Что значит ИБП с двойным преобразованием?
ИБП с двойным преобразованием означает тип источника бесперебойного питания переменного тока, в котором применена самая продвинутая на сегодняшний день бестрансформаторная технология повышения качества электропитания, заключающаяся в двойном преобразовании энергии (double conversion). В данных устройствах входное переменное напряжение дважды последовательно трансформируется:
- сначала из него создается постоянное (DC), при этом происходит избавление сигнала от имеющихся сетевых искажений;
- затем постоянное напряжение трансформируется обратно в переменное (AC), но на выходе оно уже имеет эталонные характеристики (по значению и форме), которые полностью не зависят от состояния напряжения на входе.
ИБП с двойным преобразованием также имеет второе название – онлайн ИБП. Это означает, что установленный внутри устройства инвертор стабилизирует поступающий сигнал в непрерывном режиме – в режиме онлайн. Например, у линейно-интерактивных и резервных типов источников питания инвертор работает только в момент питания от аккумуляторов.
Благодаря технологии двойного преобразования ИБП топологии онлайн имеют высокие технические характеристики, которые позволяют им работать с самой требовательной к качеству электропитания нагрузкой, например, энергозависимыми газовыми котлами, серверным оборудованием, аудио- и видеоаппаратурой, а также измерительными приборами.
Структурная схема онлайн ИБП
Онлайн ИБП схема, как правило, состоит из следующих электронных компонентов:
| Электронные компоненты | Описание |
| Входной и выходной сетевой фильтр | Сглаживают выбросы и подавляют высокочастотные импульсные помехи |
| УЗИП | Устанавливается в некоторых моделях для защиты от импульсных перенапряжений |
| Выпрямитель | Преобразователь тока из AC в DC |
| Зарядное устройство (ЗУ) | Встроенное зарядное устройство, необходимое для подзарядки встроенных аккумуляторов или внешних аккумуляторных решений |
| Аккумуляторные батареи | В зависимости от модели ИБП могут иметь встроенные аккумуляторы и/или разъем для подключения внешних АБ. Также в некоторых бесперебойниках предусмотрен внутренний отсек для установки батареи различной емкости |
| Конвертер постоянного напряжения | Преобразователь тока из динамического DC в статический DC |
| Инвертор | Преобразователь тока из DC в AC |
| Электронный байпас | Резервный канал для электропитания нагрузки в обход основной схемы работы ИБП при перегрузке источника питания или выходе его из строя |
| Система охлаждения | Может быть конвекционной (безвентиляторной) или принудительной (вентиляторной) |
| Электронный блок управления | Обеспечивает необходимый алгоритм работы всех компонентов устройства |
| Средства вывода информации и управления | В зависимости от модели ИБП могут иметь электронный дисплей, светодиодные индикаторы и функциональные клавиши |
| Плата удаленного мониторинга | Обеспечивает организацию удаленного мониторинга работы ИБП через интернет или по локальной сети. Она может быть встроенной или устанавливаться как дополнительная опция |
Структурная схема онлайн ИБП не может быть универсальной. В зависимости от модели состав её электронных компонентов может меняться. Однако в любой схеме неизменными элементами всегда будут: входной фильтр В/Ч, выпрямитель, зарядное устройство, инвертор и байпас.
Например, схема online ИБП бренда «Штиль» выглядит следующим образом:
Принципиальная схема ИБП с двойным преобразованием напряжения
Важными особенностями схемы работы ИБП с двойным преобразованием является отсутствие автотрансформатора и каких-либо коммутационных элементов в силовой части, например, реле, которые подвергаются механическому износу. Поэтому такие устройства способны проработать гораздо более длительный срок по сравнению с другими типами бесперебойников.
ИБП двойного преобразования: принцип работы
За счет примененной технологии двойного преобразования ИБП топологии онлайн обладают следующими особенностями своей работы:
| Особенности работы | Описание |
| Постоянная стабилизация напряжения, исключающая трансляцию входных колебаний на выход устройства | У ИБП онлайн, в отличие от других типов, входное напряжение постоянно преобразуется, а не просто транслируется на нагрузку со входа. Это позволяет обеспечивать потребителей напряжением, характеристики которого абсолютно независимы от состояния питающей сети. |
| Широкий диапазон отклонений входного напряжения, нейтрализуемых без перехода на аккумуляторы | Технология двойного преобразования позволяет работать ИБП в расширенном диапазоне входного напряжения (в среднем он составляет 110-290 В,), которого нет у линейно-интерактивных изделий. Данная особенность позволяет лучше сохранять рабочий ресурс батарей, так как бесперебойник переключается на них только в момент полного пропадания сети или при выходе напряжения за рабочий диапазон. |
| Мгновенное переключение в автономный режим и обратно, без перерыва в питании нагрузки |
Онлайн ИБП способны моментально (за 0 с.) и безразрывно выполнять переключение питания нагрузки на аккумуляторы и обратно на сеть. При мгновенной коммутации режимов потребители работают стабильно и без перебоев. Данный принцип работы необходим для питания электротехники, для которой недопустимы даже кратковременные обрывы питания, например, компьютерного и телекоммуникационного оборудования, холодильников и скважинных насосов. |
| Питание нагрузки высококачественным напряжением |
Дважды преобразованное напряжение, которое подается на нагрузку, имеет неизменно высокие характеристики:
Обратите внимание!
В интернете можно встретить информацию о том, что онлайн ИБП способны корректировать частоту сети. У данных устройств есть такая возможность. Однако в целях безопасности инвертор бесперебойника только транслирует частоту сети на нагрузку. Это сделано для того, чтобы избежать короткого замыкания, которое может произойти, если устройство перейдет на байпас в момент, когда частота на входе и выходе будет не совпадать. |
Режимы работы онлайн ИБП с двойным преобразованием
Как правило, ИБП онлайн топологии поддерживают несколько режимов работы: от сети, автономный и ECO (через байпас в обход процесса стабилизации).
Переход на определённый режим работы устройства зависит от состояния сети:
- если сетевое напряжение отклонено от номинального значения, но находится в допустимом для регулирования диапазоне, то ИБП будет находиться в онлайн режиме (работа от сети);
- если напряжение сети в пределах нормы, то устройство работает в режиме ECO (режим включается пользователем самостоятельно. Базовый режим работы ИБП всегда онлайн);
- если сетевое напряжение отсутствует или вышло за пределы допустимого для регулирования диапазона, то в этом случае прибор перейдет в автономный режим (работа от батарей).
Рассмотрим работу устройства в каждом из описанных режимов.
Работа ИБП при нестабильном сетевом напряжении (режим онлайн)
В данном случае напряжение сети фильтруется, измеряется электронным блоком и поступает на выпрямитель, который в онлайн ИБП выстраивается на основе диодов или IGBT-транзисторов (в зависимости от модели). С выхода выпрямителя избавленное от внешних искажений постоянное-промежуточное напряжение подаётся на инвертор (работающий на IGBT-транзисторах), который снабжен широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и генерирует выходное переменное напряжение с идеальной формой и номинальным значением. У качественных ИБП максимальное отклонение по выходу составляет не более двух процентов.
Зарядное устройство работает так же, как и при нахождении напряжения сети в пределах нормы, т. е. продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.
Работа ИБП при допустимом сетевом напряжении (режим ECO)
В этом случае ИБП обычно работает в ECO режиме: входное напряжение проходит через сглаживающий помехи фильтр и подаётся сразу на выход по цепи байпаса, которая минует выпрямитель и инвертор. Зарядное устройство прибора при этом продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.
Работа в обход преобразователей позволяет повысить КПД устройства и, соответственно, снизить расход электроэнергии. Кроме того, возможность принудительного включения такого режима дает возможность переключить нагрузку на питание напрямую от сети в случае сервисного обслуживания силовой части ИБП (например, при её ремонте) без прерывания электроснабжения потребителей.
Работа ИБП в автономном режиме
При выходе сетевого напряжения за пределы допустимого для регулирования диапазона или при его отсутствии ИБП переходит в автономном режиме и питает нагрузку за счет энергии, накопленной в батареях. Напряжение от аккумуляторов сначала проходит через DC/DC конвертер, затем поступает на инвертор, где преобразуется в выходное переменное напряжение с высокими показателями качества.
На видео показано, как на дисплее ИБП «Штиль» отображаются режимы его работы: онлайн, питание от аккумуляторов, переход на байпас и ECO.
Сравнение особенностей работы ИБП двойного преобразования с другими типами бесперебойников
| Характеристики | Резервные (off-line) | Линейно-интерактивные (line-interactive) | Двойного преобразования (on-line) |
| Стабилизация напряжения | нет | ступенчатая | непрерывная |
| Диапазон стабилизации входного напряжения, В | - | 165-290 (в среднем) | 110-300 (в среднем) |
| Точность стабилизации выходного напряжения, % | - | от 2 и выше | 1,5-2 |
| Коррекция формы сетевого напряжения | нет | нет | да |
| Форма напряжения | в основном модифицированная (в автономном режиме) | в основном модифицированная (в автономном режиме) | всегда синусоидальная (во всех режимах) |
| Фильтрация помех | неполная | неполная | полная |
| Режимы работы | от сети, автономный | стабилизация, автономный | байпас (ECO), стабилизация (онлайн), автономный |
| Частота перехода в автономный режим | частая | средняя | редкая |
| Время перехода на АБ, мс | 4-20 | от 5 и более | 0 |
Преимущества и недостатки ИБП двойного преобразования
Online ИБП являются отличным решением не только для задач по обеспечению бесперебойного электроснабжения, но и для повышения качества электроэнергии. В таблице ниже приведены основные преимущества и недостатки данных устройств.
| Преимущества | Недостатки |
|
|
К недостаткам данных ИБП обычно относят не самый высокий КПД и стоимость, большую чем у схожих по мощности устройств других типов. Действительно, КПД приборов с двойным преобразованием пониже чем у моделей, построенных на основе иных принципов работы. Но, во-первых, существует байпас, переключение на который, в случае качественной сети, позволяет повысить КПД до 99%, а во-вторых, небольшое отставание по КПД компенсируется максимальным уровнем защиты.
Что касается ценового вопроса, то попытка сэкономить на ИБП скорее всего приведёт к покупке дешевого изделия с низкой эффективностью работы. Такой «бесперебойник» просто не обеспечит качество электропитания, необходимое для корректного и безопасного функционирования многих современных электроприборов. Это обойдется гораздо дороже, чем затраты на разовое приобретение онлайн ИБП от проверенного производителя.
Основные критерии выбора ИБП двойного преобразования
Выбор конкретной модели ИБП с двойным преобразованием предполагает использование следующих критериев:
- выходная мощность;
- время работы в автономном режиме;
- возможность использования дополнительных внешних аккумуляторов;
- диапазон допустимого входного напряжения;
- характеристики выходного напряжения.
Рассмотрим каждый из критериев подробнее.
Мощность
Данным параметром определяется допустимая к подключению нагрузка. Рекомендуется выбирать ИБП с мощностью, превышающей максимально возможную мощность нагрузки на 20-30%.
Следует обратить внимание на то, что заявленная производителем мощность ИБП может быть указана в вольт-амперах (ВА или VA), а мощность большинства обычных электроприборов исчисляется в ваттах (Вт или W). Вольт-амперы и ватты не равны, зависимость одного от другого выражается через формулу: ВА=Вт/cos(φ).
Значение cos(φ), соответствующее какому-либо изделию, обычно указанно в его технической документации (иногда данный параметр называют «Power Factor» или «PF»). Если информации нет, то для бытовых приборов допустимо принять cos(φ) равный 0,7 или 0,8, кроме нагревательных и осветительных устройств, подходящее для них значение – 0,9 или 1.
Время автономной работы
Продолжительность работы ИБП в автономном режиме зависит от ёмкости встроенных и/или внешних аккумуляторных батарей. Правильно выбранная ёмкость обеспечит функционирование на время, необходимое либо для восстановления сетевого питания, либо для безопасного отключения защищаемого оборудования. Ошибка приведёт к быстрому разряду аккумуляторов и преждевременному обесточиванию потребителей.
Определять необходимую ёмкость следует исходя из мощности нагрузки и длительности возможных перебоев в электроснабжении. Отметим, что один и тот же ИБП с разной нагрузкой имеет разную продолжительность автономной работы!
Подключение дополнительных внешних батарей позволяет увеличивать время автономии ИБП. Устройства, поддерживающие такое подключение, отличаются наличием более мощного встроенного или внешнего зарядного устройства.
Некоторые модели онлайн ИБП вообще не имеют внутренней батареи и рассчитаны только на подключение внешних аккумуляторов.
Входное и выходное напряжение
При нахождении сетевого напряжения в допустимом диапазоне ИБП работает без перехода в автономный режим. Соответственно, чем допустимые пределы шире, тем реже устройство будет задействовать аккумуляторы. Сокращение количества переключений на батареи способствует увеличению срока их службы, поэтому рекомендуется использовать ИБП с диапазоном допустимого входного напряжения большим, чем амплитуда фактических колебаний в сети.
Кроме того, при выборе устройства крайне важно обратить внимание и на параметры выходного напряжения. Дело в том, что некоторые онлайн ИБП, в первую очередь модели произведённые в Восточной и Юго-Восточной Азии, отличаются посредственной сборкой и самой дешёвой элементной базой. На практике такие изделия часто не способны обеспечить эталонные характеристики выходного напряжения, свойственные более качественным ИБП с двойным преобразованием.
Другие параметры
Кроме критериев, которые мы рассмотрели выше, при подборе устройства следует обратить внимание на:
- исполнение корпуса, от него зависит способ размещения ИБП (настенное крепление или напольная/настольная установка);
- эксплуатационные ограничения (диапазон рабочей температуры, влажность окружающей среды, указания по организации вентиляции и т.п.);
- средства индикации и управления (наличие информационного ЖК-дисплея, понятной индикации, удобных кнопок управления и т.д.);
- возможности мониторинга (протоколы локального и удалённого обмена данными, порты и разъемы для подключения).
Онлайн ИБП с двойным преобразованием от ГК «Штиль»
Российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает широкий модельный ряд однофазных и трехфазных моделей ИБП топологии онлайн с выходной мощностью от 0,3 до 500 кВА с настенным, напольным, стоечным и универсальным (напольным/стоечным) исполнением. За счет используемой в них технологии двойного преобразования устройства способны:
- работать в диапазоне 90-310 В (110-295 В у моделей 0,3 – 3 кВА) без перехода в автономный режим;
- мгновенно переключать питанием нагрузки на аккумуляторы при отключении сети или ее выходе за допустимый диапазон;
- непрерывно обеспечивать потребителей качественным напряжением с отклонением от номинального значения не более 2% и идеальной синусоидальной формой как при работе от сети, так и в автономном режиме.