нормальною, перемикає ДБЖ назад в основний режим роботи від мережі. Переваги такої схеми побудови ДБЖ: компактність, мінімальна ціна. При хорошій схемній реалізації обмежувача перенапруги та фільтра такі ДБЖ адекватно діють як обмежувачі шумів та викидів напруги.

Рис 1 StandbyUPS (ДБЖ з перемиканням)

На рис.1: • обмежувач перенапруги (пристрій для придушення імпульсних мережних наведень) • мережевий фільтр (пристрій придушення шумів) • перемикач навантаження • випрямляч • батарея • інвертор

Line Interactive (ДБЖ, що взаємодіє з мережею)

ДБЖ, що взаємодіє з мережею найчастіше позиціонується як найбільш підходящий для захисту живлення серверів. У цій схемі інвертор завжди з'єднаний із виходом. У нормальному режимі (живлення від мережі) перемикач "закритий", і інвертор, живлячись від мережі, забезпечує заряджання батареї. За відсутності напруги мережі або її неналежної якості перемикач «відкривається» і інвертор перемикається в режим перетворення постійної напруги батареї в змінну напругу для живлення навантаження. Особливість даної схеми – постійно підключений до виходу інвертор, що дає додаткову фільтрацію мережевих перешкод і плавне перемикання на батареї проти ДБЖ з перемиканням. Крім того, ДБЖ, що взаємодіє з мережею, зазвичай містить у своїй схемі регулюючий трансформатор з кількома відводами. Це додає властивості підтримки вихідної напруги, найближчої до бажаного, шляхом перемикання відводів трансформатора. Це важлива властивість при хронічномупідвищеній і особливо зниженій або напрузі мережі. В іншому випадку ДБЖ занадто часто перемикався б на батареї. Інвертор таких ДБЖ часто виконується таким чином, що при його відмові вихід залишається підключеним через трансформатор з відведеннями до входу. Це збільшує загальну надійність. Достоинства цієї схеми: компактність, мала вартість при високій ефективності роботи та здатності коригувати вихідну напругу в необхідних межах без перемикання на батареї. Цей тип домінує серед ДБЖ потужністю 0,5-5 кВА.

Рис 2 – Line Interactive (ДБЖ, що взаємодіє з мережею)

На рис.2: • перемикач навантаження • інвертор • батарея Обмежувач перенапруги та фільтр не показані для простоти, але завжди присутні на вході цього типу ДБЖ.

Standby - Ferro UPS (Феррорезонансний ДБЖ)

Ферорезонансні ДБЖ були один час домінуючими в діапазоні потужностей 3-15 кВА. Схема ДБЖ такого типу базується на спеціальному трансформаторі, що має три обмотки та працює в режимі насичення. Основний потік потужності в режимі роботи від мережі йде через перемикач навантаження на феротрансформатор і далі вихід ДБЖ. За відсутності напруги мережі або її неналежної якості перемикач «відкривається» і починає працювати інвертор, що перетворює постійну напругу батареї в змінну напругу для живлення навантаження. Особливість даної конструкції – трансформатор спеціального типу, що має у певних межах властивості стабілізації напруги та «згладжування» синусоїди. Достоїнства: В силу своїх принципових властивостей трансформатор дає розв'язку від мережі живлення і придушує імпульси і шуми також, як добре сконструйований фільтр, а іноді і краще. Через накопичення енергії у магнітному політрансформатора вихідна напруга ферорезонансного ДБЖ не має розриву в момент зникнення напруги в електричній мережі. (Однак це все-таки не on-line ДБЖ, оскільки інвертор працює тут у режимі очікування). Ця схема досить надійна. Недоліки: Ферротрансформатор сам створює специфічні спотворення синусоїдальності вихідної напруги, які для деяких умов можуть виявитися навіть менш прийнятними, ніж просто перешкоди з мережі. Інші недоліки - помітне нагрівання, знову ж таки через властивості феротрансформатора, який до того ж більше за розмірами порівнянного за потужністю звичайного. Основний недолік - нестабільність у роботі з навантаженнями, що мають сучасні блоки живлення з коригуванням коефіцієнта потужності. І це основна причина, через яку такі ДБЖ сходять зі сцени.

Рис 3– Standby-Ferro UPS(Феррорезонансний ДБЖ)

На рис.3: • перемикач навантаження • феротрансформатор • випрямляч • інвертор • батарея

Double Conversion (ДБЖ з подвійним перетворенням)

Це найпоширеніша схема для ДБЖ потужністю 10 кВА та вище. Принцип побудови такого джерела (рис 4) практично такий самий, як у ДБЖ з перемиканням. Відмінність у цьому, що у основному режимі під час роботи від мережі вся потужність, споживана навантаженням, проходить через випрямляч і живить постійно включений інвертор. Інвертор перетворює постійну напругу на змінну, якою і живиться споживач.

Рис 4 –Double Conversion UPS (ДБЖ з подвійним перетворенням)

На рис.4: • перемикач навантаження • випрямляч • інвертор • батарея

У цій схемі пропадання напруги не призводить до активації ніяких перемикачів навантаження, оскільки інвертор працюєпостійно. Отже, перехід у режим роботи від батареї відбувається практично миттєво і без перехідних процесів. Оскільки ланцюг випрямляч - інвертор працює постійно і завжди під повним навантаженням, такий ДБЖ має порівняно невисокий ККД і помітно виділяє тепло при роботі, ця обставина знижує і надійність. Інший недолік в тому, що потужний інвертор сам є нелінійним навантаженням для мережі, звідси споживаний струм відрізняється від синусоїди, а це в свою чергу може призводити до перешкод різного роду в електромережі будівлі. Але ДБЖ з подвійним перетворенням має одну незаперечну гідність – практично ідеальну синусоїдальну напругу на виході, вільне від перешкод і гармонійних спотворень.

Delta Conversion (ДБЖ з дельта-перетворенням)

Ця схема досить нова. ДБЖ з дельта-перетворенням вийшли на ринок у середині 90-х років 20 століття. Основний сенс технології дельта-перетворення - зберегти принцип подвійного перетворення енергії з усіма його перевагами і одночасно позбавитися недоліків, причому реалізувати це в діапазоні потужностей від 5 кВА до 1,6 МВА. Як і в ДБЖ із подвійним перетворенням, інвертор тут працює постійно. Однак у схемі присутній так званий дельта-конвертор, який живить основний інвертор. За відсутності мережі живлення або інших збоях живлення ДБЖ з дельта-перетворенням поводиться також як і ДБЖ з подвійним перетворенням.

Рис 5 –Delta Conversion UPS (ДБЖ з дельта-перетворенням)

На рис.5: • перемикач навантаження • дельта-трансформатор • дельта-конвертор • основний інвертор • батарея

Дельта-конвертор служить для двох цілей. По-перше, він відстежує параметри вхідної напруги та за рахунок спеціальноїпетлі зворотного зв'язку відновлює його рівень і форму, а також фазовий зсув між струмом та напругою. Цей процес носить плавний, а не ступінчастий, як у лінійно-інтерактивних пристроях, характер і, отже, забезпечує стабільніше харчування навантаження. Це загалом призводить до зменшення тепловиділення та підвищення ККД. По-друге, дельта-конвертор контролює струм заряджання батареї. ДБЖ з дельта-перетворенням мають такі ж вихідні характеристики, як ДБЖ з подвійним перетворенням. Але вхідні характеристики відрізняються на краще, оскільки це схемне рішення забезпечує динамічне коригування коефіцієнта потужності. Це полегшує стикування з генераторними установками, оскільки за інших рівних умов ДБЖ з дельта-перетворенням вимагають меншої потужності генератора. В результаті і вся проводка, що підводить, може бути розрахована на менші значення сили струму. В даний час технологія дельта-перетворення захищена патентами. Нестача цієї реалізації ДБЖ наступна: високий ККД і хороші вхідні характеристики досягаються за цілком певних умов — коли параметри мережі відповідають номінальним значенням, вхідний імпеданс навантаження має тільки активну складову, а сам ДБЖ навантажений на повну потужність. В іншому випадку ДБЖ з дельта-перетворенням можуть навіть програвати системам. Слід також відзначити, що ДБЖ з дельта-перетворенням відрізняються більш високою складністю в порівнянні з системами типу з подвійним перетворенням.

Висновок

Кожен тип ДБЖ має найбільш відповідну область застосування, і не існує такого пристрою, який був би найкращим у будь-якій ситуації. Крім того, крім схемотехнічних відмінностей споживачеві слід звертати увагу і на загальний рівень якості виробута його здатність до обслуговування. Ці фактори також мають свою вагу для ухвалення рішення про закупівлю того чи іншого ДБЖ. Наступна таблиця зводить докупи основні характеристики ДБЖ різних типів.

Практичний діапазон потужностей (кВА)

Здатність регулювання та фільтрації напруги

Вартість на одиницю потужності

ККД

Постійна робота інвертора