on-line ИБП

 

ИБП для централизованных систем питания
ИБП для централизованного питания нагрузок
-
[Интент]

ИБП для централизованных систем питания

А. П. Майоров

Для многих предприятий всесторонняя защита данных имеет жизненно важное значение. Кроме того, есть виды деятельности, в которых прерывания подачи электроэнергии не допускаются даже на доли секунды. Так работают расчетные центры банков, больницы, аэропорты, центры обмена трафиком между различными сетями. В такой же степени критичны к электропитанию телекоммуникационное оборудование, крупные узлы Интернет, число ежедневных обращений к которым исчисляется десятками и сотнями тысяч. Третья часть обзора по ИБП посвящена оборудованию, предназначенному для обеспечения питания особо важных объектов.

Централизованные системы бесперебойного питания применяют в тех случаях, когда прерывание подачи электроэнергии недопустимо для работы большинства единиц оборудования, составляющих одну информационную или технологическую систему. Как правило, проблемы питания рассматривают в рамках единого проекта наряду со многими другими подсистемами здания, поскольку они требуют вложения значительных средств и увязки с силовой электропроводкой, коммутационным электрооборудованием и аппаратурой кондиционирования. Изначально системы бесперебойного питания рассчитаны на долгие годы эксплуатации, их срок службы можно сравнить со сроком службы кабельных подсистем здания и основного компьютерного оборудования. За 15—20 лет функционирования предприятия оснащение его рабочих станций обновляется три-четыре раза, несколько раз изменяется планировка помещений и производится их ремонт, но все эти годы система бесперебойного питания должна работать безотказно. Для ИБП такого класса долговечность превыше всего, поэтому в их технических спецификациях часто приводят значение важнейшего технического показателя надежности — среднего времени наработки на отказ (Mean Time Before Failure — MTBF). Во многих моделях с ИБП оно превышает 100 тыс. ч, в некоторых из них достигает 250 тыс. ч (т. е. 27 лет непрерывной работы). Правда, сравнивая различные системы, нужно учитывать условия, для которых этот показатель задан, и к предоставленным цифрам относиться осторожно, поскольку условия работы оборудования разных производителей неодинаковы.

Батареи аккумуляторов

К сожалению, наиболее дорогостоящий компонент ИБП — батарея аккумуляторов так долго работать не может. Существует несколько градаций качества батарей, которые различаются сроком службы и, естественно, ценой. В соответствии с принятой два года назад конвенцией EUROBAT по среднему сроку службы батареи разделены на четыре группы:

10+ — высоконадежные,
10 — высокоэффективные,
5—8 — общего назначения,
3—5 — стандартные коммерческие.

Учитывая исключительно жесткую конкуренцию на рынке ИБП малой мощности, производители стремятся снизить до минимума начальную стоимость своих моделей, поэтому часто комплектуют их самыми простыми батареями. Применительно к этой группе продуктов такой подход оправдан, поскольку упрощенные ИБП изымают из обращения вместе с защищаемыми ими персональными компьютерами. Впервые вступающие на этот рынок производители, пытаясь оттеснить конкурентов, часто используют в своих интересах неосведомленность покупателей о проблеме качества батарей и предлагают им сравнимые по остальным показателям модели за более низкую цену. Имеются случаи, когда партнеры крупной фирмы комплектуют ее проверенные временем и признанные рынком модели ИБП батареями, произведенными в развивающихся странах, где контроль за технологическим процессом ослаблен, а, значит, срок службы батарей меньше по сравнению с "кондиционными" изделиями. Поэтому, подбирая для себя ИБП, обязательно поинтересуйтесь качеством батареи и ее производителем, избегайте продукции неизвестных фирм. Следование этим рекомендациям сэкономит вам значительные средства при эксплуатации ИБП.

Все сказанное еще в большей степени относится к ИБП высокой мощности. Как уже отмечалось, срок службы таких систем исчисляется многими годами. И все же за это время приходится несколько раз заменять батареи. Как это ни покажется странным, но расчеты, основанные на ценовых и качественных параметрах батарей, показывают, что в долгосрочной перспективе наиболее выгодны именно батареи высшего качества, несмотря на их первоначальную стоимость. Поэтому, имея возможность выбора, устанавливайте батареи только "высшей пробы". Гарантированный срок службы таких батарей приближается к 15 годам.

Не менее важный аспект долговечности мощных систем бесперебойного питания — условия эксплуатации аккумуляторных батарей. Чтобы исключить непредсказуемые, а следовательно, часто приводящие к аварии перерывы в подаче электропитания, абсолютно все включенные в приведенную в статье таблицу модели оснащены самыми совершенными схемами контроля за состоянием батарей. Не мешая выполнению основной функции ИБП, схемы мониторинга, как правило, контролируют следующие параметры батареи: зарядный и разрядный токи, возможность избыточного заряда, рабочую температуру, емкость.

Кроме того, с их помощью рассчитываются такие переменные, как реальное время автономной работы, конечное напряжение зарядки в зависимости от реальной температуры внутри батареи и др.

Подзарядка батареи происходит по мере необходимости и в наиболее оптимальном режиме для ее текущего состояния. Когда емкость батареи снижается ниже допустимого предела, система контроля автоматически посылает предупреждающий сигнал о необходимости ее скорой замены.

Топологические изыски

Долгое время специалисты по системам электропитания руководствовались аксиомой, что мощные системы бесперебойного питания должны иметь топологию on-line. Считается, что именно такая топология гарантирует защиту от всех нарушений на линиях силового питания, позволяет фильтровать помехи во всем частотном диапазоне, обеспечивает на выходе чистое синусоидальное напряжение с номинальными параметрами. Однако за качество электропитания приходится платить повышенным выделением тепловой энергии, сложностью электронных схем, а следовательно, потенциальным снижением надежности. Но, несмотря на это, за многолетнюю историю выпуска мощных ИБП были разработаны исключительно надежные аппараты, способные работать в самых невероятных условиях, когда возможен отказ одного или даже нескольких узлов одновременно. Наиболее важным и полезным элементом мощных ИБП является так называемый байпас. Это обходной путь подачи энергии на выход в случае ремонтных и профилактических работ, вызванных отказом некоторых компонентов систем или возникновением перегрузки на выходе. Байпасы бывают ручными и автоматическими. Они формируются несколькими переключателями, поэтому для их активизации требуется некоторое время, которое инженеры постарались снизить до минимума. И раз уж такой переключатель был создан, то почему бы не использовать его для снижения тепловыделения в то время, когда питающая сеть пребывает в нормальном рабочем состоянии. Так появились первые признаки отступления от "истинного" режима on-line.

Новая топология отдаленно напоминает линейно-интерактивную. Устанавливаемый пользователем системы порог срабатывания определяет момент перехода системы в так называемый экономный режим. При этом напряжение из первичной сети поступает на выход системы через байпас, однако электронная схема постоянно следит за состоянием первичной сети и в случае недопустимых отклонений мгновенно переключается на работу в основном режиме on-line.

Подобная схема применена в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride (Сети и системы связи, 1996. № 10. С. 131), механизм переключения в этих устройствах назван "интеллектуальным" ключом. Если качество входной линии укладывается в пределы, определяемые самим пользователем системы, аппарат работает в линейно-интерактивном режиме. При достижении одним из контролируемых параметров граничного значения система начинает работать в нормальном режиме on-line. Конечно, в этом режиме система может работать и постоянно.

За время эксплуатации системы отход от исходной аксиомы позволяет экономить весьма значительные средства за счет сокращения тепловыделения. Сумма экономии оказывается сопоставимой со стоимостью оборудования.

Надо отметить, что от своих исходных принципов отошла еще одна фирма, ранее выпускавшая только линейно-интерактивные ИБП и ИБП типа off-line сравнительно небольшой мощности. Теперь она превысила прежний верхний предел мощности своих ИБП (5 кВА) и построила новую систему по топологии on-line. Я имею в виду фирму АРС и ее массив электропитания Simmetra (Сети и системы связи. 1997. № 4. С. 132). Создатели попытались заложить в систему питания те же принципы повышения надежности, которые применяют при построении особо надежной компьютерной техники. В модульную конструкцию введена избыточность по отношению к управляющим модулям и батареям. В любом из трех выпускаемых шасси из отдельных модулей можно сформировать нужную на текущий момент систему и в будущем наращивать ее по мере надобности. Суммарная мощность самого большого шасси достигает 16 кВА. Еще рано сравнивать эту только что появившуюся систему с другими включенными в таблицу. Однако факт появления нового продукта в этом исключительно устоявшемся секторе рынка сам по себе интересен.

Архитектура

Суммарная выходная мощность централизованных систем бесперебойного питания может составлять от 10—20 кВА до 200—300 МВА и более. Соответственно видоизменяется и структура систем. Как правило, она включают в себя несколько источников, соединенных параллельно тем или иным способом. Аппаратные шкафы устанавливают в специально оборудованных помещениях, где уже находятся распределительные шкафы выходного напряжения и куда подводят мощные входные силовые линии электропитания. В аппаратных помещениях поддерживается определенная температура, а за функционированием оборудования наблюдают специалисты.

Многие реализации системы питания для достижения необходимой надежности требуют совместной работы нескольких ИБП. Существует ряд конфигураций, где работают сразу несколько блоков. В одних случаях блоки можно добавлять постепенно, по мере необходимости, а в других — системы приходится комплектовать в самом начале проекта.

Для повышения суммарной выходной мощности используют два варианта объединения систем: распределенный и централизованный. Последний обеспечивает более высокую надежность, но первый более универсален. Блоки серии EDP-90 фирмы Chloride допускают объединение двумя способами: и просто параллельно (распределенный вариант), и с помощью общего распределительного блока (централизованный вариант). При выборе способа объединения отдельных ИБП необходим тщательный анализ структуры нагрузки, и в этом случае лучше всего обратиться за помощью к специалистам.

Применяют параллельное соединение блоков с централизованным байпасом, которое используют для повышения общей надежности или увеличения общей выходной мощности. Число объединяемых блоков не должно превышать шести. Существуют и более сложные схемы с избыточностью. Так, например, чтобы исключить прерывание подачи питания во время профилактических и ремонтных работ, соединяют параллельно несколько блоков с подключенными к отдельному ИБП входными линиями байпасов.

Особо следует отметить сверхмощные ИБП серии 3000 фирмы Exide. Суммарная мощность системы питания, построенная на модульных элементах этой серии, может достигать нескольких миллионов вольт-ампер, что сравнимо с номинальной мощностью генераторов некоторых электростанций. Все компоненты серии 3000 без исключения построены на модульном принципе. На их основе можно создать особо мощные системы питания, в точности соответствующие исходным требованиям. В процессе эксплуатации суммарную мощность систем можно наращивать по мере увеличения нагрузки. Однако следует признать, что систем бесперебойного питания такой мощности в мире не так уж много, их строят по специальным контрактам. Поэтому серия 3000 не включена в общую таблицу. Более подробные данные о ней можно получить на Web-узле фирмы Exide по адресу http://www.exide.com или в ее московском представительстве.

Важнейшие параметры

Для систем с высокой выходной мощностью очень важны показатели, которые для менее мощных систем не имеют первостепенного значения. Это, например, КПД — коэффициент полезного действия (выражается либо действительным числом меньше единицы, либо в процентах), показывающий, какая часть активной входной мощности поступает к нагрузке. Разница значений входной и выходной мощности рассеивается в виде тепла. Чем выше КПД, тем меньше тепловой энергии выделяется в аппаратной комнате и, значит, для поддержания нормальных рабочих условий требуется менее мощная система кондиционирования.

Чтобы представить себе, о каких величинах идет речь, рассчитаем мощность, "распыляемую" ИБП с номинальным значением на выходе 8 МВт и с КПД, равным 95%. Такая система будет потреблять от первичной силовой сети 8,421 МВт — следовательно, превращать в тепло 0,421 МВт или 421 кВт. При повышении КПД до 98% при той же выходной мощности рассеиванию подлежат "всего" 163 кВт. Напомним, что в данном случае нужно оперировать активными мощностями, измеряемыми в ваттах.

Задача поставщиков электроэнергии — подавать требуемую мощность ее потребителям наиболее экономным способом. Как правило, в цепях переменного тока максимальные значения напряжения и силы тока из-за особенностей нагрузки не совпадают. Из-за этого смещения по фазе снижается эффективность доставки электроэнергии, поскольку при передаче заданной мощности по линиям электропередач, через трансформаторы и прочие элементы систем протекают токи большей силы, чем в случае отсутствия такого смещения. Это приводит к огромным дополнительным потерям энергии, возникающим по пути ее следования. Степень сдвига по фазе измеряется не менее важным, чем КПД, параметром систем питания — коэффициентом мощности.

Во многих странах мира существуют нормы на допустимое значение коэффициента мощности систем питания и тарифы за электроэнергию нередко зависят от коэффициента мощности потребителя. Суммы штрафов за нарушение нормы оказываются настольно внушительными, что приходится заботиться о повышении коэффициента мощности. С этой целью в ИБП встраивают схемы, которые компенсируют сдвиг по фазе и приближают значение коэффициента мощности к единице.

На распределительную силовую сеть отрицательно влияют и нелинейные искажения, возникающие на входе блоков ИБП. Почти всегда их подавляют с помощью фильтров. Однако стандартные фильтры, как правило, уменьшают искажения только до уровня 20—30%. Для более значительного подавления искажений на входе систем ставят дополнительные фильтры, которые, помимо снижения величины искажений до нескольких процентов, повышают коэффициент мощности до 0,9—0,95. С 1998 г. встраивание средств компенсации сдвига по фазе во все источники электропитания компьютерной техники в Европе становится обязательным.

Еще один важный параметр мощных систем питания — уровень шума, создаваемый такими компонентами ИБП, как, например, трансформаторы и вентиляторы, поскольку их часто размещают вместе в одном помещении с другим оборудованием — там где работает и персонал.

Чтобы представить себе, о каких значениях интенсивности шума идет речь, приведем для сравнения такие примеры: уровень шума, производимый шелестом листвы и щебетанием птиц, равен 40 дБ, уровень шума на центральной улице большого города может достигать 80 дБ, а взлетающий реактивный самолет создает шум около 100 дБ.

Достижения в электронике

Мощные системы бесперебойного электропитания выпускаются уже более 30 лет. За это время бесполезное тепловыделение, объем и масса их сократились в несколько раз. Во всех подсистемах произошли и значительные технологические изменения. Если раньше в инверторах использовались ртутные выпрямители, а затем кремниевые тиристоры и биполярные транзисторы, то теперь в них применяются высокоскоростные мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В управляющих блоках аналоговые схемы на дискретных компонентах сначала были заменены на цифровые микросхемы малой степени интеграции, затем — микропроцессорами, а теперь в них установлены цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor — DSP).

В системах питания 60-х годов для индикации их состояния использовались многочисленные аналоговые измерительные приборы. Позднее их заменили более надежными и информативными цифровыми панелями из светоизлучающих диодов и жидкокристаллических индикаторов. В наше время повсеместно используют программное управление системами питания.

Еще большее сокращение тепловых потерь и общей массы ИБП дает замена массивных трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети (50 или 60 Гц), высокочастотными трансформаторами, работающими на ультразвуковых частотах. Между прочим, высокочастотные трансформаторы давно применяются во внутренних источниках питания компьютеров, а вот в ИБП их стали устанавливать сравнительно недавно. Применение IGBT-приборов позволяет строить и бестрансформаторные инверторы, при этом внутреннее построение ИБП существенно меняется. Два последних усовершенствования применены в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride, отличающихся уменьшенным объемом и массой.

Поскольку электронная начинка ИБП становится все сложнее, значительную долю их внутреннего объема теперь занимают процессорные платы. Для радикального уменьшения суммарной площади плат и изоляции их от вредных воздействий электромагнитных полей и теплового излучения используют электронные компоненты для так называемой технологии поверхностного монтажа (Surface Mounted Devices — SMD) — той самой, которую давно применяют в производстве компьютеров. Для защиты электронных и электротехнических компонентов имеются специальные внутренние экраны.

***

Со временем серьезный системный подход к проектированию материальной базы предприятия дает значительную экономию не только благодаря увеличению срока службы всех компонентов "интегрированного интеллектуального" здания, но и за счет сокращения расходов на электроэнергию и текущее обслуживание. Использование централизованных систем бесперебойного питания в пересчете на стоимость одного рабочего места дешевле, чем использование маломощных ИБП для рабочих станций и даже ИБП для серверных комнат. Однако, чтобы оценить это, нужно учесть все факторы установки таких систем.

Предположим, что предприятие свое помещение арендует. Тогда нет никакого смысла разворачивать дорогостоящую систему централизованного питания. Если через пять лет руководство предприятия не намерено заниматься тем же, чем занимается сегодня, то даже ИБП для серверных комнат обзаводиться нецелесообразно. Но если оно рассчитывает на то, что производство будет держаться на плаву долгие годы и решило оснастить принадлежащее им здание системой бесперебойного питания, то для выбора такой системы нужно воспользоваться услугами специализированных фирм. Сейчас их немало и в России. От этих же фирм можно получить информацию о так называемых системах гарантированного электропитания, в которые включены дизельные электрогенераторы и прочие, более экзотические источники энергии.

Нам же осталось рассмотреть лишь методы управления ИБП, что мы и сделаем в одном из следующих номеров нашего журнала

[ http://www.ccc.ru/magazine/depot/97_07/read.html?0502.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• ИБП для централизованного питания нагрузок

EN

• centralized UPS

 

ИБП с неавтономным питанием
Наиболее распоостраненный тип источника бесперебойного питания, в котором нагрузка постоянно подключена к инвертору, а он получает постоянное напряжение от сетевого выпрямителя или аккумуляторной батареи. Для ИБП данного класса характерна гальваническая развязка входа и выхода и отсутствие переходных процессов на выходе при переключении на резервное питание (рис. O-3). Такой источник обладает лучшими характеристиками по сравнению с ИБП с неавтономным питанием и пригоден для работы в условиях сильных колебаний питающего напряжения.
[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• on-line UPS

 

ИБП с автономным питанием
Источник электропитания, который в нормальных условиях получает питание от сети, а выпрямитель обеспечивает подзарядку аккумуляторной батарей. При пропадании входного напряжения практически мгновенно включается преобразователь постоянного напряжения в переменное и нагрузка переключается на него. При восстановлении напряжения сети происходит обратное переключение и аккумулятор снова начинает подзаряжаться (см. рис. O-1).


Рис. O-1. Структурная схема UPS с автономным питанием:
1 - переключатель; 2 - выпрямитель; 3 - инвертор; 4 - аккумуляторная батарея

[Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо-русский толковый словарь-справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• off-line UPS

 

резервный ИБП
ИБП, в котором аккумуляторы подключаются только в критических ситуациях.
Синоним - off-line UPS.
[ http://www.morepc.ru/dict/]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• standby UPS

 

линейно-интерактивный источник бесперебойного питания
источник бесперебойного питания с линейно-интерактивным режимом работы
-

EN

line interactive UPS
A system, which energizes the load from the utility mains providing conditioned power by filtering and stabilizing mains voltage (VI class per IEC 62040-3).
Upon mains outage the load is energized from batteries via the Inverter.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

 

Структурная схема линейно-интерактивного ИБП
[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345]

Исчезновение напряжения в питающей сети - явление довольно редкое.
Гораздо чаще происходят провалы или всплески напряжения, вызывающие не менее серьезные последствия в нагрузке (электроприемнике). Именно это обстоятельство послужило причиной для разработки ИБП, способных регулировать напряжение сети. Такие ИПБ получили название линейно-интерактивных.
Нетрудно заметить, что по схемотехнике линейно-интерактивные ИБП похожи на off-line ИБП. Принципиальным отличием между ними, обусловившим выделение line-interactive ИБП в отдельную группу, является наличие специального устройства (бустера), предназначенного для ступенчатой стабилизации выходного напряжения, осуществляемого путем автоматического переключения отводов трансформатора.
Линейно-интерактивные ИБП являются удачным сочетанием простоты и надежности off-line ИПБ и быстродействия on-line ИБП. Существенным отличием указанных ИБП является форма выходного напряжения в автономном (аккумуляторном) режиме работы: у off-line ИПБ - ступенчатая, а у линейно-интерактивного ИБП - синусоидальная.
Линейно-интерактивные ИБП часто используются для защиты офисной техники и серверов масштаба одного отдела.

Достоинства:

• компактность,
• экономичность,
• синусоидальная форма выходного напряжения,
• ступенчатая стабилизация выходного напряжения.

Недостатки:

• отсутствие гальванической развязки нагрузки (электропотребителя) от питающей сети,
• отсутствие стабилизации частоты выходного напряжения,
• недостаточный уровень стабилизация выходного напряжения относительно номинального значения (5-7%).

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

Параллельные тексты EN-RU

The Agilon VX line-interactive UPS is a best value product designed for PCs, laptops, and POS equipment used in home offices and small businesses.
[Delta Electronics]

Линейно-интерактивный ИПБ Agilon VX600 является одним из лучших источников для бесперебойного питания персональных компьютеров и терминалов розничной торговли в домашних офисах и малом бизнесе.
[Перевод Интент]

Is it important that UPS include a Voltage Regulator?
Definitively. When the AC Line voltage is not suitable for your PC the UPS uses internal batteries to supply appropriate power to your PC. If the UPS does not include a Voltage Regulator this range is rather narrow but when UPS includes Voltage Regulator this range can be quite wide because most of the variations can be managed by the stabilization system and consequently the use of the batteries is less frequent. Evidently the less the UPS uses the batteries the longer life they will have.
Batteries Life Expectancy in an UPS including Voltage Regulator (Called Interactive UPS or In-Line UPS) is about 3 years, while batteries in an UPS not including Voltage Regulator (Off Line UPS) usually do not last longer than a year. Nevertheless end users rarely realize their batteries are loosing properties since the back up time can only be measured during actual blackouts and then it could be too late.
[ http://www.integra-ups.com/am/en/soporte/preguntas.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• ИБП с линейно-интерактивным режимом работы
• линейно-интерактивный ИБП

EN

• In-Line UPS
• Interactive UPS
• line interactive UPS

 

источник бесперебойного питания с двойным преобразованием (энергии)
-

EN

double conversion
Topology of On-Line UPS (VFI class per IEC 62040-3). The AC mains voltage is converted to DC by means of an ac to DC Rectifier (or Charger), The DC voltage is then converted to conditioned AC by means of the Inverter.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Структурная схема ИБП с двойным преобразованием энергии

Вся потребляемая из питающей сети энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором - в энергию пере­менного тока.

Высококачественные ИБП с двойным преобразованием энергии, как правило, имеют гальваническую развязку, что значительно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования.

Обязательным элементом ИБП двойного преобразования большой и средней мощности является байпас - устройство обходного пути. Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устрой­ство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механическо­го, контактного) байпаса.

Достоинства

• Нулевое время переключения.
  В некоторых случаях данный фактор в настоящее время перестал играть решающую роль, потому что в современных компьютерах применяются блоки питания, соответствующие стандартам IEEE, согласно которым компьютер должен быть способен выдерживать перерыв в питании не менее 8.3 мс.
  При этом в off-line ИБП, выпускаемых фирмой АРС время переключения не превышает 8 мс.
• Строгая стабилизация выходного напряжения.

Недостатки

• Высокая стоимость,
• Повышенный уровень помех, вносимых самим ИБП в электрическую сеть,
• Более низкий КПД по сравнению с другими типами ИБП.

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

---

Часто в качестве синонима термина ИПБ с двойным преобразованием употребляют термин on-line ИБП. Это не верно, так как в группу on-line ИБП входят ИБП четырех типов (см. источник бесперебойного питания активного типа).

В ИБП с двойным преобразованием вся потребляемая энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором — в энергию пере­менного тока.

Технология двойного преобразования отработана и успешно используется свы­ше двадцати лет, однако ей присущи принципиальные недостатки:

• ИБП является причиной гармонических искажений тока в электрической сети (до 30%) и, таким образом, — потенциально причиной нарушения работы другого оборудования, соединенного с электрической сетью; он имеет низкое значение входного коэффициента мощности (coscp);
• ИБП имеет значительные потери, так как принципом получения выходного переменного тока является первичное преобразование в энергию постоянного тока, а затем снова преобразование в энергию переменного тока; в процессе такого двойного преобразования обычно теряется до 10 % энергии.

Первый недостаток устраняется за счет применения дополнительных уст­ройств (входных фильтров, 12-импульсных выпрямителей, оптимизаторов-бусте­ров), а второй принципиально не устраним (у лучших образцов ИБП большой мощности КПД не превышает 93 %).

Современные ИБП двойного преобразования оборудуются так называемыми кондиционерами гармоник и устройствами кор­рекции коэффициента мощности (coscp). Эти устройства входят либо в базовый комплект ИБП, либо применяются опционально и позволяют снять проблему с внесением гармонических искажений (составляют не более 3 %) и повысить коэф­фициент мощности до 0,98.

Существуют схемы ИБП с двойным преобразованием 1:1, 3:1 и 3:3. Это означает:

• 1:1 — однофазный вход, однофазный выход;
• 3:1 — трехфазный вход, однофазный выход;
• 3:3 — трехфазный вход, трехфазный выход.

Схемы 1:1 и 3:1 целесообразно применять для мощностей нагрузки до 30 кВА, при этом симметрирование не требуется, и мощность инвертора используется ра­ционально. Следует иметь в виду, что байпас в таких схемах является однофазным и при переходе ИБП с инвертора на байпас для входной сети ИБП 3:1 становится несимметричным устройством, подобно ИБП 1:1.

ИБП по схеме 3:1

Особенностью данной схемы является наличие на входе конвертора 3:1. При его отсутствии ИБП имеет схему 1:1. Наличие конвертора не только превращает ИБП 1:1 в 3:1, но и позволяет осуществлять работу через байпас в симметричном режиме.

ИБП по схеме 3:3

ИБП по схеме 3:3 в отличие от ИПБ по схеме 3:1 имеет зарядное устройство для оптимизации режима заряда аккумулятор­ной батареи и преобразователь постоянного тока — бустер (booster DC/DC), позво­ляющий облегчить работу выпрямителя за счет снижения глубины регулирования. Таким образом обеспечивается меньший уровень гармонических искажений вход­ного тока. В некоторых случаях такую схему называют схемой с тройным преобра­зованием.

Принципиально нет предпосылок выделять такие схемы в отдельный тип ИБП, так как остается общим главный принцип — выпрямление тока с его последующим инвертированием. Разумеется, в звене постоянного тока могут присутствовать сгла­живающие ёмкости, а в некоторых случаях — дроссель (на схемах не показаны). ИБП  работает по схеме 3:3 в любом режиме — при работе через инвертор (ре­жим on-line) и при работе через байпас. По отношению к питающей сети работа в ре­жиме on-line является симметричной, тогда как работа через байпас зависит от балан­са нагрузок по фазам. Впрочем, сбалансированность нагрузок по фазам в первую очередь важна для рационального использования установленной мощности самого источника, а по отношению к питающей сети небаланс по фазам при работе через бай­пас может проявить себя только при работе с ДГУ. Но в этом случае решающим будет не симметрия нагрузки, а её нелинейность.

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365 с изменениями]

Тематики

• источники и системы электропитания

Обобщающие термины

• on-line ИБП
• on-line источник бесперебойного питания
• источник бесперебойного питания активного типа

Синонимы

• ИБП с двойным преобразованием
• ИБП с двойным преобразованием энергии

EN

• double conversion UPS

 

источник бесперебойного питания активного типа
источник бесперебойного питания с режимом работы «на линии» (on-line)
on-line источник бесперебойного питания
on-line ИБП
-
[Интент]

EN

on-line UPS
true on line UPS
A double conversion system, which energizes the load continuously from the inverter (see IEC 62040-3, VFI Classification). The inverter is fed from mains via a rectifier in normal operation, or from batteries upon mains outage.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Существуют четыре вида on-line ИБП:

1. ИБП с одиночным преобразованием,
2. ИБП с дельта-преобразованием,
3. феррорезонансные ИБП,
4. ИБП с двойным преобразованием

В настоящее время ИПБ с одиночным преобразованием и феррорезонансные ИБП практически не выпускаются.

Примечание. В английском определении on-line ИБП (on-line UPS) является синонимом ИПБ с двойным преобразованием (double conversion system). Во многих российских публикациях (например, см. А. Воробьев. Классификация ИБП. http://www.osp.ru/lan/2003/10/138056/ отмечается, что это неправильно)

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• on-line ИБП
• on-line источник бесперебойного питания
• ИПБ активного типа
• ИПБ с режимом работы "на линии"

EN

• on-line power protection
• on-line UPS
• true on line UPS

 

off-line ИБП
источник бесперебойного питания резервного типа
источник бесперебойного питания пассивного типа
источник бесперебойного питания с переключением
источник бесперебойного питания с режимом работы "вне линии"
-

EN

passive standby UPS
off-line UPS
A system, which normally energizes the load directly from the utility mains (see VFD classification by IEC 62040-3). It contains a charger and an Off-Line Inverter. The Inverter is switched ON upon mains outage to supply the load.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Структурная схема ИБП резервного типа:
ВФ - входной фильт; СТ - регулирующий стабилизатор; БК - коммутирующее стройство; ЗУ - зарядное устройство; ИНВ - инвертор; АБ - аккумуляторная батарея

ИБП работает в одном из двух режимом:

• нормальный режим (режим работы от питающей сети) - питание нагрузки (потребителя) осуществляется напрямую от питающей сети.В более сложных (дорогих) моделях - через входной фильтр ВФ и регулирующий стабилизатор СТ (феррорезонансный трансформатор или автотрансформатор с автоматически переключаемыми отводами). Применение регулирующего стабилизатора позволяет расширить диапазон входного напряжения, при котором не происходит переключение ИБП в автономный (аккумуляторный) режим,
• автономный (аккумуляторный) режим – питание нагрузки за счет энергии аккумуляторной батареи.

Переключение из нормального в автономный режим происходит автоматически при исчезновении сетевого напряжения или отклонении параметров сетевого напряжения за пределы до­пустимого диапазона.
Батарея поддерживает работу нагрузки в течение некоторого времени, которое зависит от потребляемой нагрузкой мощности, емкости аккумуляторной батареи, ее возраста и степени заряда.
После разряда батареи до предельно низкого уровня, схема управления ИБП подает команду на отключение нагрузки.
При восстановлении сетевого напряжения автоматически производится обратное переключение в нормальный режим работы (от питающей сети) и начинается заряд аккумуляторной батареи.
Время переключения обычно составляет 4...12 мс что вполне достаточно для большинства электроприемников с импульсным блоком питания.

Достоинства:

• простая конструкция,
• низкая стоимость,
• небольшие размеры

Недостатки:

• большое время переключения (4...12 мс),
• отсутствие гальванической развязки нагрузки от питающей сети,
• при отсутствии стабилизатора:
  
  • отсутствие стабилизации выходного напряжения,
  • переход в автономный (аккумуляторный) режим работы даже при небольших отклонениях параметров питающей сети, что приводит к быстрому сокращению срока службы аккумуляторных батарей. При этом стоимость батарей может составлять до 40 % от общей стоимости ИБП,
• отсутствие стабилизации частоты выходного напряжения,
• форма выходного напряжения - ступенчатая или апроксимированная синусоида

[На основе:

1. Климов В.П., Портнов А.А., Зуенко В.В. Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП). http://www.tensy.ru/article04.html
2. http://www.tcs.ru/reviews/?id=345
3. Тараданов Е. "EAT Engineering" Типы источников бесперебойного питания. http://www.eat-ups.kz/stat1.shtml]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• off-line ИБП
• ИБП пассивного типа
• ИБП резервного типа
• ИБП с переключением
• ИБП с режимом работы "вне линии"

EN

• off-line UPS
• passive standby UPS
• standby UPS

 

инвертор источника бесперебойного питания
Часть схемы ИБП, которая служит для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное напряжение на выходе источника. В ИБП класса Off-line инвертор работает только в автономном режиме ИБП и формирует ступенчатую аппроксимацию синусоиды. В ИБП класса Оn-line инвертор вырабатывает на выходе практически идеальную синусоиду и работает в любом режиме (кроме режима байпас), получая на свой вход в автономном режиме питание от аккумуляторов, а в нормальном режиме — от входной сети после выпрямления и стабилизации входного переменного напряжения
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml]

EN

inverter
Functional UPS module that inverts the DC battery voltage to 50Hz or 60Hz AC voltage.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

В состав ИБП всех типов наряду с аккумулятором входит инвертор, который представляет собой полупровод­никовый преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение 220 В. В зависимости от исполнения инвертор формирует переменное выходное напряжение различной формы. Простые схемы инверторов формируют напряжение прямоугольной формы. Некоторые схемы инверторов формируют напряжение, близкое к синусоидальной форме - аппроксимированное ступенями.
Инверторы, вырабатывающие несинусоидальное выходное напряжение, применяются в основном в недорогих off-line ИБП малой мощности и пригодны для работы с нагрузками, имеющими импульсные бло­ки питания, например, блоки питания компьютерных системных блоков.

Инверторы, используемые в ИБП типов line-interactive и on-line, формируют напряжение сину­соидальной формы с низким содержанием гармоник, что позволяет использовать эти ИБП для питания нагрузок всех типов.

Форма выходного напряжения инверторов:
а) - ступенчатая; б) - аппроксимированная синусоида; в) синусоидальная

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

---

В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа:
- инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы,
- инверторы с пошаговой аппроксимацией
- инверторы с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ).

Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя скважностью импульсов ШИМ-сигнала, «интеллектуальные» инверторы, применяемые в сериях Pro&Vision, PowerVision и Safe&Power Evo компании N&Power, автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.
Основными показателями эффективности работы инвертора являются:
• перегрузочная способность.
• коэффициент полезного действия (КПД).
• допустимый крест-фактор нагрузки.
• допустимый коэффициент мощности нагрузки.
• качество выходного напряжения

[ http://www.condipro.ru/_library/_refs/guide/terms.pdf]

---

В мощных трехфаз­ных ИБП инвертор вы­полнен по трехфазной мосто­вой схеме. Для по­строения синусоиды в инвер­торе реализован принцип широтно-импульсной модуля­ции (ШИМ).
 

Мостовая схеме инвертора

Принцип его действия состоит в подаче импульсов переменной скважности че­рез тиристоры на трансформатор, выполняющий одновременно роль фильтра, или непосредственно на LC-фильтр на выходе инвертора (на схеме не показан). В результате формируется синусоидальное напряжение с низким коэф­фициентом гармонических искажений: КU< 3%.

Принцип широтно-импульсной модуляции

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• инвертор

EN

• inverter

 

источник бесперебойного питания
ИБП
Сочетание преобразователей, переключателей и устройств хранения электроэнергии (например, аккумуляторных батарей), образующее систему электропитания для поддержания непрерывности питания нагрузки в случае отказа источника энергоснабжения.
[ ГОСТ Р МЭК 62040-1-1-2009]

источник бесперебойного питания
ИБП
Устройство, поддерживающее заданное качество выходного напряжения при наличии нарушения питающей сети за счет использования энергии аккумуляторных батарей (исчезновение напряжения, искажения формы, отклонения от диапазона входных значений и т. д.). ИБП с двойным преобразованием класса VFI-SS-111 обеспечивают защиту от любых нарушений питающей сети.
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml с изменениями]

источник бесперебойного питания
UPS
Автоматическое устройство, устанавливаемое между источником энергии и оборудованием, обеспечивающее питание оборудования за счет энергии аккумуляторных батарей при отключении основного электроснабжения, защищающее оборудование от колебаний напряжения и электромагнитных шумов.
[РД 01.120.00-КТН-228-06]

EN

uninterruptible power supply
UPS
An Electronic device connected between the Utility Power and electric consumers, comprising generally of filters, Rectifier, Battery, DC/AC Inverter, Transfer Switch and associated circuits.
The UPS is intended to provide clean undisturbed stabilized AC voltage, within strict amplitude and frequency limits, to protect the consumer from any Utility Power disturbances and irregularities, including outages for a limited time dictated by the capacity of the Battery Bank. The term UPS refers generally to AC Static systems, Other types include DC and Rotary UPS.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Исходная базовая идея у всех ИБП одинакова и основана на использовании резервного питания от аккумуляторов. Если напряжение в электрической сети исчезло, необходимо достаточно быстро переключить нагрузку на питание от встроенного аккумулятора, и наоборот, если напряжение восстановилось, снова переключить на питание от сети.
Время автономной работы от аккумулятора должно быть достаточным для безопасного завершения работы компьютера без потери информации.

В настоящее время сложилась общепринятая классификация ИБП по двум основным показа­телям - мощности и типу ИБП.

Классификация ИБП по мощности носит упрощенный характер и отражает в основном конструктивное исполнение ИБП:

• ИБП малой мощности от 250 до 3000 ВА выпускаются в настольном или стоечном исполнении,
• ИБП средней мощности от 3000 до 30 000 ВА обычно изготавливаются в напольном исполнении,
• ИБП большой мощности от 40 до нескольких сотен кВА имеют напольное исполнение и размещаются в специальных электромашинных помещениях.

Существуют две топологии ИБП:

• off-line (резервные) ИБП,
• on-­line ИБП.

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

Тематики

• источники и системы электропитания
• магистральный нефтепроводный транспорт

Синонимы

• ИБП

EN

• battery back-up
• battery backup
• no-break power supply
• power protection
• uninterruptible power supply
• uninterruptible power systems
• UPS

 

экономичный режим работы источника бесперебойного питания
-

EN

ECO mode
An economical mode of operation, which enables certain On-Line UPS systems to work in an Off-Line mode from the Utility, while the inverter, which is in hot standby operation, is able to accept load upon mains failure.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

В настоящее время для повышения эффективности (КПД) применяется комби­нированная схема, суть функционирования которой заключается в следующем. Выделяется диапазон входного напряжения, как правило ±6...10 %, в котором ИБП работает в так называемом экономичном режиме (переходит на статический бай­пас), а при выходе входного напряжения из этого диапазона ИБП в течение 2...4 мс переходит в режим on-line.

При использовании ИБП в электросетях, имею­щих показатели качества электроэнергии не ниже ГОСТ 13109-97, эта технология дает существенное снижение потерь электроэнергии за счет высокого коэффициен­та полезного действия в экономичном режиме. Все потери электроэнергии в этом режиме сводятся к потерям в проводниках и тиристорах статического байпаса. КПД при этом приближается к 98 %.

Однако и у этой схемы имеются некоторые недостатки:

- при применении таких ИБП в качестве централизованных в двухуровневой схеме СБЭ диапазон напряжения, в котором осуществляется работа в эконо­мичном режиме, должен быть меньше диапазона напряжения ИБП второго уровня до перехода на питание от батарей, чтобы не вызвать перехода ИБП второго уровня в автономный режим;

- при работе в экономичном режиме ИБП не защищает входную сеть от гармо­нических искажений тока, вызываемых нагрузкой с импульсными блоками питания. Как следствие, необходимо увеличение сечения нейтрального про­водника на входе ИБП и значительное увеличение мощности ДГУ (по данным фирмы АРС, мощность ДГУ должна превышать расчетную мощность ИБП в 6...9 раз). При работе ИБП с ДГУ соизмеримой мощности следует средства­ми конфигурирования ИБП исключать экономичный режим работы.

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365]
 

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• экономичный режим работы ИБП

EN

• ECO mode
• economy mode

 

байпас
1. Режим работы источника бесперебойного питания (ИБП) в котором вход ИБП напрямую или через корректирующие и фильтрующие цепи соединен с выходом ИБП. В таком режиме ИБП практически не способен влиять на качество выходного напряжения. В режим байпаса ИБП переводят либо принудительно с панели управления, либо ИБП переходит в этот режим самостоятельно при перегрузке или неисправности.

2. Часть схемы ИБП, обеспечивающая работу режима байпас.
Различают электронный (статический байпас) и механической (сервисный байпас). Электронный байпас защищает нагрузку ИБП от перегрузки, а оборудование от отключения питания при аварии в ИБП. Механический байпас предназначен для отключения ИБП от сети при обслуживании без отключения защищаемого оборудования.
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml]

EN

by-pass
Functional UPS module that connects the load of an On-Line UPS directly to mains in case of overload or UPS failure.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Байпас в ИБП с двойным преобразованием

 

Схема байпаса

Байпас является обязательным элементом ИБП двойного преобразования большой и средней мощности.
Байпас предназначен для соединения выхода ИБП (т. е. нагрузки) с входом ИБП (т. е. с питающей сетью), минуя схему ИБП.
Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устрой­ство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механическо­го,т. е. контактного) байпаса.

Статический байпас - это ключ из встречно-паралельно включенных тиристоров. Включение (переход в режим Байпас) и отключение ключа осуществляется автоматически от системы управления ИБП при возникновении перегрузки или при разряде батарей, а также при переходе ИБП в экономичный режим работы. При коммутации байпаса напряжение инвертора синхронизировано с напряжением на входе байпаса (т. е. с напряжением питающей сети), что позволяет переключать нагрузку с инвертора на байпас и обратно «без разрыва синусоиды».



Используется также термин автоматический байпас.
В некоторых случаях байпас применяют при первом включении оборудования, когда пусковая мощность нагрузки превышает мощность ИБП.

Ручной (механический, т. е. контактный) байпас представляет собой контактный выключатель нагрузки, шунтирующий статический байпас. Он предназначен для вывода ИБП из работы со снятием напряжения с элементов ИБП. При включенном ручном байпасе питание нагрузки осуществляется через цепь «вход байпаса-ручной байпас-выход ИБП». Остальные элементы ИБП: выпрямитель, инвертор, аккумуляторная батарея (АБ), ста­тический байпас — на время включения ручного байпаса могут быть обесточены (отключены от сетевого питания и нагрузки) для ремонта, регулировок, осмотров и т. д.
Об отключении АБ можно говорить с некоторой натяжкой, поскольку АБ в заряжен­ном состоянии является мощным источником постоянного напряжения, пред­ставляющим опасность для обслуживающего персонала. По классификации «Меж­отраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации элек­троустановок» работы с АБ следует относить к виду работ с частичным снятием на­пряжения. При необходимости замены аккумуляторов АБ ИБП переводят на руч­ной байпас, специальным инструментом разделяют АБ на отдельные аккумуля­торы, после чего опасность поражения электрическим током устраняется.

При работе в режиме Байпас ИБП не имеет возможно­сти обеспечивать бесперебойное питание потребителей. Такой режим должен сопровождаться административно-техническими мероприятиями для исключения нежелательных последствий для потребителей. Самая простая мера — проведение профилактических и ремонтных ра­бот в то время, когда потребители не работают.

Таким образом байпас позволяет:

• отключать ИБП от нагрузки на время проведения ремонта и регулировок, продолжая питать нагрузку от питающей сети, а поокончания ремонта вновь подключать нагрузку к ИБП,
• переключать нагрузку с инвертора на байпас при возникновении перегрузок, ко­ротких замыканий на выходе ИБП, при разряде аккумуляторной батареи;
• переключать нагрузку с инвертора на байпас при нормальном качестве электроэнергии в питаю­щей сети, что позволяет уменьшить потери электроэнергии в ИБП (экономичный режим работы).

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365 с изменениями, а также http://market.yandex.ru/faq.xml?CAT_ID=969705&hid=91082#Hc0m8v096s7a9itBy-pass]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• by-pass
• bypass

 

источник бесперебойного питания класса VI
ИПБ класса VI
Согласно МЭК 62040-3 в ИБП класса VI (Voltage Independent) напряжение на выходе зависит от частоты сети.
Амплитуда напряжения регулируется в пределах 20 %. Кроме того, устройства снабжены преобразователем переменного тока в переменный, а также дополнительным сетевым фильтром высокочастотных помех. Преобразователь переменного тока в переменный также компенсирует пониженное напряжение и тем самым повышает потребление тока и выходное напряжение ИБП. Это означает, что ИБП в состоянии немедленно сглаживать повышение или понижение напряжения. Как и ИБП класса VFD, устройства класса VI защищают нагрузку (электропотребиля) от первых пяти нарушений в питающей сети, указанных в МЭК 62040-3.

Представителями ИПБ класса VI являются:

• линейно-интерактивные ИБП,
• ИБП с одним преобразованием,
• ИБП с дельта-преобразованием,
• ИБП с активной совместной работой.

[ http://www.ups-info.ru/index.php?link=160595 с изменениями]

EN

VI Class UPS
A system where the output voltage is Independent on the Input Voltage (IEC 62040-3), but depends upon the input frequency. VI class generally refers to Line-interactive type. These units are able to solve first five Power Line Disturbances
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• ИПБ класса VI

EN

• VI class UPS