Skip to Content

Источник бесперебойного питания UPS

ИБП UPS 

Классификация источников бесперебойного питания UPS

Источники бесперебойного питания (UPS, ИБП) обычно делят на три основных вида: статические, роторные UPS и гибридные статические/роторные. В этом разделе мы опишем подробно все три категории.

Статические источники питания являются наиболее часто используемыми системами UPS. Спектр их применения - от низкомощных персональных компьютеров и телекоммуникационных систем, медицинских систем средней мощности и до высокомощных систем электропитания. Их основные преимущества - высокая эффективность, высокая надежность и низкий коэффициент гармонических искажений (КГИ).

Основные проблемы этих UPS - плохая работа с нелинейной и несбалансированной нагрузкой. Кроме того, статические источники бесперебойного питания UPS требуют больших денежных вложений для достижения очень высокого уровня надежности.

Основные типы статических UPS:

  • онлайн UPS;
  • оффлайн UPS;
  • линейно-интерактивные UPS.

 

Онлайн статические UPS

Эти источники питания появились в 1970-е годы. Они состоят из ректификатора/зарядного устройства, набора батарей, инвертора и переключателя для работы в обход. Другое название для подобной конфигурации источников бесперебойного питания - ИБП двойного преобразования.

 

Статический источник бесперебойного питания UPS

 

На схеме выше представлена блок-схема типичного онлайн UPS. AC/DC-преобразователь (AC/DC rectifier) постоянно подает ток на шину постоянного тока. Таким образом заряжаются батареи (Battery bank) и подается ток на вход DC/AC инвертора. При пропадании напряжения на входной линии (AC Line) на вход инвертора подается ток с батарей. Инвертор должен быть рассчитан на мощность подключенной к нему нагрузки. Как видим, на вход DC/AC инвертора постоянно подается электрический ток, следовательно переход с линии электропитания на резервное питание (батареи UPS) происходит мгновенно. Это основное преимущество онлайн источников бесперебойного питания.

Переключатель bypass предоставляет возможность работы нагрузки напрямую в обход источника  питания. Это позволяет работать нагрузке даже при выходе источника питания из строя.

Статический источник имеет три основных режима работы:

  • нормальный режим работы UPS;
  • режим работы от батарей;
  • режим работы напрямую от сети (bypass).

 

Нормальный режим работы

В этом режиме ток на нагрузку подается постоянно по линии AC/DC-преобразователь - DC/AC инвертер. На самом деле в этом режиме применяется двойное преобразование - AC/DC, затем - DC/AC. AC/DC преобразователь заряжает резервные батареи UPS и подает ток на нагрузку через инвертор.

Режим работы от батарей

При пропадании тока в линии питания или выходе питающего напряжения за допустимые рамки, AC/DC преобразователь перестает подавать напряжение на вход DC/AC инвертора. При этом на инвертор подается ток с резервных батарей UPS, что позволяет питать нагрузку. Длительность работы в этом режиме в первую очередь зависит от емкости резервных батарей. Таким образом, нагрузка питается от батарей пока не разряжены батареи, либо пока не будет восстановлена подача напряжения на входной питающей линии переменного тока.

Режим работы напрямую от сети (bypass-mode, режим обхода)

UPS работает в данном режиме в случае его неисправности, например, перегрузки. Этот же режим используется во время ремонта или обслуживания UPS-систем.

Основное преимущество онлайн UPS - устойчивость к перепадам входного напряжения в достаточно больших пределах и возможность очень точной настройки выходного напряжения. Кроме того, онлайн UPS не требуется какое-либо время для перехода из нормального режима в режим работы от батарей. Также возможно регулировать выходную частоту.

Минусом онлайн UPS является двойное преобразование, что приводит к увеличению потерь электроэнергии. Несмотря на эти минусы, UPS двойного преобразования являются наиболее предпочитаемой топологией. Такие UPS применяются от нескольких киловатт-ампер, до мощных UPS рассчитанных на мегаватт-амперы.

Стандартная схема онлайн UPS имеет множество модификаций. Каждая из модификаций призвана решить те или иные проблемы, связанные со спецификой онлайн UPS. Основных модификаций существует две:

  • с изолированием низкочастотным (НЧ) трансформатором;
  • с изолированием высокочастотным (ВЧ) трансформатором.

 

источник бесперебойного питания UPS с изоляцией НЧ трансформатора

На схеме выше показан источник бесперебойного питания с изолирующим низкочастотным трансформатором. В этой конфигурации установлен изолирующий низкочастотный трансформатор на выходе. Это требует большего трансформатора. Эта схема включения используется для мощной нагрузки (от 20 киловольт-ампер), которой требуется напряжение низкой частоты (до 3 КГц). Минусом данной схемы является достаточно высокий шум трансформатора. Эта топология, кроме того, плохо реагирует на изменения нагрузки и входного напряжения. С помощью увеличения частоты трансформатора выше 20 КГц, эти проблемы могут быть решены, кроме размера самого трансформатора. Использование ВЧ-трансформатора может позволить применять трансформатор значительно меньших габаритов и веса. А применение ВЧ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет уменьшить размеры выходного фильтра (схема приведена ниже).

источник бесперебойного питания UPS с ВЧ-трансформатором

На схеме выше приведен источник питания с выходным ВЧ-трансформатором.



Rambler's Top100