Источники бесперебойного питания (ИБП)

Источники бесперебойного питания (ИБП)

В отечественной периодике время от времени появляются обзоры рынка источников бесперебойного питания (ИБП), авторы которых пытаются разобраться с обилием выпускаемых устройств и сравнить их характеристики. Однако проводимая в таких статьях классификация не позволяет адекватно оценить различные ИБП Распространенная точка зрения, что ИБП стоит сопоставлять по уровням мощности    (ИБП    малой,    средней и большой мощности) весьма условна, так как в одну группу могут попасть ИБП с различными принципами работы,  сравнение которых некорректно.

В качестве сравнительного параметра приводится также время автономной работы, которое характеризует не сам ИБП, а лишь емкость подключенных к нему батарей, в большинстве выпускаемых устройств питания легко наращиваемую за счет дополнительных батарейных блоков. Возможно, правильнее было бы сравнивать отношение времени автономной работы ко времени заряда батарей до 90%, однако последний параметр   весьма  редко   приводится в фирменных спецификациях ИБП. В данном обзоре ИБП разделены по уровням надежности, поскольку основное предназначение ИБП - защита нагрузки (например, телекоммуникационного оборудования)  от случайных возмущений (в том числе и перебоев) электропитания. Кратко рассмотрим существующие типы ИБП с этой точки зрения.

ИБП типа "off-line" ("back-up")

В таких ИБП электропитание нагрузки в нормальном режиме осуществляется от электросети, а в случае выхода напряжения за установленные пределы, происходит переключение нагрузки на работу от аккумуляторных батарей через инвертор. По сути дела, ИБП такого типа защищает нагрузку только от перебоев (или глубоких провалов) напряжения питания.

Диапазон входных напряжений при этом не может быть широким, поскольку он определяется чувствительностью нагрузки к изменениям напряжения, а значит, предельные значения напряжения задаются по параметрам самого чувствительного оборудования, к которому может быть подключен ИБП. В условиях нестабильных электросетей напряжение нередко выходит за границы заданного диапазона, а следовательно, ИБП часто переключается на батарею, что приводит к ее преждевременному износу (поскольку батареи имеют ограниченный ресурс по числу циклов заряд-разряд). Частота питания нагрузки для ИБП данного типа определяется частотой питающей электросети.

При работе от батарей во многих моделях ИБП генерируется не синусоидальная,  а прямоугольная или трапециевидная форма напряжения, что обусловлено стремлением производителей максимально удешевить конструкцию, поскольку генератор меандра стоит значительно меньше генератора синусоидального сигнала. Таким образом, ИБП типа "back-up" обладают низкой надежностью и неприменимые "плохих" электросетях в промышленных условиях, в том числе для питания оборудования узлов связи. Основная область их применения  -  защита некритичных нагрузок (например,  персональных компьютеров) в "хороших" электросетях от перебоев электроснабжения. Главным достоинством ИБП такого типа является их низкая стоимость.

ИБП типа "line-interactive" (линейно-интерактивные ИБП)

ИБП данного типа являются у совершенствованием описанного выше класса устройств: в конструкцию линейно-интерактивных  ИБП  введен трансформатор   с  переключаемыми обмотками. При изменении входного напряжения происходит переключение обмоток трансформатора, которое компенсирует напряжение на выходе. Линейно-интерактивные ИБП имеют более широкий диапазон входных напряжений по сравнению с устройствами типа "back-up", вследствие чего снижается количество переходов на работу ИБП от батареи и увеличи.вается время жизни последней.

Как правило, такие ИБП генерируют квазисинусоидальную  форму напряжения благодаря усовершенствованной схеме выходного инвертора, которая вместе с тем является более дорогой. Линейно-интерактивные  ИБП  обладают  большей надежностью,  чем ИБП типа "back-up", но все же неприменимы в промышленных условиях  и в электросетях,  имеющих нестабильную частоту и мощные помехи. Все остальные недостатки, свойственные ИБП типа "back-up", присущи и данному типу ИБП. Так,  специфика телекоммуникаций зачастую обуславливает необходимость длительной (до нескольких часов) автономной работы ИБП.

Линейно-интерактивные ИБП в нормальном режиме работают от электросети. Часто производители,  стремясь удешевить конструкцию, сокращают возможность работы инверторов этих ИБП в автономном режиме всего до нескольких десятков минут (этого времени достаточно, например, для закрытия операционных систем компьютеров). Такие инверторы не в состоянии поддерживать длительную работу ИБП от батарей, поскольку могут перегреться и выйти из строя.

ИБП типа "on-line" (двойного преобразования)

Данный тип ИБП существенно от­личается от двух предыдущих. Принцип работы этих ИБП таков: входное сетевое напряжение выпрямляется до постоянного напряжения, используе­мого для заряда батареи и питания входного инвертора, который, в свою очередь, преобразует постоянное на­пряжение в переменное со стабильной частотой 50 Гц и фиксированным на­пряжением 220 В синусоидальной формы. ИБП снабжен также цепью обхода (bypass), автоматически под­ключающей нагрузку к электросети в случае перегрузки, перегрева или неисправности основного канала (выпрямителя и инвертора) ИБП.
ИБП такого типа в зарубежной лите­ратуре обозначают как VFI (Voltage Frequency Independent, стандарт IEC 62040-3), отмечая независимость вы­ходного напряжения и частоты от входных величин этих параметров.
Таким образом, в ИБП двойного преобразования все помехи и искаже­ния сетевого напряжения ликвидиру­ются выпрямителем, а на выходе уст­ройства вырабатывается идеальное си­нусоидальное напряжение постоянной частоты и амплитуды.
При выходе частоты или напряже­ния за установленные пределы или в случае полного исчезновения входно­го напряжения в ИБП двойного преобразования не происходит никаких пе­реключений, поскольку выходной ин­вертор продолжает работать от посто­янного напряжения батареи, прило­женного в одной точке с выходом вы­прямителя.
Среди рассмотренных типов источни­ков питания ИБП двойного преобразо­вания обладают наибольшей надежно­стью и могут применяться для работы в "плохих" электросетях, с нестабиль­ными дизель-генераторами, в промыш­ленных условиях (например, для пита­ния узлов связи), поскольку обеспечи­вают высокий уровень защиты подклю­ченной к ним нагрузки. К недостаткам ИБП данного типа (по сравнению с пер­выми двумя) можно отнести более низ­кий КПД и большую стоимость.

Резервирование: схемы с параллельным подключением

Важно отметить, что существует оп­ределенный класс потребляющего электроэнергию оборудования, кото­рое не допускает никаких перебоев пи­тания, - это так называемые критич­ные нагрузки. Для обеспечения надеж­ности электропитания таких нагрузок применяются параллельные схемы ИБП с резервированием.
В этих случаях суммарная мощность параллельно подключенных ИБП прево­сходит мощность нагрузки таким обра­зом, что при выходе из строя одного или нескольких ИБП остальные ИБП спо­собны обеспечить питание без малейшего прерывания и изолировать неисправ­ность, чтобы она не могла повлиять на выполнение функций питаемого обору­дования. Параллельные резервируемые системы обеспечивают самую высокую надежность электропитания нагрузки.

Не все ИБП способны работать па­раллельно. Этот параметр весьма су­щественен для сравнения ИБП: воз­можность параллельной работы и тип логики параллельной системы (напри­мер, "ведущий - ведомый", распреде­ленная логика и т.д.).

Схему с параллельным подключени­ем ИБП следует применять при необходимости обеспечения работоспо­собности системы в случае отказа одно­го ИБП. Вариант параллельного под­ключения дороже на 20-50%, чем уста­новка единичного ИБП.

Параметры для сравнения ИБП

Среднее время между отказами (MTBF)
Одной из характеристик надеж­ности ИБП считается среднее время отказами - MTBF (Mean Time Between Failures). Оценивать этот параметр следует с большой ос­торожностью: эта величина вычис­ляется на основе показателей на­дежности компонентов устройства и не учитывает такие важные мо­менты, как качество сборки, надеж­ность конструкции и некоторые другие, в том числе человеческий фактор.

Как правило, эта оценка применя­ется для сравнения надежности од­ного и того же устройства после проведенной модернизации, сравне­ние же ИБП различных производи­телей по этому параметру несостоя­тельно.

Какие же параметры ИБП являются наиболее важными при сравнении ИБП различных производителей?

Коэффициент нелинейных искажений
Важным параметром ИБП, особенно для мощных устройств, является вход­ной коэффициент нелинейных искаже­ний (КИИ, в зарубежных источни­ках - THD, Total Harmonic Distortion). Этот параметр характери­зует степень "загрязнения" электросети на входе ИБП.

Для снижения коэффициента КИИ применяются специальные схе­мы выпрямителей и дополнительные фильтры.

Управление зарядом батареи

Следует обратить внимание на нали­чие "интеллектуального" управления зарядом-разрядом батареи, поскольку именно надежность батареи определя­ет работу ИБП при перебоях электро­снабжения. Обычно под "интеллекту­альным" управлением понимается кон­троль конечного напряжения разряда в зависимости от тока разряда и температурнозависимый, многостадийный заряд батареи.

Диапазон входных напряжений

Конечно, важным параметром ИБП является и диапазон входных напря­жений, при котором ИБП работает от электросети.

Пользовательские характеристики

Как правило, ИБП различных производителей имеют особенности, важные с точки зрения пользователя. К таким особенностям можно отне­сти возможность запуска ИБП от ба­тарей при отсутствии напряжения электросети и "мягкий старт" ИБП, когда при старте ИБП с подключен­ной нагрузкой отсутствует скачок то­ка во внешней цепи, способный вы­звать срабатывание внешних предо­хранителей.

Что учесть в первую очередь?

С нашей точки зрения, при выборе ИБП следует руководствоваться сле­дующими основными правилами:

  • сравнивать только однотипные ИБП;
  • сопоставлять ИБП равных мощно­стей;
  • учитывать свойства ИБП, непосредст­венно влияющие на их надежность.

Наши преимущества

Подбор оборудования с учетом потребностей и возможностей заказчика
Монтаж, подключение и пуско-наладка оборудования «под ключ»
Удаленный мониторинг работы дизель-генератора
Собственное контейнерное производство
Установка на прицеп
Квалифицированная техническая поддержка
Cервисное обслуживание и ремонт
Доставка оборудования на объект заказчика