Виды ИБП их преимущества и недостки

Аварийные ситуации в сети электропитания, работа самодельного сварочного оборудования, непогода с сильным ветром. Все это может привести к выходу из строя высокотехнологичного оборудования, применяемого в быту, офисах и производстве. Для защиты от таких неприятностей существует ИБП. Что такое ИПБ разберем ниже

1. ИБП — расшифровка, краткое описание устройства

ИБП – это Источник Бесперебойного Питания. Это прибор, который обеспечивает бесперебойную подачу напряжения в случае аварий с электропитанием. Он накапливает энергию и при аварии с питанием подменяет основной источник подачи электроэнергии и дает возможность корректно выключить компьютер или дождаться восстановления подачи электроэнергии. Бесперебойник срабатывает как при падении напряжения ниже определенного значения, так и при повышении выше определенной заранее заданной величины.

2. Основная функция

Основная функция – защитить потребитель электроэнергии (компьютер или другое высокотехнологичное оборудование) от отключения напряжения посредством использования аккумуляторной батареи (АКБ). Но если это узел связи, хирургическая операционная, промышленное предприятие непрерывного цикла или еще какой-нибудь объект, требующий беспрерывной работы, то используется целый комплекс мер. В первый момент включается аккумуляторная батарея. Она дает время включиться альтернативному источнику – дизель-генератору.

2.1. Зачем он нужен

ИПБ защищает потребителя от электрических помех в сети обеспечивая на выходе чистый синусоидальный сигнал соответствующего напряжения и силы тока. Вот для чего нужен ИПБ.

2.2. Срок службы ИБП

Срок службы источника бесперебойного питания ограничен сроком службы АКБ. Длительность работы зависит от частоты включения и от качества и схемотехники зарядной части. Если они не очень качественные, то приблизительно на 2 – 2,5 года. Если качественные, то можно надеяться и на 5-6 лет.

3. Типы источников бесперебойного питания, принцип действия

Виды ИП

Стандарт IEC 62040-3 имеет классифицирует все ИБП для питания бытовой высокотехнологичной техники по схеме построения:

• Резервные;
• Линейно-интерактивные;
• Двойного преобразования.

В зависимости от напряжения нагрузки ИБП бывают:

• Однофазными;
• Трехфазными;
• Однофазные в трехфазных групповых сетях.

3.1. Резервный

Резервный ИБП (другие названия Off-line, Back UPS, Standby) – это электронный прибор, переключающий питание оборудования на резервный аккумулятор (находится в составе устройства) при сбоях питания.

Недорогие бесперебойники предназначенные для защиты не очень важных рабочих станций. Устройство передает входное напряжение непосредственно на нагрузку. Контролируется качество подачи напряжения и при сбоях питания переводится на питание от батареи через инвертор. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.2. Линейно-интерактивный

ИБП данного вида обеспечивают питание через ступенчатый стабилизатор. Данный узел устройства корректирует напряжение на входе (повышенное и пониженное) и фильтрует помехи. При сбое питания включается батарея и через инвертор питает нагрузку. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.3. ИБП двойного преобразования

ИБП такого вида являются самыми сложными и самыми надежными. Принцип работы заключается в преобразовании входного переменного тока в постоянный. Постоянный ток заряжает аккумулятор и инвертируется в переменный. Даже если напряжение на входе очень низкое или очень высокое все равно на выходе устройства «чистая» синусоида нормальной частоты и амплитуды. В случае полного пропадания напряжения инвертор начинает питаться от батареи. Никаких перепадов на выходе бесперебойника при переключении питания на аккумулятор не происходит.

4. Схема ИБП (электрическая)

Как работает ИПБ.

Блок схема данного резервного ИБП выглядит так:

 

В основном режиме происходит подача напряжения на нагрузку и через контроллер на АКБ. Если батарея требует подзарядки, то она подзаряжается. Входное напряжение не корректируется. Только фильтруется через простейшие фильтры.

При выходе напряжения за установленные пределы включается резервный режим. Питание от АКБ через инвертор поступает на нагрузку.

ИБП интерактивного типа имеют блок-схему следующего вида:

 

Здесь уже существует встроенный стабилизатор напряжения. Он существенно расширяет диапазон входного напряжения и только при пропадании напряжения начинает питать нагрузку от АКБ.

ИБП двойного преобразования выглядят так:

 

Он полностью отделяет нагрузку от входа осуществляя гальваническую развязку. Такая конструкция не позволит помехам, а главное коротким, высоковольтным импульсам, наведенным от реактивной нагрузки в электрической сети разрушать электронику нагрузки.

5. Правила подбора ИБП

ИБП подбираются по нескольким параметрам. Это:

• Время работы;
• Характеристики нагрузки;
• По рекомендациям производителей;
• По специальным формулам.

Бесперебойник должен дать пользователю время для корректного закрытия приложений открытых на его компьютере. Это время зависит от мощности потребляемой нагрузки, от вида нагрузки. Ведь в качестве нагрузки может быть не только бытовой компьютер, но и сервер, на котором хранятся очень важные данные, или газовый котел, электроника которого должна быть защищена, но не так критична по требованиям.

5.1. Как рассчитать время работы ИБП

На каждом ИБП имеется маркировка, сообщающая о параметрах устройства. Простой расчет возможен по мощности, которую обеспечивает бесперебойник и мощности потребителя. Мощность нагрузки (самое простое: можно увидеть мощность блока питания компьютера на маркировке) не должна быть выше мощности объявленной производителем источника бесперебойного питания. Тогда у Вас гарантировано будет время (приблизительно 15-20 минут) для корректного выключения компьютера.

5.2. Факторы, влияющие на время работы

Как уже было сказано это:

• Потребляемая мощность и характер потребления;
• Емкость батарей и их техническое состояние;
• Сила тока зарядного устройства ИБП.

Нагрузка может иметь различный характер. Соответственно учитываются потери при передаче энергии от АКБ до нагрузки. Для этого используют различные коэффициенты. Для компьютера обычно выбирают коэффициент 0,85.

Аккумуляторы имеют емкость (измеряются в ампер-часах), и напряжение заряда. Со временем их емкость снижается. На скорость выхода из строя влияют:

• Потребляемая мощность – должен быть запас по мощности;
• Условия и частота включения – количество циклов заряда/разряда ограничены;
• Глубина разряда – нельзя чтобы АКБ разряжалась до 0%;
• Рабочая температура АКБ – при температуре выше 40 градусов батарея разряжается быстрее.

5.3. По рекомендации производителя

Как выбрать ИПБ

 

Производитель ИБП с большой точностью может прогнозировать время автономной работы так как перед началом выпуска в продажу тщательно тестирует свою продукцию. Поэтому на его рекомендации всегда можно опереться при подборе бесперебойника.

 

5.4. По формулам

 

Для расчета времени работы есть усредненный расчет времени автономной работы:

Емкость аккумулятора (Ампер-час) * напряжение аккумуляторов (вольт)/ постоянную нагрузку (Ватт)

То есть если емкость АКБ – 50 Ампер-часов, напряжение – 12 В, мощность нагрузки -600 Вт, то 50*12/600 = 1 час. Это и будет время автономной нагрузки.

Есть уточненная формула:

tибп = Uакб * Сакб * N * K * Кгр * Кде/ Рнагр

tибп — время автономной работы ИБП при отключении сети, ч;
Uакб — напряжение одной аккумуляторной батареи, В;
Сакб емкость аккумуляторной батареи, А* ч;
N — количество аккумуляторов в батарее;
K — КПД преобразователя (h=0,75-0,8);
Кгр — коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%);
Кде — коэффициент доступной емкости 0,7 – 1,0 (зависит от режима разряда и температуры);
Рнагр — мощность нагрузки.

 

6. Дополнительные функции

Кроме основной функции ИБП – обеспечение питания аппаратуры электроэнергией при сбоях в подаче электроэнергии все источники бесперебойного питания имеют в своем составе фильтры ограничивающие импульсные помехи. Более серьезные еще регулируют напряжение на входе. Бесперебойник с двойным преобразованием обеспечивают гальваническую развязку входа и выхода надежно защищая от всяких «энергетических катаклизмов».

 

6.1. Синхронизация с ПК

В комплект поставки входит специальная программа, позволяющая подключить ИБП к компьютеру и контролировать ситуацию с электропитанием. Подключение производится через USB-, RS-232- или RJ-45 разъем.

6.2. Холодный старт

 

Это возможность включить компьютер с ИБП при отсутствии внешнего электропитания и последующей работы. Например, срочная отправка или прием почты.

6.3. Розетка

 

Выход ИБП может оборудован несколькими розетками различного типа.

Это:

• Обычная евророзетка (CEE 7/4);
• Компьютерная (IEC 320 C13 или IEC 320 C19);

7. Что лучше ИБП или стабилизатор

 

ИБП и стабилизатор, не смотря на свою похожесть выполняют разные функции.

7.1. Сравнительная характеристика

 

Стабилизатор работает постоянно и выравнивает напряжение на входе. На выходе выдается постоянный уровень напряжения, требуемый для устройства нагрузки. В случае аварии по питанию (на входе 0 напряжения) стабилизатор просто отключится.

ИБП также стабилизирует напряжение на выходе, но при отключении внешнего напряжения еще продолжает некоторое время поддерживать уровень напряжения питания нагрузки.

7.2. Преимущества

 

Преимущества стабилизатора:

• Стабильное напряжение на выходе;
• Высокий КПД;
• Низкая цена.

Недостатки:

Не работает без внешнего питания.

Преимущества ИБП:

• Надежная защита от внешних факторов;
• Широкий диапазон входных напряжений;
• Работа от аккумулятора при отключении внешнего питания.

Недостатки :

• КПД ниже из-за постоянного преобразования напряжения;
• Повышенный шум в момент скачков электроэнергии;
• Высокая цена.