Блок безперебійного живлення: призначення та специфіка роботи побутового ДБЖ. Джерело безперебійного живлення (ДБЖ). Види та робота. Як вибрати Безперервне електроживлення

Підвищення вимог до якості електроенергії сьогодні є цілком закономірним процесом. Вимоги до згаданих стандартів обумовлені двома складовими. До першої можна віднести бажання споживачів максимально убезпечити себе від наслідків аварійних ситуацій в енергосистемі. Друга складова пов'язані з умовами роботи навантаження. Сюди слід віднести вимоги стабільної та безперервної роботи інтелектуального та силового електрообладнання, зниження втрат у мережі живлення та інше. Один із ефективних варіантів технічних рішень проблеми якості електроенергії – джерела безперебійного живлення (ДБЖ, англ. UPS).

Основне завдання ДБЖ – забезпечити споживача електроенергією в момент виходу параметрів якості з норм, що регламентуються (просідання, підвищення напруги, значне спотворення форми…). Виконуючи це завдання ДБЖ може:

відключатися від мережі живлення та передавати потужність навантаженню, використовуючи власне джерело;
живити навантаження скоригованою напругою мережі живлення.

У дорожчих ДБЖ може бути реалізована функція поліпшення якості споживаної електроенергії (інтегрований коректор коефіцієнта потужності).

Типи «безперебійників»

Існують три базові типи ДБЖ.

Резервний ДБЖ(standby, offline, back-ups). Найбільш просте та дешеве технічне рішення (наприклад, популярний APC Back-UPS CS 500). У разі значно підвищеної або зниженої напруги ДБЖ відключається від мережі 220В і переходить на режим роботи від акумулятора. Основні елементи offline ДБЖ: акумулятори (батарея), зарядний пристрій, інвертор, трансформатор, що підвищує, система управління, фільтр (рис. 1).

а)

б)
Рис. 1 Нормальний режим роботи (а) і режим роботи від акумуляторів (б) Перевагою offline ДБЖ є низька вартість та високий ККД під час роботи від мережі. Недоліки: високий рівень спотворень вихідної напруги (високий коефіцієнт гармонік, ≈30% у разі прямокутного сигналу), відсутність можливості регулювання параметрів вхідної напруги. Докладніше характеристики вихідної напруги будуть розглянуті нижче.).
Інтерактивний ДБЖ(Англ. line - interactive). Є проміжним типом між дешевим та простим offline ДБЖ та дорогим багатофункціональним online ДБЖ (наприклад, ippon back office 600). На відміну від offline ДБЖ інтерактивне джерело має автотрансформатор, що дозволяє підтримувати рівень вихідної напруги в межах 220В (+-10%) при просідання/підвищення мережевої напруги (рис. 2). Як правило, кількість рівнів напруги автотрансформатора коливається в межах двох – трьох.

(а)

(б)

(В)

(г)
Рис. 2 Робота інтерактивного ДБЖ при нормальній напругі мережі (а), при просіданні напруги мережі (б), при підвищеній напругі мережі (в), при зникненні напруги мережі або значному підвищенні (г)Регулювання вихідної напруги реалізована шляхом перемикання на відповідне відпаювання обмотки трансформатора. При глибокому просіданні або значному підвищенні, або повному зникненні напруги мережі даний клас ДБЖ функціонує аналогічно offline класу: відключається від мережі і генерує вихідну напругу, використовуючи енергію акумуляторів. Стосовно форми вихідного сигналу, вона може бути як синусною, так і прямокутною (або трапецеїдальної).
Переваги line – interactive у порівнянні з резервним ДБЖ: менший час перемикання на автономну роботу від акумуляторів, стабілізація рівня напруги на виході. Недоліки: нижчий ККД під час роботи від мережі, більш висока ціна (порівняно з offline типом), погана фільтрація сплесків (імпульсна перенапруга).
ДБЖ з подвійним перетворенням(Англ. double-conversion UPS, online). Найбільш функціональний і дорогий тип ДБЖ. Безперебійник завжди включений у мережу. Вхідний синусний струм проходить через випрямляч, фільтрується, потім знову інвертується у змінний. У ланці постійного струму можна встановити окремий DC/DC конвертер. Оскільки інвертор завжди працює, затримка на перемикання в режим живлення від батарей практично дорівнює нулю. Стабілізація напруги на виході при просіданнях або провалах напруги більш якісна, на відміну від стабілізації line - interactive ДБЖ. ККД може бути в межах 85%÷95%. Напруга на виході часто має синусну форму (коефіцієнт гармонік<5%).

Рис. 3 Функціональна схема одного з варіантів online ДБЖНа рис. 3 представлена структурна схема варіанту online ДБЖ. Мережеве напруження тут випрямляється напівкерованим випрямлячем. Імпульсна напруга фільтрується і потім інвертується. У схемах online ДБЖ може бути один або кілька так званих байпасів (обхідних комутаторів). Функція такого комутатора подібна до функції реле: перемикання навантаження для живлення від батареї або безпосередньо від мережі.
На основі структури online створюють не тільки малопотужні однофазні, але й трифазні промислові ДБЖ. Безперервність електроживлення великих файлових серверів, медичної техніки, телекомунікацій здійснюється виключно на основі online структури ДБЖ.
Особливі типи ДБЖ. Використовуються інші специфічні типи ДБЖ. Наприклад, ферорезонансне джерело безперебійного живлення. У цьому ДБЖ спеціальний трансформатор накопичує заряд енергії, якого вистачить на час перемикання живлення від мережі на акумулятори. Також як джерело енергії деякі ДБЖ використовують механічну енергію супермаховика.

Основні характеристики ДБЖ.

Потужність. Одиниці виміру потужності: вольт-ампер (ВА), ват (Вт), вольт-ампер реактивний (ВАр). Нагадаємо, що існує повна S, активна Р та реактивна Q потужності. Рівняння, що зв'язує потужності
S2=P2+Q2
Активна потужність(Вт) витрачається на корисну роботу, реактивна (ВАр) – не виконує корисної роботи. Відповідно, повна потужність за визначенням – максимальна потужність, яку повинен мати джерело для забезпечення навантаження необхідною енергією. Ставлення активної потужності до повної показує якість використання електроенергії та називається коефіцієнтом потужності (англ. Power Factor, PF):
(Лампи розжарювання, обігрівачі) має PF=1, повна потужність дорівнює активній. ПК, мікрохвильові печі, кондиціонери мають Приклад розрахунку.
Розрахувати джерело безперебійного живлення для комп'ютера (два ПК + два монітори). Потужність ПК легко оцінити, знаючи, на яку потужність розрахований блок живлення. Нехай у ПК встановлені блоки живлення 450 Вт (активна потужність). При невідомому PF для ПК з блоком живлення без PFC (Power Factor Corrector, коректор коефіцієнта потужності) PF можна приймати рівним 0,65. Аналогічно PF монітора приймаємо рівним 0,65. Активна потужність 50 Вт. В результаті, загальна активна потужність споживача (два робочі місця)
Р=450+50+450+50=1000 Вт
Повна потужність (з формули 2):
S = Р / PF = 1000/0.65 = 1538 (ВА).
Якщо блоках живлення (БП) ПК і монітора встановлено коректор коефіцієнта потужності (PF=1), то повна потужність S дорівнює активної.
S=P=1000 (ВА)
Для навантаження у вигляді ПК можна розраховувати ДБЖ без запасу потужності, виходячи з наступних фактів:

Комп'ютерні блоки живлення мають захист від навантаження. Іншими словами, ПК не зможе споживати потужність більшу, ніж заявлена потужність БП.
Потужність блоку живлення – максимальна потужність. За фактом у ненавантаженому режимі (відразу після запуску) ПК споживають близько 50% своєї потужності.

Результат.
Отже, необхідні мінімальні параметри ДБЖ:

для ПК з блоками живлення без PFC - 1кВт/1540 ВА.
для ПК з блоками живлення з PFC - 1кВт/1кВА.

Для першого варіанта підійде джерело безперебійного живлення apc Smart-UPS C 2000VA (лінійно – інтерактивний ДБЖ 2кВА/1.3 кВт). Для другого - ДБЖ Ippon Smart Winner 1500 (1.35 кВт) або Eaton 5SC 1500 ВА (1.05 кВт).
При розрахунку важливо зважити на короткочасне підвищення потужності для такого навантаження, як електродвигуни. У моменти пуску струм Iпуск у п'ять, сім разів вище за номінальний Iн:
Iпуск=(5÷7)*Ін

Особливості застосування.

Джерела безперебійного живлення для опалювального котла, а також джерела безперебійного живлення для газових котлів мають особливість, пов'язану з режимами роботи нульового провідника. Найчастіше автоматика котла потребує підключення до нейтралі мережі. Справа в тому, що ланцюг контролю полум'я пальника підключений до заземлення і в чотирипровідній мережі 220В нульовий провідник і заземлення котла в кінцевому рахунку замикаються через фізичну землю. Однак, при обриві нейтралі або при механічному відключенні нуля споживача від нуля мережі живлення (автономна робота offline ДБЖ) ланцюг контролю полум'я виявляється розірваним. Для вирішення цієї проблеми можливі наступні рішення:

Висновки

Початковий пункт вибору джерела безперебійного живлення – визначення характеру навантаження (ДБЖ для комп'ютера, для опалювальних котлів…). Для відповідальних споживачів та пристроїв, що містять електродвигуни змінного струму, слід вибирати дорогі та функціональні online ДБЖ. Для ПК та офісної апаратури підійдуть дешевші line-interactive або back ІПБ. Наступний пункт вибору – обчислення потужності та часу роботи від батарей ДБЖ. Також слід передбачити можливість використання наскрізного нуля. При формуванні кінцевого рішення слід враховувати популярність брендів на ринку: лідеру APC належить близько 50% всіх продажів, далі зі значним відривом слідують Ippon, Eaton Powerware, Powercom.

Електричні мережі російських міст складно віднести до сучасних. Устаткування застаріле, ремонт не проводиться, перепади напруги стали нормою. Всі дефекти та неполадки вкрай негативно впливають на роботу споживачів. Неякісне електроживлення особливо сильно б'є по комп'ютерних та мікропроцесорних пристроях, викликаючи не лише окремі збої, а й повну втрату працездатності. На жаль, електрообладнання від таких перепадів часто не захищене і проблему допоможе вирішити джерело безперебійного живлення. По конфігурації фаз виходів і входів ДБЖ поділяються на два види: однофазний вхід – вихід та трифазний вхід – вихід.

Навіщо потрібен ДБЖ

Насамперед ці пристрої запобігають пошкодженню обладнання та не допускають збоїв у роботі електронних систем. Вони дозволяють коректно завершити роботу у разі несподіваного відключення електрики.

За допомогою ДБЖ успішно долаються перебої та електричні перешкоди, що періодично виникають у домашніх та робочих мережах. Серед них найчастіше зустрічаються такі:

Провали напруги. У цьому вся стані напруга раптово знижується на значну величину. Для відновлення потрібні різні часові проміжки, у деяких випадках - десятки секунд. Причина провалів найчастіше пов'язана з обмеженою потужністю підстанції, особливо взимку, а також із запуском та подальшою роботою потужного обладнання. Фізично низька напруга проявляється у вигляді мерехтливих лампочок.
Імпульс напруги. У цьому випадку напруга різко змінюється, з амплітудою до 2000 вольт, а потім виходить на звичайний рівень за дуже короткий час. Для цього потрібно не більше 10 мілісекунд. Основною причиною вважається робота промислового обладнання, кондиціонерів, ліфтів, дія грозових розрядів тощо.
Відсутність напруги протягом короткого часу. Цей проміжок становить не більше 20 мілісекунд і практично непомітний. Тим не менш, на електронне обладнання виявляється негативний вплив
Відсутність напруги протягом тривалого часу. Цей період може становити від 20 мілісекунд до кількох годин. Причиною є перевантаження, несприятливі погодні умови та фізичні ушкодження на підстанціях, через які лінії електропередач відключаються.
Змінити частоту протягом короткого періоду часу, коли до мережі підключається потужне обладнання. Негативний вплив мають і радіочастотні шуми при підключенні радіопередавачів, навантажень, генераторів та промислового обладнання.

Компанії, що випускають електроніку, провели дослідження, в результаті яких з'ясувалося, що кожен персональний комп'ютер протягом місяця не менше 120 разів піддається різним негативним впливам, так чи інакше пов'язаним із проблемами напруги в електричних мережах.

Основні функції ДБЖ

Відповідно до відомих проблем, що регулярно виникають в електричних мережах, джерела безперебійного живлення виконують ряд важливих функцій, спрямованих на їх ліквідацію та запобігання негативним наслідкам.

Призначення джерела безперебійного живлення полягає в наступних діях:

Фільтрують напругу живлення, знижують рівень шумів.
Поглинають короткочасні викиди напруги, зокрема й незначні.
Захищають від коротких замикань та перевантажень.
За відсутності напруги мережі забезпечують навантаження резервним електроживленням протягом встановленого періоду часу.

Найбільш просунуті моделі безперебійників можуть робити додаткові корисні дії завдяки спеціалізованому програмному забезпеченню, призначеному для управління цими пристроями:

Навантаження вмикається та вимикається за командами внутрішнього таймера точно в заданий час.
У разі тривалої відсутності напруги виконується автоматичне обслуговування обладнання та його перезапуск після відновлення нормального режиму живлення.
Відстежуються аварійні ситуації, видаються різні попереджувальні сигнали.
На дисплеї пристрою відображається напруга і частота змінного струму в даній мережі, а також вихідна напруга живлення і потужність, що споживається навантаженням.
Проведення моніторингу та фіксація даних щодо стану ДБЖ. Сюди входить температура батареї, рівень заряду та інші робочі характеристики.

Загальна схема роботи пристроїв безперебійного живлення

Більшість ДБЖ укомплектована такими компонентами відповідно до їх робочих схем:

Інвертор, за допомогою якого формується синусоїда.
Акумуляторні батареї, що накопичують електроенергію.
Електронна схема управління всіма процесами.
Програмне забезпечення.
Пристрій для заряджання акумулятора.

У разі потреби до пристрою може бути організований віддалений доступ за допомогою локальної мережі. Надійність та працездатність схеми підвищується шляхом її резервування.

Джерела безперебійного живлення можуть перебувати у таких робочих режимах:

Період заряджання. Ланцюг синусоїди на вході та виході переривається за рахунок внутрішнього перемикача пристрою. Акумуляторна батарея, підключена до випрямляча, заряджається до відновлення оптимальної ємності.
Час готовності. Після закінчення заряджання акумулятора автоматичне замикання внутрішнього перемикача пристрою. Батарея переходить у буферний режим та підтримує стан готовності до подальшої роботи.
Період розряджання. Здійснюється автоматичне переведення батареї на живлення навантаження, що призводить до її поступового розрядження.

Технічні характеристики

Усі пристрої безперебійного живлення мають певний набір технічних характеристик. Вони відрізняються індивідуальними параметрами, залежно від конструкції та модифікації того чи іншого приладу.

У кожного з них існують власні діапазони вхідної напруги, коли ДБЖ функціонують від мережі та не задіяні вбудовані батареї. Слід пам'ятати, великі діапазони знижують час роботи від батарей, тим самим збільшуючи їх термін служби. Крім того, вони продовжують подавати живлення до навантаження від мережі, тоді як при меншому діапазоні ДБЖ переходять на батарею, швидко розряджають її та знеструмлюють навантаження.

У всіх UPS вихідна напруга змінюється у разі зміни вхідної напруги. Тобто воно має підтримуватися на такому рівні, щоб підключене обладнання могло нормально працювати. Знижена напруга на виході нерідко призводить до збоїв у роботі та втрати даних. Перевищення дає такі ж результати, і доповнюється виходом з ладу використовуваного навантаження.

Велике значення має якість перемикань та перехідних процесів на АКБ та назад, які не повинні привертати увагу, виконуватися коректно, за малий проміжок часу. Частота UPS правильно синхронізується до зовнішньої частоти основної мережі. У разі виникнення навантаження подається спеціальний сигнал за допомогою світлової та звукової індикації. Сам пристрій під час роботи від АКБ вимикається, а користувач повинен вчасно зменшити навантаження.

Багато приладу можуть бути включені в режимі так званого холодного старту, коли відсутня напруга в основній мережі живлення. Ця функція корисна за тривалої відсутності напруги, коли необхідно терміново виконати будь-яку дію з електронною апаратурою.

Однофазний вхід - вихід (1ф/1ф або 1:1)

Однофазні джерела безперебійного живлення було розроблено для однофазної мережі. Вони надійно захищають електрообладнання, яке потребує підвищених вимог до якості електроживлення, від будь-яких неполадок у мережі (наприклад - відсутність чи спотворення напруги, придушення високочастотних перешкод).

Таке обладнання підтримує якість вихідної напруги, якщо є проблеми вхідної напруги за допомогою використання енергії акумуляторних батарей (відхилення номіналу, пропадання, спотворення форми). Однофазні ДБЖ застосовують у багатьох галузях інформаційної техніки, зв'язку.

Трифазний вхід - вихід (3ф/3ф або 3:3)

Трифазні типи джерел безперебійного живлення зазвичай використовуються постійної цілодобової роботи. Пристрій підходить для живлення трифазного обладнання, яке розраховане на 3х380 В та для однофазних споживачів енергії, що діють при 220 В. Трифазні UPS підтримують необхідну якість вихідної напруги. Вони використовуються в банках, обчислювальних центрах, медичних центрах, транспорті та ін.

Види джерел безперебійного живлення

За своїм типом джерело безперебійного живлення поділяється на три категорії.

Інтерактивні ДБЖ (line-interactive)

Це найідеальніший варіант для дому, а саме там, де нестабільна напруга і часто пропадає. У порівнянні з іншими видами є два важливі аспекти. Перше, спрацьовування у них набагато швидше, за 2-5 мілісекунд. Друге, перш ніж перейти, намагаються вирівняти напругу, що досить ефективно працює при невеликих стрибках. В результаті, покращується ресурс батареї, вдається заощадити багато грошей. Це ідеальний варіант домашнього використання.

Дані пристрої відрізняються більш складною схемою, що включає стабілізатор напруги з автотрансформатором, що володіє функцією ступінчастого регулювання. Ці прилади лише коригують величину напруги на виході, але не можуть керувати частотою сигналів. Повна стабілізація неможлива через малу кількість щаблів регулювань.

Більш дорогі різновиди моделей укомплектовані інверторами із напівпровідниковими ключами. При переході на живлення від батареї, вони мають більш високу швидкодію в порівнянні з іншими пристроями.

Офлайн джерело безперебійного живлення ДБЖ (off-line)

Найдешевший вид. Принцип роботи у тому, що у разі зникнення чи стрибка напруги перевести устаткування живлення від батареї. Цей тип має значні недоліки. Перший, це час спрацьовування, він становить близько 10 мілісекунд. Другий, якщо у вас вдома постійно скаче напруга такої UPS часто переключатиметься на живлення від батареї, це істотно знизить її ресурс і доведеться міняти її через кілька місяців.

Онлайн ДБЖ (on-line)

Найдорожче та найефективніше джерело безперебійного живлення. У реальному часі він регулює напругу, переходячи на акумулятор лише у найскладніших ситуаціях. Часто застосовують для серверів, які потребують високоякісного живлення. Акумулятор знаходиться постійно включеним у схему і не потребує будь-яких додаткових комутацій.

Як вибрати відповідний ДБЖ

Перед вибором пристрою необхідно визначитися, які проблеми з електроживленням будуть найбільш актуальними.

Для мешканців нових районів, розташованих у великих містах, буде цілком достатньо найпростіших офлайн-пристроїв. У цих місцях зазвичай прокладено нові мережі, що видають стабільну напругу. Тому на додаток до ДБЖ рекомендується про всяк випадок придбати мережевий фільтр. Його не можна підключати до виходу безперебійника, щоб уникнути спотворення струмових показників. При виборі джерел безперебійного живлення для офісів та великих локальних мереж можна вибрати будь-який з варіантів, розглянутих вище, відповідно до умов експлуатації.

Вибираючи джерело безперебійного живлення (ДБЖ), слід звертати увагу на такі параметри та технічні характеристики:

Величина вихідної потужності
Час, необхідний для перемикання на живлення від АКБ і назад.
Час роботи в автономному режимі, залежно від ємності акумуляторів та потужності обладнання, підключеного до UPS.
Ширина діапазону вхідної напруги мережі, коли можлива стабілізація живлення без перемикання на батареї.
Термін експлуатації акумуляторів становить у середньому від 5 до 10 років.

Електропостачання має характеризуватись не лише показниками величини напруги, але ще й високою надійністю її подачі. Саме це є основною властивістю її якості. Перебої з електроживленням як у побуті, так і на виробництві призводять до втрат. Якщо в побуті це може бути незбережена інформація на комп'ютері, то в промисловості це часто призводить до матеріальних втрат і зниження якості продукції або до шлюбу. Відомо, що це електричні системи діляться за категоріями щодо надійності їх електропостачання, і третя категорія споживачів неспроможна похвалитися безперебійним постачанням. Для того щоб захистити мережу від перебоїв з електрикою, були розроблені спеціальні пристрої безперебійного живлення.

Що таке джерело безперебійного живлення та їх види

Джерело безперебійного живлення – це пристрій, призначений для забезпечення напругою споживачів у разі короткочасного відключення основної мережі електропостачання. Додатковим завданням також є захист від перешкод у ланцюгах змінного струму, і утримання характеристик напруги живлення в потрібних межах. Для звичайних квартир і будинків короткочасна відсутність напруги в мережі черева лише втратою даних, які були незбереженні. Допусти при написанні дипломної роботи цілий день, вся праця може бути знищена зникненням або зниженням напруги в мережі лише на хвилину. У випадку, коли опалення буде відключено від електроживлення, це може призвести до перемерзання та виходу з ладу всієї системи. Це стосується водяного опалення та, зокрема, роботи насосів, що забезпечують циркуляцію води. Безперебійне джерело живлення захищає споживачів електроенергії від відключення за рахунок встановлення акумуляторних батарей, які й гарантують хоча б на недовгий період підтримання напруги мережі в потрібних межах. При цьому вони обладнані також сигналізуючим світловим і звуковим механізмом, для того щоб споживач вчасно вжив заходів щодо запобігання аварійній ситуації. Для людини, яка працює на комп'ютері, це банальне збереження даних на жорсткий диск або флешку.

Проте джерело безперебійного живлення допоможе також усунути й інші проблеми з електропостачанням, це:

Зниження частоти напруги живлення. Частота напруги мережі у всіх країнах СНД має бути 50 Гц. Не багато хто знає, що при зміні цього параметра електроприлади працюватимуть не стабільно або взагалі вийдуть з ладу.
Зниження напруги живлення або ж повна його відсутність. Це найпоширеніший варіант погіршення електропостачання. А з часів радянського часу в кожному будинку постійно збільшується сумарна потужність всіх електроприладів, що, безсумнівно, впливає на навантаження всієї мережі електропостачання.

Системи безперебійного живлення поділяються на:

централізовані, встановлені для забезпечення надійності харчування цілого будинку чи поверху;
розподілені, які забезпечують роботу конкретного будинку чи електричного устрою.

За конструкцією та за принципом роботи ДБЖ діляться на:

Off-line UPS або резервні. Принцип дії такого пристрою спрямовано на миттєве перемикання на резервне автономне джерело живлення у разі аварійної ситуації. Вони зазвичай забезпечені вбудованою акумуляторною батареєю та інвертором, саме інвертор перетворює постійну напругу, що видається акумулятором, в змінне потрібне для роботи електроприладів.
Лінійно-інтерактивний тип. Мають у своєму розпорядженні також стабілізатор, який працює в процесі всієї експлуатації та включає вбудовані акумулятори тільки у разі повної відсутності напруги або її зниження до тих величин, коли стабілізація вже неможлива. Стабілізатор, у свою чергу, може бути зібраний на автотрансформаторі або на напівпровідникових приладах. Стабілізація на напівпровідникових приладах відрізняється безшумністю роботи та великими межами регулювання. Для перемикання обмоток автотрансформатора застосовуються реле, які при спрацьовуванні видають звук і тому чути людський слух.

Джерело безперебійного живлення 12 Вольт

Однак безперебійне харчування може бути необхідним і для забезпечення напругою лише певних систем:

Систем контролю та управління доступом. Тобто електроприводів дверей воріт і т. д., які можуть обмежувати або дозволяти доступ людей на територію, що охороняється;
Систем відеоспостереження;
Систем пожежогасіння;
Різні охоронні системи.

Всі ці види поєднує одна особливість вони призначені для живлення від постійної напруги 12 Вольт. Джерело безперебійного живлення такого характеру, може забезпечувати напругою потрібні системи та пристрої, навіть при тривалому знеструмленні всього об'єкта. Підзаряджання вбудованих акумуляторів здійснюється постійно при нормальному забезпеченні напругою. Залежно від конструкції джерело безперебійного живлення 12В може включати в роботу акумулятори з різним інтервалом зникнення напруги. Час такого перемикання має бути погоджено з роботою систем, що живляться, і воно чітко зазначено в паспорті ДБЖ. Найчастіше відеокамери, електромеханічні замикаючі механізми з легкістю переносять зникнення напруги живлення на 1 мс.

Включення в автономний режим живлення може бути спровоковане не лише відключенням або зниженням напруги мережі, але ще й його підвищенням. Ця особливість врятує електричні прилади від перегорання та виходу з ладу. Однією із затребуваних додаткових функцій систем ДБЖ є оповіщення персоналу сигналом тривоги та взаємодія з іншими системами охорони. Однією з виняткових особливостей всіх автономних джерел 12 Вольтової напруги є їх компактні розміри, які дають змогу встановлювати їх настінним монтажем. Корпус для цього обладнаний спеціальними елементами кріплення або отворами.

Під час обслуговування таких пристроїв слід стежити лише за придатністю акумуляторів та їх здатністю утримувати ємність. Деякі моделі обладнані механізмом тестування батареї, а інші вимагають заміни кожні три роки. Джерело безперебійного живлення 12В це особливий вид даного обладнання який повинен витримувати тривале зникнення електрики живлення.

Промислове джерело безперебійного живлення

У виробництві та в промисловості використовується для живлення не однофазна, а трифазна мережа, що має більшу потужність і кращий коефіцієнт корисної дії. Трифазні ланцюги використовуються для живлення більшості електродвигунів, встановлених у багатьох системах промисловості. Тому в деяких випадках для зменшення шлюбу при пропаданні або зміні напруги використовуються трифазні ДБЖ, природно, на напругу 380 Вольт. Потужність таких пристроїв значно вища за однофазні системи, тому і габарити відповідно теж і починається від 10 кВА.

Трифазні виробничі джерела безперебійного живлення можуть бути виконані з вхідним трифазним іди вихідним однофазним напругою. При цьому габарити такого пристрою та потужність значно менші, і тут на виході відсутній ефект перекосу фаз.

Джерела безперебійного живлення промислові варто обирати також відповідно до навколишньої температури приміщення, адже в гарячих цехах вона може досягати більше 50 градусів.

Вибір джерела безперебійного живлення

Як і перед покупкою будь-якого електроустаткування, так і при виборі ДБЖ варто підійти до цього питання ретельно. Осиновими критеріями вибору у своїй можна назвати такі параметри:

Потужність обладнання, що підключається;
Вхідна і вихідна напруга, а можливі коливання самої величини та якості електроенергії, що поставляється;
Тривалість роботи в автономному режимі;
Інтервал увімкнення автономного живлення при погіршенні якості напруги або його повного зникнення;
Функціональні та додаткові вбудовані девайси;
Розмір пристрою та його габарити;
Термін служби акумуляторних батарей;
Можливість увімкнути його без подачі вхідної напруги;
Фірма та країна виробник.

Основні якості хорошого ДБЖ

Джерело безперебійного живлення для дому має мати такі якості:

Низький рівень шуму як у автономному, і у звичайному стані;
Надійність;
Простота експлуатації;
Якнайбільше режим роботи в автономному режимі.
Компактність.

Поширені моделі ДБЖ

Ринок джерел безперебійного живлення добре розвинений і цей пристрій не можна назвати дефіцитним. Серед популярних моделей хотілося виділити кілька, які показали себе у побуті досить надійно і особливих нарікань щодо їх роботи немає:

Джерела живлення марки STARK. Не дуже потужні пристрої, що комфортно працюють до 3 кВА. Виконані на основі мікропроцесора, що тримає під контролем роботу апарату. Перемикання з робочого режиму автономне відбувається за 2-5 сек. Для однієї одиниці техніки його вистачає.

Luxeon. Потужність їх сягає десятка кВА, тому може забезпечити електроенергією під час зменшення величини чи якості напруги цілу квартиру чи заміський будинок.

SVEN розроблено ДБЖ серії RESERVE HOME. Цей пристрій має оптимальні характеристики для організації безперебійного постачання електрики квартири або будинку. Застосування він знайшов як для підтримки постійної готовності систем опалення, так і для організації охорони та відеоспостереження. Якісний акумулятор для джерела безперебійного живлення пристрою, завдяки якому він може забезпечити резервне харчування споживачів на тривалий період часу.

Відео про ІПБ

Зміст:

Стабільна робота комп'ютерів та іншої оргтехніки залежить від наявності живлення в мережі, до якої вони підключені. У разі перебоїв із подачею електроенергії техніка просто перестане функціонувати. У сучасних умовах ця проблема легко вирішується шляхом підключення безперебійного джерела живлення. Тому багатьох хвилює питання, коли виникає потреба в ДБЖ для комп'ютера: на що варто звернути увагу на купівлю даного обладнання. Які параметри та критерії слід враховувати?

Рекомендується спочатку визначитися, для яких цілей необхідний цей пристрій. Якщо проблема полягає лише в стабілізації напруги мережі, можна цілком обійтися більш простими і дешевими. Однак у разі регулярних перебоїв з подачею електроенергії обов'язково знадобиться ДБЖ, який потрібно правильно вибрати для конкретного комп'ютера.

Застосування ДБЖ у побуті

До основних неполадок мережі відноситься повна відсутність напруги, наявність високовольтних імпульсних перешкод, короткострокові та тривалі стрибки напруги, високочастотні перешкоди та інші фактори, за наявності яких потрібне використання ДБЖ. Дані пристрої забезпечують безперебійну роботу комп'ютерної техніки від декількох хвилин до однієї години.

Схема безперебійного живлення вибирається відповідно до умов експлуатації, час перемикання навантаження від мережі на акумулятор і назад, а також тривалість роботи самої акумуляторної батареї.

ДБЖ для домашнього комп'ютера

Перш ніж придбати той чи інший пристрій, слід з'ясувати, як працює ДБЖ. У його блоці встановлено датчик, який безперервно перевіряє характеристики струму в мережі та рівень напруги. Якщо параметри починають зростати або падати занадто швидко, він відключає комп'ютер від мережі і відразу перемикає його на використання запасного джерела живлення.

При перемиканні на запасне джерело ДБЖ подає світловий і звуковий сигнали. Крім цього, майже всім ДБЖ є програма, яка дозволяє автоматично відключати комп'ютер по вичерпанні заряду акумулятора. Коли в мережі знову з'явиться електрострум, датчик сигналізує про це і він перемикає комп'ютер на живлення від мережі та почне заряджати вбудований акумулятор.

Акумуляторні батареї, які використовуються у пристроях, розраховані на низьку напругу. Для отримання робочого значення за допомогою інвертора виконується його перетворення в синусоїдальне. Одночасно напруга акумулятора підвищується та вирівнюється з номінальною напругою мережі. Таким чином, батарея завжди готова до роботи та миттєво перемикається, коли це необхідно.

У процесі експлуатації слід враховувати, що ДБЖ при номінальному навантаженні можлива лише протягом короткого часу. За цей період можна встигнути зберегти дані та коректно вимкнути комп'ютер. Під час роботи не допускаються перевантаження, у цих випадках захист відразу відключає вихід пристрою. Дані проблеми легко вирішуються за рахунок збільшення ємності акумулятора та потужності інвертора.

Який ДБЖ вибрати для комп'ютера

Існують різні типи пристроїв безперебійного живлення комп'ютерної техніки. Вони відрізняються принципом дії та поділяються на три основні типи:

Резервні ДБЖ. Застосовується, коли в мережі виникає сильне падіння напруги, або воно повністю відсутнє. У цьому випадку відбувається перемикання на акумулятори резервного ДБЖ. Перемикання відбувається дуже швидко - протягом 10 мілісекунд і менше, що не порушує безперебійну роботу комп'ютера. При перемиканні під час стрибків напруги рекомендується використовувати стабілізатор. Це дозволить збільшити термін служби акумулятора. Вирішуючи питання, як вибрати джерело безперебійного живлення, слід пам'ятати, що цей пристрій набув широкого поширення завдяки порівняно невисокій вартості, високому ККД і низькому рівню шуму. Пристрій може працювати в автономному режимі 5-15 хвилин. При виборі та купівлі рекомендується створювати запас за потужністю не більше 20-30%.
Лінійно-інтерактивні ДБЖ. Конструкція цих пристроїв доповнена стабілізатором напруги, тому вони більш функціональні та дорогі. Перемикання на акумулятори відбувається лише при повній відсутності електрики, тому термін експлуатації батарей більш тривалий. В автономному режимі лінійно-інтерактивні ДБЖ працюють до 20 хвилин. Вони відрізняються підвищеною економічністю та вищим ступенем захисту. З недоліків слід зазначити шум, який створює вентилятор охолодження стабілізатора.
ДБЖ з подвійним перетворенням напруги. Належать до категорії найскладніших та найдорожчих пристроїв. У процесі роботи змінний струм перетворюється на постійний, а потім, знову на змінний. Вихідна напруга становить 220 В і характеризується ідеальною синусоїдою. Батареї постійно перебувають у включеному стані, тому часу на перемикання взагалі не потрібно. Вирішуючи питання, як вибрати ДБЖ для комп'ютера за потужністю, потрібно враховувати, що дані пристрої забезпечують безперебійну роботу дорогої апаратури, яка повинна зупинятися навіть на короткий час. Недоліками є низький ККД, висока вартість, високий рівень виділення тепла та шуму.

При покупці того чи іншого пристрою необхідно звертати увагу на його основні властивості. Потужність самого ДБЖ виражена у вольт-амперах (ВА), а потужність підключеного комп'ютера – у ватах (Вт). Перевести одну величину до іншої можна за допомогою коефіцієнта 0,7. Наприклад, якщо потужність пристрою становить 1000 ВА, то вийде 1000 х 0,7 = 700 Вт. З урахуванням запасу потужності до цього ДБЖ може підключатися навантаження в межах 500 Вт.

Крім того, роблячи вибір ДБЖ для комп'ютера, слід звертати увагу на тривалість автономної роботи при максимальному навантаженні, наявність або відсутність захисту від коротких замикань самого ДБЖ та підключеної апаратури. Рекомендується отримати інформацію у продавця щодо можливості заміни батареї, перевірити наявність дисплея та інших специфічних елементів.

Як підібрати ДБЖ для комп'ютера за потужністю

Досить часто виникає питання, яку потужність повинен мати ДБЖ? Чим більше енергоспоживання комп'ютера, тим більшою потужністю повинен мати його блок живлення і, відповідно також, ДБЖ. Більшість моделей виражають потужність над звичних ватах, а вольт-амперах.

Розрахувати потужність ДБЖ для комп'ютера досить легко шляхом, множення потужність монітора та блоку живлення у ватах на 1,6. Припустимо, що сума енергоспоживання вашого монітора та блоку живлення дорівнює 200 Вт. В цьому випадку вам знадобиться джерело безперебійного живлення потужністю 320 ВА (1,6х200). Для більшої надійності збільште це значення ще на одну третину. В результаті вийде величина близько 400 ВА. Потім просто, шукайте модель саме з такою потужністю.

У деяких користувачів виникає проблема розрахунку потужності ДБЖ для комп'ютера. Для цього потрібно визначити потужність навантаження, яка не повинна бути вищою за 70% від потужності ДБЖ на виході. Наприклад, споживання електроенергії процесором становить 65 Вт, відеокартою – 170 Вт, материнською платою – 40 Вт, приводом DVD – 20 Вт, диском HDD – 40 Вт, іншим обладнанням – 30 Вт. Кількість потенційних втрат умовно приймається за 20%. Таким чином, споживання комп'ютера без втрат буде до 365 Вт, а з втратами – 438 Вт. Отже, джерело безперебійного живлення, що купується, повинен володіти потужністю в межах 500-620 Вт.

Підключення джерела безперебійного живлення для комп'ютера

Іноді у господарів комп'ютерної техніки постає питання, як встановити ДБЖ? Потрібно підключити джерело безперебійного живлення до звичайної електричної розетки, а потім в розетки, розміщені на його корпусі, вставте мережеві вилки пристроїв, які ви збираєтеся захистити від перебоїв з електроживленням. Якщо джерело безперебійного живлення підтримує автоматичне вимкнення комп'ютера та інші функції керування, що здійснюються за допомогою ПК, його слід приєднати також до системного блоку, як правило, за допомогою USB-шнура.

Існує кілька варіантів підключення навіть з використанням , що компенсує перепади від 140 до 260 вольт. Цей спосіб використовується найчастіше, тому його слід розглянути докладніше. Крім стабілізатора, потрібен мережевий фільтр. Перед підключенням слід уточнити параметри всіх складових. Потужність стабілізатора та ДБЖ повинні бути приблизно рівні, а потужність ДБЖ повинна бути вищою за потужність блоку живлення комп'ютера.

Порядок підключення:

Стабілізатор напруги підключається до мережі, після чого до нього підключається мережевий фільтр.
Після цього сам ДБЖ з'єднується з мережевим фільтром. На корпусі пристрою є кнопка, яка натискається і утримується, доки не загориться індикатор увімкнення.
Далі до ДБЖ підключається комп'ютер, тобто системний блок та монітор. За наявності додаткових виходів можна підключити стовпчики, принтер та інше обладнання.

Деякі джерела безперебійного живлення обладнано програмним керуванням, яке потрібно правильно налаштувати після підключення. На панелі керування, в розділі «Електроживлення», після встановлення приладу висвітиться окреме вікно ДБЖ. У ньому налаштовуються всі необхідні параметри залежно від потужності комп'ютера та умов експлуатації.

У статті розглянуто види ДБЖ, принципи роботи ДБЖ, а також наведено реальні осцилограми напруги на виході.

Для початку – небагато загальної термінології. Джерела безперебійного живлення (скорочено – ДБЖ) у нас також називають UPS, від англійського скорочення Uninterruptable Power Supply (безперервне джерело живлення). Тому кажуть і УПС (UPS) та ДБЖ, кому як зручніше. Я в статті називатиму і так, і так.

Навіщо потрібен UPS (ДБЖ)

Принцип роботи ДБЖ розкривається у 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 пропадання електроживлення може спричинити негативні наслідки. Наприклад, живлення комп'ютерів та серверів, живлення пристроїв зв'язку та розподілу сигналів (роутери), живлення пристроїв, автоматичне перезавантаження (перезапуск) яких без участі людини неможливе.

Як мій читач доопрацював ДБЖ для стратегічно важливої системи (2 сервери, і т.д.). Крім того, удосконалив схему і додав можливість використання звичайного автомобільного акумулятора.

Для побутових речей це насамперед комп'ютери та системи опалення.

Слід розуміти, що ДБЖ вибираються на час роботи навантаження 10-15 хв, рідко до півгодини. Передбачається, що за цей час харчування з'явиться, або людина (оператор) здійснить необхідні дії (збереже дані, зателефонує до енергослужби підприємства, завершить технологічний процес).

ДБЖ не можна розглядати як резервне джерело 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, ніж хвилина). Якщо цей час більший, слід задуматися про підвищення якості електроживлення.

Резервним джерелом живлення можна вважати такі джерела, які можуть замінити основне харчування на тривалий час, від декількох годин до декількох діб. Це може бути інша лінія (див. статтю про ), вітряний генератор. Теоретично, для цих цілей може служити і ДБЖ, але для цього потрібні акумулятори величезної ємності, що вплине на ціну такої системи.

Види джерел безперебійного живлення

Види (типи) ДБЖ мають безліч назв, але їх однаково три. Розберемося.

Отже, три основні види ДБЖ:

Back UPS

Інші рівнозначні назви - Off-line UPS, Standby UPS, ДБЖ резервного типу. Найпоширеніші УПС, що використовуються для більшості видів побутової та комп'ютерної техніки.

Back просто перемикає навантаження на живлення від батарей при виході напруги за межі. Нижня межа у різних моделей – близько 180В, верхня – близько 250В. Переходи на батарею та назад – з гістерезисом. Тобто, наприклад, при зниженні перехід на батарею відбудеться при 180 і менше, а назад - при 185 і більше. Той самий принцип діє у всіх типів ДБЖ.

Чимось нагадує , яке відключаєнавантаження, а Back UPS не відключає, а перемикаєакумулятор, що дозволяє їй деякий час попрацювати.

Smart UPS

Інші назви – Line-Interactive, ДБЖ інтерактивного типу. Недалеко пішли за принципом події від Back.

Smart UPS діють розумніше, як випливає з назви. Вони ще додатково перемикають внутрішній автотрансформатор, певною мірою стабілізуючи вхідну напругу. І лише у 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 заощаджувати батарею, включаючи її в роботу лише за повного зникнення живлення.

Цей пристрій нагадує зі ступінчастим перемиканням обмоток автотрансформатора. З тією різницею, що при виході за робочі межі стабілізатор буде безсилим, а наша "розумниця" введе в роботу акумулятор і живлення не пропаде.

Online UPS

Інші назви - онлайн, джерело безперебійного живлення з подвійним перетворенням, інверторне. Зовсім інший принцип дії для любителів чистого синуса. Енергія з входу перетворюється на постійну напругу, і надходить на інвертор, що генерує чистий синус. І одночасно – підтримує акумулятор у 100% готовності. При необхідності інвертор продовжує працювати так само, тільки живлення надходить з акумулятора.

Використовується для аварійного живлення техніки, яка чутлива до форми вихідної напруги – наприклад, газові котли, сервери, професійна аудіо-відео апаратура та інше стратегічно важливе обладнання.

Мінусів онлайн ДБЖ два – ціна та ККД. ККД низький, т.к. такий ДБЖ включений у роботу постійно, що випливає з назви. На відміну від двох інших типів.

Існують різновиди онлайн УПС, у яких використовується так званий "наскрізний нуль", для правильної роботи газових електрокотлів. Це пов'язано з тим, що такі котли чутливі до реального нуля, для правильного розпалу.

Дослідження ДБЖ за допомогою осцилографа

А тепер – найцікавіше.

Напруга на виході Back UPS

Провів дослідження з використанням осцилографа Fluke 124. Осцилограми (форма імпульсів та коливань на виході ups) наводжу та коментую нижче.

Що видно по цій часовій діаграмі? Період 20мс, частота 50Гц, амплітуда 315В. Варто відзначити, що фаза синуса і імпульсів, що генеруються, збігається, що добре. При пропаданні мережевої напруги ДБЖ мішається 5-7 мс, а потім йдуть імпульси, які називаються "квазі-синус". Ось вони:

Back UPS. Напруга на виході під час живлення від батарей.

Осцилограф поміряв RMS напругу (середньоквадратичну), вона відповідає нормі. Однак, коли я виміряв це напруга мультиметром, я отримав значення 155 В. Чому на виході UPS низька напруга?

Справа в тому, що мультиметр вимірює лише першу гармоніку з частотою 50Гц. Для синусу все гладко. Але якщо вимірювати напругу таких імпульсів, треба міряти саме RMS, середньоквадратичне, інакше не будуть враховані наступні гармоніки - 100, 150, 200 Гц. А вони становлять значну частину енергії до 30%. Цю особливість знають виробники UPS, і щоб не морочитись (і не підвищувати ціну на свої вироби), видають на наші прилади такі імпульси з амплітудою близько 370В.

Детальніше про вимір середньоквадратичної несинусоїдальної напруги – на відео:

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 у момент переходу з батарейного на мережеве живлення:

Back UPS, – Напруга на виході ДБЖ під час переходу з батареї на мережу. Форма імпульсів на виході ups

Теж фаза не змінюється, все чудово. Підключав на вихід ДБЖ, перемикав туди-сюди режими живлення - пускач втягнутий надійно, жодних проблем.

Як випробуваний був ДБЖ APC Back-500-RS, параметри на фото нижче:

Параметри Back UPS – задня панель

Напруга на виході Smart UPS

Тепер наведу для повноти картини осцилограми напруги на виході Smart UPS. Випробування піддавався UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Smart UPS_Мережа-батарея

Час перемикання також для всієї сучасної апаратури неістотний - менше 7 мс.

Плавної зміни напруги на вході я не робив, оскільки не було такої мети. Вважаю, що в даному випадку Розумний ДБЖ поводиться так само, як і релейний стабілізатор напруги.

Дані дослідження проведені в рамках проекту з промислового холодильника.

Категорії

Популярне