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:
⇒ 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.