Типы систем бесперебойного питания. Схемы и применение ИБП
Главная > Поддержка > Статьи и обзоры > Основные типы ИБП по принципу их построения, степени защиты оборудования и сферам применения.
Существует три основных типа современных источников бесперебойного питания (ИБП / UPS). Рассмотрим плюсы и минусы для каждого, а также принципиальные схемы их построения.
Существует три основных типа современных источников бесперебойного питания (ИБП / UPS). Рассмотрим плюсы и минусы для каждого, а также принципиальные схемы их построения.
1. Оффлайн ИБП
Оффлайн ИБП (off-line, Standby, back ups или резервные) – это тип источника бесперебойного питания, принцип действия которого заключается в переключении оборудования на резервный аккумулятор (является составной частью ИБП) при возникновении сбоев в питании.
| Плюсы: | минусы: |
| простота экономичность компактность | отсутствие стабилизации входного напряжения при работе от электросети более высокий износ аккумулятора (в сравнении с другими типами) |
Применение:
для защиты на короткий период домашних ПК, офисного компьютерного оборудования.
Схема ИБП с технологией оффлайн
2. Линейно-интерактивные ИБП
Линейно-интерактивные (line interactive) – это тип ИБП, который способен регулировать выходное напряжение при понижении или повышении напряжения на входе в широком диапазоне – без переключения работу от аккумуляторов. ИБП данного типа подразделяются на устройства с аппроксимированной синусоидой и полностью синусоидальным выходным напряжением.
| Плюсы: | минусы: |
|
компактность экономичность стабилизация входного напряжения невысокая стоимость |
отсутствие корректировки формы выходного напряжения в режиме работы от электросети ступенчатое изменение выходного напряжения наличие времени переключения на питание от аккумуляторов |
Применение:
для защиты групп компьютеров, сетевого и другого ответственного вычислительного и телекоммуникационного оборудования.
Схема линейно-интерактивного ИБП
3. С двойным преобразованием или онлайн ИБП
Двойного преобразования (онлайн, online) – это тип ИБП, в котором электроэнергия преобразуется дважды – входное напряжение низкого качество в постоянное напряжение внутренней шины, и из него формируется выходное напряжение с эталонными характеристиками. Время переключения на работу от аккумуляторов в онлайн ИБП равно нулю.
| Плюсы: | минусы: |
|
постоянная стабилизация напряжения и частоты отсутствие влияние подключенного оборудования на основную электросеть мгновенное переключение на аккумуляторы в случае сбоев |
сложность конструкции и более высокая стоимость в режиме двойного преобразования дополнительные затраты электроэнергии |
Применение: Файловые серверы, рабочие станции, центры обработки данных и прочее ответственное вычислительное и телекоммуникационное оборудование, которое предъявляет повышенные требования по качеству электропитания.
Схема ИБП с технологией онлайн
Наиболее распространенные проблемы сети и необходимость использования ИБП для серверного, промышленного и другого оборудования.
Технологии, используемые в ИБП POWERCOM
Термины и основные понятия, используемые вокруг ИБП
Типы источников бесперебойного питания (ИБП)
ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики и соответственно различное применение.
Термины
Входное напряжение, вход – напряжение в электрической сети, розетка. Напряжение в эклектической сети подвержено различным скачкам, перепадам и пропаданием напряжения.
Нагрузка, потребитель – устройство, которое питается от источника бесперебойного питания.
Фильтр – часть схемы, блок, который сглаживает скачки и перепады напряжения электрического тока.
Инвертор – блок ИБП, который преобразует постоянное напряжение в переменное или наоборот. Необходимость данного блока состоит в том, что аккумуляторные батареи заряжаются и выдают только постоянный ток, а нагрузка питается от переменного тока в 50 Гц.
АКБ, аккумулятор, батарея – как правило, свинцово-кислотная аккумуляторная батарея или блок из нескольких батарей.
ИБП класса Off-line (Standby, back ups)
При работе в нормальном режиме нагрузка питается входным напряжением, отфильтрованным от помех EMI/RFI Noise фильтром на входе. Батареи заряжаются от входного напряжения схемой зарядки.
Если входное напряжение пропадает, то ИБП переходит в режим работы от АКБ, включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Инвертор преобразует постоянное напряжение батарей в переменное и подает питание на нагрузку. Достаточно часто, ради удешевления конструкции в ИБП этого класса ставят инверторы прямоугольных сигналов, что дает на выходе напряжение далеко не синусоидальной формы.
|
|
Применение
Для защиты домашних ПК и офисного компьютерного оборудования от кратковременного отключения электричества.
ИБП класса Line-interactive (Линейно-интерактивные, Smart-UPS)
Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме Off-Line и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором).
Основное преимущество этого типа ИБП по сравнению с предыдущим заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети без перехода в режим питания от АКБ. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей.
В ИБП данного типа применяется инверторы двух типов: с аппроксимированной синусоидой (НЧ ШИМ) и полностью синусоидальным (ВЧ ШИМ) выходным напряжением. Первые могут применяться для защиты устройств с импульсными источниками питания, включая компьютерное оборудование. Вторые подходят для защиты устройств, чувствительных к форме входного напряжения – электромоторов, насосов, газовых котлов.
|
|
Применение
Для защиты компьютеров, сетевого, телекоммуникационного и другого оборудования.
ИБП класса On-Line (С двойным преобразованием, Smart-UPS Online)
Поступающее на вход On-Line ИБП переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Поскольку аккумуляторные батареи всегда подключены к инвертору, нет необходимости в переключении с внешней сети на АКБ, время переключения всегда равна нулю. Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети.
К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность и более высокая стоимость. За счет двойного преобразования, On-Line ИБП страдают невысоким КПД и требуют дополнительного охлаждения.
|
|
Применение
Серверы, рабочие станции, центры обработки данных, прочее вычислительное и телекоммуникационное оборудование, требующее качественное электропитание..jpg)
Типы ИБП (источник бесперебойного питания)
Изображение предоставлено: Alhim/Shutterstock.com
Источник бесперебойного питания, сокращенно ИБП, представляет собой устройство, предназначенное для обеспечения питания системы при выходе из строя основного источника питания или при падении уровня напряжения источника питания ниже допустимого уровня производительности. ИБП — это обычный элемент, включенный в конструкцию компьютеров, ферм серверов и центров обработки данных, в которых хранятся цифровые данные. В зависимости от требований приложения ИБП может обеспечивать питание системы достаточно долго, чтобы обеспечить упорядоченное отключение, что позволяет избежать проблем, связанных со сбоем системы из-за внезапной потери питания. Или, в других случаях, ИБП может быть сконфигурирован для подачи питания в течение гораздо более длительного периода времени, фактически обеспечивая непрерывное питание, которое не приводит к прерыванию работы оборудования, подключенного к ИБП.
В этой статье будет представлен обзор распространенных типов систем ИБП, которые используются, а также рассмотрены их конфигурации и работа.
Пример персонального компьютера
Возможно, самый простой пример ИБП, с которым мы знакомы, — это резервная батарея, используемая в персональных компьютерах. Ноутбуки и планшетные компьютеры питаются от бортовой аккумуляторной технологии, такой как литий-ионная, которая подает питание постоянного тока на электронику компьютера. Блок питания или зарядное устройство, поставляемое с компьютером, служит для подзарядки аккумулятора по мере необходимости, когда уровень заряда падает из-за использования. Если ноутбук или планшет подключен к источнику питания, а пользователь работает на компьютере, внезапная потеря сетевого питания предотвратит дальнейшую подзарядку аккумулятора от источника питания в период отключения, но с точки зрения пользователя. , они не испытывают никаких простоев или отключений. Встроенная батарея продолжает обеспечивать питание печатных плат внутри компьютера, таких как ЦП, поэтому потери данных не происходит.
В зависимости от уровня заряда батареи в момент отключения электроэнергии пользователь может продолжать работать без происшествий до тех пор, пока не будет восстановлено электроснабжение и источник питания снова не начнет подзаряжать батарею компьютера. Или, в случае низкого уровня заряда, пользователь, по всей вероятности, все еще может успешно сохранить свою работу, закрыть открытые файлы и приложения и выполнить стандартное выключение компьютера.
Этот пример устанавливает структуру функционирования других конфигураций систем ИБП, которые будут описаны в следующем разделе.
Типы систем бесперебойного питания
Системы ИБПобычно можно отнести к одному из следующих пяти типов:
- Резервный ИБП
- Линейно-интерактивный ИБП
- Резервный ферро ИБП
- Онлайн-ИБП с двойным преобразованием
- Преобразование Delta онлайн ИБП
Обратите внимание, что эти типы основаны на потребности в резервном питании от сети переменного тока для нагрузки.
Резервный ИБП
Резервный ИБП представляет собой конфигурацию, в которой резервная батарея заряжается от сетевого напряжения и подается через инвертор на безобрывный переключатель. Когда основное питание пропадает, безобрывный переключатель переводит резервный путь питания в режим онлайн (представлен на рисунке 1 ниже как нижний путь с пунктирной линией). Инвертор обычно не активен до тех пор, пока не произойдет сбой питания, поэтому для описания этого типа ИБП используется термин «режим ожидания». Необходимость активного переключения пути питания означает, что с момента потери основного питания до завершения переключения произойдет кратковременное отключение. Первичный тракт питания, показанный на рис. 1, включает в себя LC-фильтр и схему защиты от перенапряжения для шумоизоляции.
Изображение предоставлено: https://www.schneider-electric.com/
Представленный ранее пример с ноутбуком можно рассматривать как упрощенный тип резервного ИБП, в котором желаемым выходным сигналом является постоянный ток, а не переменный ток, и нет необходимости в переключателе нагрузки.
Линейно-интерактивный ИБП
Одной из наиболее часто используемых конструкций источников бесперебойного питания является линейно-интерактивный ИБП, представленный на рис. 2 ниже. Благодаря линейному интерактивному дизайну основная мощность подается через безобрывный переключатель на инвертор, а затем на нагрузку. Инвертор в этой конструкции всегда активен, и когда основное питание включено, он работает в обратном направлении для преобразования входящего переменного тока в постоянный, который используется для поддержания заряда резервной батареи. Если сетевое питание пропадает, размыкается переключатель, и инвертор работает в нормальном направлении, забирая мощность постоянного тока от батареи и преобразовывая ее в переменный ток для питания нагрузки.
Изображение предоставлено: https://www.schneider-electric.com/
Эта конструкция, поддерживающая инвертор в активном состоянии, обеспечивает улучшенную фильтрацию и уменьшает переходные процессы переключения, которые могут иметь место в резервной конфигурации ИБП.
В зависимости от конструкции инвертора эта конфигурация может обеспечить два независимых пути питания для нагрузки и исключает инвертор как единую точку отказа. Таким образом, даже если инвертор выйдет из строя, мощность переменного тока все равно будет подаваться на выход. Этот тип ИБП предлагает низкую стоимость, высокую надежность и высокую эффективность, а также может поддерживать приложения с низким или высоким напряжением.
Резервный ферро ИБП
Резервный ферро-ИБП использует трехобмоточный трансформатор для подключения нагрузки к источнику питания, как показано ниже на рис. 3. Первичная мощность проходит через переключатель, который нормально замкнут на катушки в трансформаторе, где он соединяется с вторичной обмоткой. катушки трансформатора, а затем подает питание на выходную нагрузку. Путь резервного питания подает линейное напряжение на зарядное устройство и поддерживает резервную батарею, которая затем подключается к инвертору, соединяющему третью катушку трансформатора.
Изображение предоставлено: https://www.schneider-electric.com/
При отказе основного источника питания размыкается безобрывный переключатель, и инвертор подает питание на нагрузку от резервной батареи. В этой проектной конфигурации инвертор находится в режиме ожидания и становится активным при отключении основного питания и размыкании безобрывного переключателя.
Трансформатор, обеспечивая изоляцию нагрузки от переходных процессов сетевого напряжения, может создавать собственные искажения выходного напряжения и переходные процессы, которые могут быть хуже, чем при плохом подключении переменного тока. Кроме того, неэффективность ферротрансформатора может привести к выделению значительного количества тепла, кроме того, они довольно большие и тяжелые, в результате чего резервные ферротрансформаторы также становятся громоздкими.
Этот тип ИБП в настоящее время реже используется для питания нагрузок современных компьютерных систем, поскольку они могут стать нестабильными.
Блоки питания, используемые для питания серверов и маршрутизаторов, имеют «корректированный коэффициент мощности», чтобы потреблять от коммунальных служб только синусоидальную мощность. Это достигается за счет использования конденсаторов с реактивным сопротивлением, позволяющим опережать приложенное переменное напряжение. Выход трансформатора резервного ферро ИБП содержит катушки, индуктивность которых приводит к отставанию напряжения по сравнению с мощностью переменного тока. Эта комбинация индуктивной и емкостной цепей приводит к резонансу или звону, которые могут создавать большие токи и потенциально могут повредить оборудование нагрузки.
Онлайн-ИБП с двойным преобразованием
Для приложений мощностью выше 10 кВА онлайн-ИБП с двойным преобразованием часто является предпочтительной конфигурацией. Как показано на рис. 4 ниже, онлайн-ИБП с двойным преобразованием похож на резервный ИБП, за исключением того, что выход инвертора представляет собой основной путь питания, тогда как в резервном ИБП это был вторичный или резервный путь.
Первичная сеть переменного тока питает выпрямитель (преобразователь переменного тока в постоянный), а затем возвращается обратно к инвертору, который регенерирует мощность переменного тока из мощности постоянного тока. Резервная батарея подключается к линии постоянного тока и заряжается от выпрямителя.
Изображение предоставлено: https://www.schneider-electric.com/
Доступен переключатель статического байпаса, но он не активируется в случае отказа основного питания переменного тока. Питание от аккумуляторной батареи будет плавно питать инвертор в случае сбоя сети переменного тока, в результате чего конструкция не приводит к времени переключения в случае потери питания. Поскольку в этой конструкции инвертор и выпрямитель постоянно активны, надежность электрических компонентов снижается по сравнению с другими конструкциями. Но с точки зрения электрической мощности этот тип ИБП обеспечивает идеальную выходную мощность.
Преобразование Delta онлайн ИБП
Онлайн-ИБП с дельта-преобразованием представляет собой относительно новую конструкцию, которая была введена для устранения некоторых недостатков, связанных с онлайн-ИБП с двойным преобразованием, которые обсуждались ранее.
Как и в конструкции с двойным преобразованием, в онлайн-ИБП с дельта-преобразованием инвертор подает выходную мощность на нагрузку и, следовательно, всегда работает. На рис. 5 ниже показана конструкция этого типа ИБП.
Изображение предоставлено: https://www.schneider-electric.com/
Трансформатор треугольника соединяет сеть переменного тока с преобразователем треугольника, который генерирует выходную мощность постоянного тока. Как и в конструкции с двойным преобразованием, выход постоянного тока служит для поддержания заряда резервной батареи, а также для питания инвертора, который затем вырабатывает выходной сигнал переменного тока, который передается на нагрузку. Основная мощность также имеет подачу, которая соответствует выходу инвертора.
Функция дельта-преобразователя минимизирует любые гармоники, которые могут быть отражены обратно в электросеть или в подключенную генераторную систему, что делает эту конструкцию ИБП совместимой с генераторными установками и устраняет необходимость в проводке или генераторах слишком большого размера.
С точки зрения характеристик выходной мощности онлайн-ИБП с дельта-преобразованием идентичен онлайн-ИБП с двойным преобразованием, но со значительным снижением потерь энергии или более высоким КПД.
Резюме
В этой статье представлен обзор основных типов систем источников бесперебойного питания (ИБП). Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая более 650 поставщиков источников бесперебойного питания (ИБП).
Источники:
- https://www.schneider-electric.com/
- https://www.eetimes.com/the-different-types-of-ups-systems/#
- https://www.vertiv.com/
- https://www.pcmag.com/encyclopedia/term/ups
- https://www.cyberpowersystems.com/blog/how-does-a-ups-work/
Связанные статьи
- Типы генераторов
- Лучшие портативные генераторы
- Какой размер генератора мне нужен для моего дома?
- Ведущие производители и поставщики генераторов в США
- ведущих производителей и поставщиков трансформаторов в США и во всем мире
- Ведущие производители и поставщики реле в США и во всем мире
- Лучшие поставщики и производители автоматических выключателей в США и во всем мире
- Огнестойкие электрические шкафы
- Основные электрические разъемы
- Типы помех в электроснабжении
- Электрические двухслойные конденсаторы (суперконденсаторы)
- Как работают сердечники трансформатора
- Жизнь вне сети — альтернативные источники энергии
- Типы систем бесперебойного питания (ИБП)
- Типы электрических выключателей
- Что такое гидроэлектроэнергия? Взгляд на гидроэнергетический процесс
- Для чего используется конденсатор? Переменные типы/функции конденсаторов
- Базовый электрический выключатель, определение, использование и применение
- Типы разъемов электропитания
- Общие типы трансформаторов
- Распространенные типы электрических разъемов
- Все о понижающих повышающих трансформаторах
Еще от Electrical & Power Generation
типов систем ИБП | Eaton
При покупке резервного аккумулятора ИБП для настольных компьютеров, сетевых или серверных стоек необходимо учитывать ряд факторов, включая цену и мощность.
Но прежде чем углубляться в детали, сначала определитесь с типом ИБП, который вам нужен. Системы ИБП подразделяются на три типа в зависимости от того, как мощность проходит через блок: резервные, линейно-интерактивные и оперативные с двойным преобразованием.
Резервный ИБП
Защищает от скачков напряжения и обеспечивает резервное питание от батареи в случае отключения электроэнергии. Питание переменного тока проходит через устройство в нормальных условиях и переключается в режим работы от батареи при обнаружении сбоя питания.
Линейно-интерактивный ИБП
В дополнение к резервному аккумулятору, линейно-интерактивный ИБП обеспечивает стабилизированное питание, устраняя колебания напряжения. Энергия переменного тока проходит через регулятор напряжения, который корректирует низкие и высокие напряжения по мере необходимости и переключается в режим резервного питания от батареи при обнаружении сбоя питания.
Online, ИБП с двойным преобразованием
Входящая мощность переменного тока преобразуется в постоянный ток (DC), а затем обратно в высококачественную мощность переменного тока, не подверженную колебаниям напряжения и другим искажениям, характерным для сетевого питания.
Онлайн-системы ИБП также включают высокоэффективный режим ECO, который автоматически приостанавливает или возобновляет двойное преобразование в зависимости от качества входной мощности.
УСВ – Типен
| Режим ожидания | Line-Interactive для настольных ПК | Line-Interactive для сетей | Двойное преобразование в режиме онлайн | |
|---|---|---|---|---|
| ТИПОВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ | Настольные компьютеры, домашние сети | Настольные компьютеры, сетевые рабочие станции и аудио/видео оборудование | Сетевые серверные стойки, офисные сети | Критически важное оборудование в центрах обработки данных и серверных |
| Резервный аккумулятор Аварийное резервное питание при отключении электроэнергии от сети | ||||
| Защита от перенапряжения Защита от скачков или скачков напряжения | ||||
| Защита от пониженного напряжения Поддерживает безопасный уровень напряжения без использования батареи | ||||
| Защита от перенапряжения Предотвращает повреждение подключенного оборудования перенапряжением без использования батареи | ||||
| Чистая синусоида Выходной сигнал Идеальная мощность для чувствительной электроники | ||||
| Полностью онлайн-операция Нулевое время переключения на батарею | ||||
| Функции высокой доступности Обеспечьте доступность питания и быстрое восстановление критически важного оборудования |
Код:
- Все модели этого семейства продуктов имеют эту функцию.
