Дбж on line, line-interactive і off-line
Всі джерела безперебійного живлення (ІБП) відрізняються один від одного ступенем надійності і якістю електроенергії подається до електроприймачів. У зв'язку з цим у будь-якого покупця постає питання: - «Який ДБЖ підійде для вирішення саме моїх завдань?».
Кілька десятиліть тому, коли подібні пристрої тільки починали створюватися, цим же питанням задалися і інженери міжнародної електротехнічної комісії. І ось в 1986 році був розроблений стандарт МЕК IEC 60146-4, в якому було вирішено, всі існуючі ДБЖ розділити три групи (типу):
ДБЖ кожної групи мають свої конструктивні відмінності, які як раз і визначають якість основних вихідних параметрів, а отже і надійність електропостачання.
До основних вихідних параметрів відносяться:
- діапазон вхідної напруги і частоти;
- форма і величина вихідної напруги;
- час перемикання з основного харчування (від мережі електропостачання) на акумулятор і назад;
- час автономної роботи, потужність.
Розглянемо кожен тип ДБЖ детальніше.
ДБЖ типу Off-Line
Джерела безперебійного живлення типу Off-Line, в стандарті визначені як пасивні і, по суті, є джерелами резервного дії. Таке визначення вони отримали тому, що при роботі в штатному режимі харчування на споживачі подається безпосередньо з мережі електропостачання, а при виникненні певних незадовільних умов, переключаються на акумулятор.
Мал. 1. Архітектура ДБЖ типу Off-Line
ДБЖ складається з двох паралельних гілок:
- основний (фільтр-навантаження);
- резервної (випрямляч-акумулятор-інвертор-навантаження).
Як видно з малюнка основна ланцюг містить фільтр. Він виключає потрапляння великих «стрибків» напруги і високочастотних перешкод до споживачів. При зміні напруги мережі більше встановленого мінімального або максимального значення, вихідна харчування перемикається на резервну ланцюг. Однак потрібно сказати, що не всі резервні джерела переходять в батарейний режим при перевищенні максимального значення напруги, а просто відключаються.
Мінімальна і максимальна значення є не що інше, як діапазон вхідної напруги. В ідеалі, щоб не піддавати ризику виходу з ладу живиться споживачі, діапазон вхідних напруг повинен знаходиться в межах ± 10% від номінальної напруги мережі, тобто 198-242 В. Але зазвичай виробники завищують його до ± 20-25% (165-176 В і 264-275 В), що не дуже добре. При таких напружених многая техніка або не буде працювати, або вийде з ладу.
Час перемикання з основного кола на резервну для таких пристроїв коливається в межах 4-15 мс. З огляду на, що все сучасне електронне обладнання (таке як комп'ютери, телевізори, радіоприймачі) має імпульсні блоки живлення здатні продовжувати роботу при відключенні харчування до 10-20 мс, то перемикання відбувається непомітно.
Після перемикання на резервну ланцюг, навантаження починає отримувати живлення від акумулятора через інвертор (пристрій, що перетворює постійну напругу в змінну).
Основними недоліками резервних ДБЖ є:
- відсутність захисту споживачів від глибоких провалів і підвищень напруги мережі електропостачання, а також зміни значення його частоти і форми кривої;
- велика несинусоидальность форми вихідної напруги при роботі від акумулятора;
- вузький діапазон вхідних напруг обумовлює часті перемикання живлення навантаження з основної гілки на резервну. З цієї причини акумуляторна батарея ДБЖ знаходиться в недозаряженном стані.
Таким чином, ІБПOff-Line рекомендується використовувати в якості резервного джерела живлення, в мережі з рідкісними і незначними відхиленнями напруги, для обладнання має імпульсні блоки живлення (наприклад, домашніх персональних комп'ютерів, телевізорів та іншої електронної побутової техніки).
ДБЖ типу Line-Interactive
Архітектура джерел безперебійного живлення лінійно-інтерактивного типу (Line-Interactive) дуже схожа на архітектуру ДБЖ типу Off-Line. Відмінність полягає в тому, що в основну гілку харчування встановлено трансформатор з перемикаються обмотками (автотрансформатор).
Мал. 2. Архітектура ДБЖ типу Line-Interactive
Як і у випадку з ДБЖ типу Off-Line, при нормальній роботі (коли напруга мережі не перевищує максимального або мінімального значення), напруга на навантаження подається по основному ланцюзі (трансформатор-фільтр-навантаження). Перемикання на резервне живлення відбувається лише в разі порушення цієї умови, наприклад, при 150 або 270 В. При значеннях напруги, що знаходяться всередині цього діапазону, працює автотрансформатор.
Існує ще одна особливість, яка відрізняє інтерактивні ДБЖ від резервних. Автотрансформатор має феритовий сердечник, що володіє нелінійної характеристикою намагнічування. Завдяки цьому відбувається згладжування «стрибків» напруги, що є позитивним моментом. Однак високий вихідний опір може послужити причиною неспрацьовування захисних запобіжників на підключених до джерела електроприладах і їх подальшого виходу з ладу.
До позитивних сторін ІБП, крім регулювання напруги, можна також віднести:
- широкий діапазон вхідних напруг - від 80 до 290 В;
- малий час перемикання з режиму на режим - 2 мс;
- підвищений термін служби акумуляторної батареї, внаслідок рідкісних переходів з одного режиму на інший.
Лінійно-інтерактивні ДБЖ знайдуть застосування для захисту окремих електронно-обчислювальних машин або їх груп, що живляться від мережі електропостачання з частими, значними перепадами і «стрибками» напруги. До них можна підключати і побутову електронну техніку (телевізори, радіоприймачі, холодильники, мікрохвильові печі і т.п.).
ДБЖ типу On-Line
На основі технології On-Line будуються найнадійніші типи ДБЖ. Основний ланцюгом, через яку здійснюється живлення електроприймачів, є саме та, яка містить випрямляч і інвертор. Тому ДБЖ онлайн типу перетворює 100% надходить до нього електроенергії. Змінна напруга мережі спочатку перетвориться в постійне, а потім назад в змінну. При цьому формується синусоїда практично ідеально форми.
Мал. 3. Архітектура ДБЖ типу On-Line
Дивлячись на архітектуру ДБЖ (рис. 3) стає зрозумілим, чому багато його називають двоконтурним. Першим контуром є випрямляч, другим - інвертор. Випрямляч в багатьох ДБЖ виконаний з двох блоків. У першому відбувається перетворення змінної напруги в постійне (випрямлення). У другому, зменшується величина випрямленої напруги і його подальша стабілізація.
При задовільній якості вхідної напруги інвертор харчується від випрямляча. Як тільки значення вхідної напруги або частоти виходить за рамки мінімального або максимального значення, до ланцюга харчування інвертора замість випрямляча підключається акумуляторна батарея.
Джерела типу On-Line забезпечують дуже велику точність підтримки вихідної напруги (в межах ± 1-3%), навіть при значних змінах вхідного (від 80 до 280 В). Крім того, для таких джерел не важлива навіть правильність форми синусоїди вхідного (мережевого) напруги. Можна сказати, що на вході просто повинно бути присутнім хоч якась напруга, щоб було що регулювати.
Наявність в джерелах ланцюга «Bypass» (обхідного режиму) дозволяє підключати навантаження безпосередньо до мережі електропостачання. Ручний режим включення «Bypass» може використовуватися при гарячої заміни акумуляторних батарей та при проведенні регламентних робіт. Автоматичний режим «Bypass» необхідний для розвантаження основної живильної ланцюга при різкому збільшенні струму вище номінального, наприклад, при запуску електродвигунів.
До недоліків ДБЖ типу On-Line можна віднести низький ККД (85-90%) і високу вартість у порівнянні з іншими розглянутими архітектурою. Однак ці недоліки зрівнюються виконуваними завданнями.
Двоконтурні ДБЖ слід використовувати в мережах з нестабільною синусоїдою, частими перепадами і «стрибками» напруги, з частотою, що змінюється. Це найнадійніші ДБЖ здатні забезпечити стабільну роботу відповідального обладнання, вихід з ладу якого, може спричинити за собою великі фінансові втрати і загрозу життю людей (наприклад, котельного та медичного обладнання, інформаційних обчислювальних комплексів).