Джерела безперебійного живлення - види, принципи роботи джерел безперебійного живлення
У статті розглянуті види ІБП, принципи роботи ДБЖ, а також наведені реальні осцилограми напруг на виході.
Для початку - трохи загальної термінології. Джерела безперебійного живлення (скорочено - ДБЖ) у нас так само називають UPS, від англійського скорочення Uninterruptable Power Supply (безперервний джерело живлення).
Тому говорять і УПС (UPS) та ДБЖ, кому як зручніше. Я в статті буду називати і так, і сяк.
Навіщо потрібен UPS (ДБЖ)
Принцип роботи ДБЖ розкривається в назві - це таке джерело, на виході якого напруга є завжди. Але ми тут зібралися технарі-реалісти, і розуміємо, що нічого вічного немає, тому нижче розберемося в принципі дії.
ДБЖ в основному використовуються там, де пропажа електроживлення може викликати негативні наслідки. Наприклад, харчування комп'ютерів і серверів, харчування пристроїв зв'язку та розподілу сигналів (роутери), харчування пристроїв, автоматичне перезавантаження (перезапуск) яких без участі людини неможлива.
Ось приклад, як мій Новомосковсктель допрацював ІБП для стратегічно важливою системи (2 сервера, і т.д.). Крім того, удосконалив схему, і додав можливість використання звичайного автомобільного акумулятора.
Для побутових речей це перш за все комп'ютери і системи опалення.
Слід розуміти, що джерело вибираються на час роботи навантаження 10-15 хв, рідко до півгодини. Передбачається, що за цей час харчування з'явиться, або людина (оператор) зробить необхідні дії (збереже дані, подзвонить в енергослужбу підприємства, завершить технологічний процес).
ДБЖ можна розглядати в якості резервного джерела живлення. Він є лише аварійним джерелом, і в кращому випадку використовується дуже рідко, в цілому не більше 10 хвилин на рік (кілька разів, на час не більше хвилини). Якщо цей час більше, то слід задуматися про підвищення якості електроживлення.
Резервним джерелом харчування можна вважати такі джерела, які цілком можуть замінити основне живлення на тривалий час, від декількох годин до декількох діб. Це може бути інша лінія (см.статью про автоматичне введення резерву), генератор. сонячна батарея. вітряний генератор. Теоретично, для цих цілей може служити і ДБЖ, але для цього потрібні акумулятори величезної ємності, що значно вплине на ціну такої системи.
Види джерел безперебійного живлення
Види (типи) ДБЖ мають безліч назв, але їх все одно рівно три. Розберемося.
Отже, три основних види ДБЖ:
Інші рівнозначні назви - Off-line UPS, Standby UPS, ИБП резервного типу. Найпоширеніші УПС, використовуються для більшості видів побутової та комп'ютерної техніки.
Back просто перемикає навантаження на живлення від батарей при виході вхідної напруги за межі. Нижня межа у різних моделей - близько 180В, верхній - близько 250В. Переходи на батарею і назад - з гістерезисом. Тобто, наприклад, при зниженні перехід на батарею відбудеться при 180 В і менше, а назад - при 185 і більше. Той же принцип діє у всіх типів ДБЖ.
Чимось нагадує роботу реле напруги. яке відключає навантаження, а Back UPS не відключати, а перемикає на акумулятор, що дозволяє їй деякий час попрацювати.
Інші назви - Line-Interactive, ІБП інтерактивного типу. Недалеко пішли за принципом дії від Back.
Smart UPS діють розумніше, як випливає з назви. Вони ще додатково перемикають внутрішній автотрансформатор, в деякому сенсі стабілізуючи вхідну напругу. І тільки в крайньому випадку переходять на батарею.
Таким чином, норма напруги на виході підтримується при більших відхиленнях на вході (150 ... 300В). Автотрансформатор має кілька ступенів перемикання, тому Розумний УПС до останнього перемикає висновки автотрансформатора, включаючи акумулятор лише в останній момент. Це дозволяє економити батарею, включаючи її в роботу лише при повному зникненні живлення.
Цей пристрій нагадує релейний стабілізатор напруги із ступінчастим перемиканням обмоток автотрансформатора. З тією лише різницею, що при виході за робочі межі стабілізатор буде безсилий, а наша «розумниця» введе в роботу акумулятор, і харчування не пропаде.
Online UPS
Інші назви - онлайн, джерело безперебійного живлення з подвійним перетворенням, інверторний. Зовсім інший принцип дії, для любителів чистого синуса. Енергія зі входу перетворюється в постійну напругу, і надходить на інвертор, що генерує чистий синус. І одночасно - підтримує акумулятор в 100% готовності. При необхідності інвертор продовжує працювати так само, тільки харчування на нього надходить з акумулятора.
Мінусів онлайн ІБП два - ціна і ККД. ККД низький, тому що такий ДБЖ включений в роботу постійно, що випливає з назви. На відміну від двох інших типів.
Існують різновиди онлайн УПС, в яких використовується так званий «наскрізний нуль», для правильної роботи газових електрокотлів. Це пов'язано з тим, що такі котли чутливі до наявності реального нуля, для правильного запалювання.
Дослідження ДБЖ за допомогою осцилографа
А тепер - найцікавіше.
Напруга на виході Back UPS
Back UPS. Осцилограма при переході з мережі на батарею.
Що видно з цієї тимчасової діаграмі? Період 20мс, частота 50Гц, амплітуда 315В. Варто зазначити, що фаза синуса і генеруючих імпульсів збігається, що добре. При пропажі напруги ДБЖ мешкали 5-7 мс, і потім йдуть імпульси, які називаються «квазі-синус». Ось вони:
Back UPS. Напруга на виході при харчуванні від батарей.
Осцилограф поміряв RMS напруга (середньоквадратичне), воно відповідає нормі. Однак, коли я виміряв це ж напруга мультиметром, я отримав значення 155 В. Чому на виході UPS низька напруга?
Справа в тому, що мультиметр міряє тільки першу гармоніку з частотою 50 Гц. Для синуса все гладко. Але якщо вимірювати напругу таких ось імпульсів, треба міряти саме RMS, среднеквадратическое, інакше не будуть враховані наступні гармоніки - 100, 150, 200 Гц. А вони складають значну частину енергії, до 30%. Цю особливість знають виробники UPS, і щоб не морочитися (і не підвищувати ціну на свої вироби), видають на наші прилади такі імпульси з амплітудою близько 370в.
Ось укрупнений графік, де видно, що напруга після перемикання спочатку підвищується на пів секунди до 400В, а потім стабілізується:
Back UPS. Вихід, тривалість 2 секунди
А ось як змінюється форма напруги на виході Back-UPS в момент переходу з батарейного на мережеве живлення:
Back UPS, - Напруга на виході ДБЖ при переході з батареї на мережу. Форма імпульсів на виході ups
Теж фаза не змінюється, все чудово. Підключав на вихід ДБЖ пускач 2-ї величини. перемикав туди-сюди режими харчування - пускач втягнутий надійно, ніяких проблем.
Як випробуваного був ДБЖ APC Back-500-RS, параметри на фото нижче:
Параметри Back UPS - задня панель
Напруга на виході Smart UPS
Тепер приведу для повноти картини осцилограми напруг на виході Smart UPS. Випробуванням піддавався UPS Ippon Smart Power Pro 1000.
Час перемикання також для всієї сучасної апаратури несуттєво - менше 7 мс.
Плавної зміни напруги на вході я не робив, оскільки не було такої мети. Вважаю, що в даному випадку Розумний ДБЖ поводиться точно так само, як і релейний стабілізатор напруги.
Дані дослідження проведені в рамках проекту по включенню ДБЖ в ланцюг управління промислового холодильника.
Якщо Ви бажаєте придбати джерело безперебійного живлення, звертайтеся. Низька ціна, консультація, доставка (поУкаіни), установка (Таганрог).
Відкрити і зберегти статтю в PDF