Для сетевого и серверного оборудования

Введение

Большинство факторов, которые учитываются при выборе ИБП для покупки очевидны и хорошо понятны: время автономной работы от батареи, стоимость, размер, производитель, число розеток, возможности управления и т.д.  Но существуют также и менее очевидные факторы, понять которые не всегда просто.  Одним из наименее понятных, но, пожалуй, наиболее часто обсуждаемых аспектов является топология.  Топология (внутреннее устройство) ИБП влияет на то, как он работает в различных обстоятельствах.

Выбор правильной топологии может быть осложнен заявлениями о том, что некоторые топологии более предпочтительны и абсолютно необходимы для случаев применения, требующих безотказной работы.  Поскольку такие заявления обычно делаются производителями, пытающимися наладить сбыт своей «предпочтительной» топологии, очень трудно принять обоснованное решение, опираясь только на информацию такого рода.  Задача данной статьи состоит в том, чтобы объективно обсудить преимущества и недостатки двух наиболее распространенных топологий: линейно-интерактивной и постоянного действия с двойным преобразованием.

На верхних и нижних границах диапазона используемых мощностей вопрос об относительных достоинствах этих двух топологий достаточно очевиден. (При очень высоких мощностях, от 200000 ВА и выше, возникает спор о преимуществах и недостатках другой пары топологий: постоянного действия с двойным преобразованием и постоянного действия с дельта-преобразованием.  См. информационную статью APC № 1, «Различные типы систем ИБП», где дается сравнение этих двух топологий постоянного действия).Свыше 5000 ВА исторически была установлена непрактичность использования линейно-интерактивной топологии из-за ее больших размеров и большей стоимости.  В нижней части диапазона мощностей, когда они не превышают 750 ВА, топология постоянного действия с двойным преобразованием редко рассматривается потому, что остальные топологии (включая линейно-интерактивную) оказываются более эффективными при меньших нагрузках. 

Основной спор в отношении выбора топологии для использования, линейно-интерактивной или постоянного действия с двойным преобразованием, возникает в диапазоне мощностей между 750 ВА и 5000 ВА.  Именно в этом промежутке функциональные и экономические преимущества одной технологии над другой не так очевидны и зависят от особенностей установки.  Хотя линейно-интерактивная топология стала лидером по объему производства и числу внедрений в этом диапазоне мощностей, развитие полупроводниковых технологий и методов производства значительно сократили разницу в стоимости топологии постоянного действия с двойным преобразованием относительно линейно-интерактивной, что значительно усложнило выбор между ними.  Для того, чтобы выбрать лучшую из топологий в этом совпадающем диапазоне, необходимо хорошо понимать соотношения преимуществ и недостатков, свойственных каждой из них.

Критерии выбора ИБП непрерывного действия

Выбор ИБП инверторного типа осуществляется в соответствии со следующими критериями:

  • Выходная мощность;
  • Ёмкость батарей и время автономной работы;
  • Возможность подключения внешних аккумуляторов;
  • Период автономной работы;
  • Форма синусоиды напряжения и время, необходимое для переключения на резервный режим работы;
  • Наличие дополнительных интерфейсов.

Ёмкость аккумулятора ИБП, указываемая производителем для полной нагрузки на оборудование, непосредственно влияет на время его автономной работы. Если выходная мощность бесперебойника при полной нагрузке на период 3 мин составляет 400 Вт, а подключается к нему настольный компьютер мощностью около 300 Вт, реальное время автономного питания будет немного больше указанного. Для максимальной точности определения этого параметра некоторые производители предоставляют графики соотношения времени автономной работы в зависимости от уровня сетевой нагрузки и ёмкости батарей резервного питания выпускаемых моделей.

Если цель покупки ИБП заключается в обеспечении максимально большого периода автономной работы, следует подбирать модель с возможностью подключения дополнительных аккумуляторов, размещаемых в отдельном корпусе.

ИБП непрерывного действия обеспечивают максимальную плавность синусоиды выходного тока. Однако у различных моделей она может немного отличаться и не совпадать с требованиями, предъявляемыми для подключаемого к системе ответственного электрооборудования.

Время переключения между автономным и сетевым режимом работы в бесперебойниках непрерывного действия хоть и стремится к нулю, но всё же составляет несколько сотых или десятых миллисекунды, что необходимо учитывать при подборе устройства для защиты конкретного оборудования.

Что касается дополнительных интерфейсов, в их список могут входить:

  • IEC 320 C13 (компьютерная вилка);
  • CEE 7 (евророзетка);
  • RJ-11 и RJ-45 (телефонные линии и локальные сети);
  • USB;
  • RS-232 (разъем для управления параметрами ИБП с компьютера).

Разобравшись с принципом работы, конструктивными особенностями и характеристиками бесперебойников двойного преобразования, выбрать модель, оптимально отвечающую запросам конкретной сети электроснабжения, будет совсем несложно.

ИБП типа On-Line

На основе технологии On-Line строятся самые надежные типы ИБП. Основной цепью, через которую осуществляется питание электроприемников, является именно та, которая содержит выпрямитель и инвертор. Поэтому ИБП онлайн типа преобразует 100% поступающей к нему электроэнергии. Переменное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное. При этом формируется синусоида практически идеально формы.

Рис. 3. Архитектура ИБП типа On-Line

Глядя на архитектуру ИБП (рис. 3) становится понятным, почему многие его называют двухконтурным. Первым контуром является выпрямитель, вторым – инвертор. Выпрямитель во многих ИБП выполнен из двух блоков. В первом происходит преобразование переменного напряжения в постоянное (выпрямление). Во втором, уменьшается величина выпрямленного напряжения и его последующая стабилизация.

При удовлетворительном качестве входного напряжения инвертор питается от выпрямителя. Как только значение входного напряжения или частоты выходит за рамки минимального или максимального значения, к цепи питания инвертора вместо выпрямителя подключается аккумуляторная батарея.

Источники типа On-Line обеспечивают очень большую точность поддержания выходного напряжения (в пределах ±1-3%), даже при значительных изменениях входного (от 80 до 280 В). Кроме того, для таких источников не важна даже правильность формы синусоиды входного (сетевого) напряжения. Можно сказать, что на входе просто должно присутствовать хоть какое-то напряжение, чтобы было что регулировать.

Наличие в источниках цепи «Bypass» (обходного режима) позволяет подключать нагрузку непосредственно к сети электроснабжения. Ручной режим включения «Bypass» может использоваться при горячей замене аккумуляторных батарей и при проведении регламентных работ. Автоматический режим «Bypass» необходим для разгрузки основной питающей цепи при резком увеличении тока выше номинального, например, при запуске электродвигателей.

К недостаткам ИБП типа On-Line можно отнести низкий КПД (85-90%) и высокую стоимость по сравнению с другими рассмотренными архитектурами. Однако эти недостатки уравниваются выполняемыми задачами.

Двухконтурные ИБП следует использовать в сетях с нестабильной синусоидой, частыми перепадами и «скачками» напряжения, с изменяющейся частотой. Это самые надежные ИБП способные обеспечить стабильную работу ответственного оборудования, выход из строя которого, может повлечь за собой большие финансовые потери и угрозу жизни людей (например, котельного и медицинского оборудования, информационных вычислительных комплексов).

Таблица технических характеристик VGD-II-10K33 — VGD-II-40K33

Модель VGD II 10K33 VGD II 15K33 VGD II 20K33 VGD II 30K33 VGD II 40K33
Входные параметры Выходная мощность(кВА/кВт) 10 / 10 15 / 15 20 / 18 30 / 27 40 / 36
Коэффициент мощности 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9
Тип входного соединения 3 Фазы + Нейтраль + Заземление
Напряжение 380 / 400 / 415 Вольт (Фаза-Фаза)
Диапазон напряжений Полная нагрузка : 304 до 478 Вольт (Фаза-Фаза)
частичная: 228 до 304 Вольт (Фаза-Фаза)
(Линейная зависимость: уменьшение допустимой величины подключаемой нагрузки при уменьшении величины входного напряжения)
Частота 50 / 60 Гц
Входная частота 40 Гц до 70 Гц
Коэффициент мощности по входу под полной нагрузкой >0.99
КНИ входного тока THDi
Выходные параметры Выходные напряжения 380 / 400 / 415 Вольт (Фаза-Фаза)
Частота инвертора 50 / 60 Гц
Точность напряжения ±1.5% (0-100% Линейная нагрузка)
Точность напряжения 80% -> 20%) (нелинейная нагрузка)
Время изменения напряжения 100% -> 20%) (нелинейная нагрузка)
КНИ выходного напряжения THDv
Работа инвертора в режиме перегрузки 100% до 110%, 60мин
110% до 125%, 10мин
125% до 150%, 1мин
Частота 50 / 60 Гц ±0.1%
Частота синхронизации Диапазон по умолчанию: ±3 Гц
Настраиваемый диапазон: ±0.5 Гц до ±5 Гц
Скорость изменения частоты Диапазон по умолчанию: 0.5 Гц/с
Настраиваемый диапазон: 0.5 Гц/с до 3 Гц/с
Аккумуляторная батарея Номинальное батарейное напряжение ±240VDC
Точность напряжения зарядного устройства 1%
Мощность зарядного устройства максимально 20% от мощности ИБП
Байпасный ввод Напряжение 380 / 400 / 415 Вольт (Фаза-Фаза)
Диапазон напряжений По умолчанию: -20% до +15%
Настраиваемые верхние пределы диапазона: +10%, +15%, +20%, +25%
Настраиваемые нижние пределы диапазона: -10%, -15%, -20%, -30%, -40%
Частота 50 / 60 Гц
Диапазон по частоте Настраиваемый диапазон: ± 1Гц, ± 3Гц, ± 5Гц
Работа в режиме перегрузки 125% Длительное время
125% ~ 130% до 10мин
130% ~ 150% до 1мин
Эффективность Эффективность под полной нагрузкой 95.0% MAX >95% >96%
В режиме работы от батарей 94.5% MAX >95% >96%
Интерфейсы Дисплей Стандартно: LED & LCD
Опционально: Сенсорный экран
Интерфейсы Стандартно: RS232 / RS485
Опционально: SNMP / Сухие контакты
Другие функции Стандартно: Холодный старт (от батарей)
Опционально: Комплект для параллельной работы
Байпас Время перехода с инвертора на байпас 0 мс
Время перехода с байпаса на с инвертор 0 мс
Эффективность в режиме > 99%
Окружающая среда Диапазон рабочих температур 0 ~ 40 ℃
Температура хранения -40 ~ 70 ℃
Относительная влажность 0 ~ 95% (Без конденсации)
Уровень акустического шума на расстоянии 1 м от поверхности устройства 58 дБ @ 100%нагрузка / 52 дБ @ 45% нагрузка 65 дБ @ 100% нагрузка / 62 дБ @ 45% нагрузка
Высота Без снижения мощности:
Уменьшение мощности на 1% на каждые 100м от 1000 до 2000м
Физические параметры для моделей В Размеры
(Ш*Г*В) (мм)
250*840*715 250*840*715 350*738*1335 350*738*1335 500*840*1400
Вес (кг.)
(Без батарей)
51.5 51.5 89 89 140
Физические параметры для моделей L Размеры
(Ш*Г*В) (мм)
250*660*530 250*660*530 250*680*770 250*680*770 250*836*770
Вес (кг.)
(Без батарей)
31 31 50 52 61

* Примечание:

— Время работы в режиме батарейной поддержки может отличаться в зависимости от мощности и вида нагрузки, состояния сети электропитания, срока службы батарей, температуры окружающей среды и т.д.
— Установка и подключение оборудования серий VGD и ONL мощностью выше 3кВА должно осуществляться только сертифицированными специалистами. Пожалуйста, обращайтесь в представительство POWERCOM в Москве или в Центральный сервисный центр.
— В связи с постоянной работой по улучшению свойств продукции технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления с отражением в сопроводительной документации.
— Данная информация не является офертой и не может рассматриваться как гарантия производителя.
— Номинальное напряжение ИБП устанавливается в соответствии с региональными стандартами.
— Все модели с индексом SEхx являются специализированными и не поступают в розничную продажу.
— Батарейные модули устанавливаются и подключаются к Источникам бесперебойного питания Powercom серия ONL-M.

On-line UPS: режим работы от сети, через выпрямитель и инвертор

Если в сети есть «нормальное» напряжение, то вся мощность,
потребляемая нагрузкой, проходит через выпрямитель ИБП. Выпрямитель преобразует
напряжение электрической сети в стабилизированное напряжение постоянного тока. Оно используется для
зарядки аккумуляторной батареи и для питания
инвертора.

А инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение
переменного тока, которым и питается нагрузка.

Выпрямитель ИБП с двойным преобразованием
выдает стабилизированное напряжение постоянного тока. Т.е. независимо от величины напряжения переменного
тока на входе выпрямителя, напряжение постоянного тока на его выходе сохраняется постоянным. Естественно,
напряжение остается стабильным только если входное напряжение не выходит из некоторого диапазона
допустимых напряжений. Этот диапазон называется диапазоном входных напряжений ИБП.

Диапазон входных напряжений ИБП с двойным преобразованием
(on-line
UPS) не остается постоянным. Его величина (или вернее его нижняя граница) зависит не только от
конкретной модели ИБП, но и его нагрузки. Если on-line ИБП недогружен в 2-3 раза,
он способен работать от сети, даже если напряжение в сети не превышает 50-70% номинального.

Если напряжение электрической сети становится меньше нижней границы
или выше верхней границы диапазона входных напряжений, то выпрямитель уже не может поддерживать
заданное напряжение постоянного тока на своем выходе. Напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя
уменьшается и становится ниже напряжения
заряженной аккумуляторной батареи
ИБП.
Никакого переключения не происходит. Просто инвертор начинает частично питаться от батареи , а батарея начинает разряжаться. При
дальнейшем уменьшении сетевого напряжения или если напряжение в сети пропадает совсем, инвертор начинает
полностью питаться от аккумуляторной батареи. Говорят, что
ИБП
перешел на режим работы от батареи.

On-line UPS: режим работы от аккумуляторной батареи

П работе от аккумуляторной батареи, она является
единственным источником энергии для самого ИБП и его нагрузки. До тех
пор, пока не исчерпан заряд аккумуляторной батареи, нагрузка
снабжается стабилизированным напряжением переменного тока чистой синусоидальной формы. Частота
выходного напряжения тоже стабилизирована инвертором.

Работа ИБП от аккумуляторной батареи продолжается
некоторое время, определяемое зарядом батареи и нагрузкой. После того, как батарея разрядится до
напряжения примерно 1.7 В на элемент, инвертор ИБП будет отключен автоматикой, защищающей
батарею от необратимого переразряда.

Технические характеристики SKAT SMART UPS-600 IP65 SNMP Wi-Fi

Диапазон входного напряжения без перехода на питание от АКБ при 100% нагрузке, В 150±5%…295±5%
Диапазон частоты входного напряжения без перехода на питание от АКБ, Гц 45±0,5…55±0,5
Диапазон входного напряжения, в котором изделие может работать в режиме BYPASS, без отключения нагрузки, В 186…252
Входной коэффициент мощности (индуктивный), не менее 0,98
Номинальная выходная мощность Полная, ВА   600*
Активная, Вт 450*
Номинальное  выходное напряжение, В 220±3%
Статическая точность выходного напряжения при изменении нагрузки в пределах 0…100%, % 2
Частота выходного напряжения при отсутствии сети (в режиме питания от АКБ), режим «РЕЗЕРВ», Гц

50±1%
Форма выходного напряжения синусоидальная
10  Коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения THD (КНИ),%, не более линейная нагрузка 4
нелинейная нагрузка 7
11  КПД при полной нагрузке, %, более режим «ОСНОВНОЙ» 87
режим «РЕЗЕРВ» 85
Режим «ECO» 94
12  Время переключения из режима «ОСНОВНОЙ» в режим BYPASS, мс, не более 4
в режим питания от АКБ («РЕЗЕРВ»), мс
13  Время переключения из режима «РЕЗЕРВ» в режим ECO, мс, не более 10
14  Мощность, потребляемая от сети при 100% нагрузке, ВА, не более 680
15  Мощность, потребляемая от сети без нагрузки и АКБ, не более, ВА 80
16  Тип АКБ: герметичные свинцово-кислотные необслуживаемые, номинальным напряжением 12 В
17  Рекомендуемая ёмкость АКБ, Ач от 40**
18  Количество АКБ, шт. 2
19  Ток заряда АКБ, А, не более 7
20  Ток, потребляемый изделием от АКБ в режиме «РЕЗЕРВ» без нагрузки, А 2
21  Величина напряжения на клеммах АКБ, при котором включается сигнализация о скором разряде АКБ в режиме «РЕЗЕРВ», В, не более 22,0
22   Величина напряжения на клеммах АКБ, при котором происходит автоматическое отключение  нагрузки для предотвращения глубокого разряда АКБ в режиме «РЕЗЕРВ», В, не более

20
23  Габаритные размеры ГхШхВ, не более, мм без упаковки 220х400х510
в упаковке 230х425х520
24  Масса, НЕТТО (БРУТТО), кг, не более 14,9 (16,0)
25  Диапазон рабочих температур, °С -40…+40
26  Относительная влажность воздуха при 25 °С, %, не более 100
27  Степень защиты оболочкой по ГОСТ 14254-96 IP65

* Эксплуатация изделия выше +40 °С запрещена.
** АКБ в комплект поставки не входит.

Выводы

В диапазоне мощностей от 750 ВА до 5000 ВА оба типа ИБП адекватно защищают ИТ-оборудование от нарушений питания, поэтому решение о том, какую топологию использовать, в первую очередь зависит от конкретных особенностей применения.

Поскольку начальная стоимость, эксплуатационные расходы, выделение тепла и надежность являются основными критериями для любого случая применения, представляется, что выбором по умолчанию должна стать линейно-интерактивная топология.  Действительно, именно она является эффективной и надежной «рабочей лошадкой» в большинстве ИТ-сред. 

Однако при определенных обстоятельствах топология постоянного действия с двойным преобразованием может оказаться более оптимальным выбором.  Особенно в тех странах, где питание в сети переменного тока очень нестабильно и/или возникают экстремальные отклонения напряжения. В этом случае ИБП постоянного действия с двойным преобразованием будет реже переключаться на питание от батареи для поддержания необходимого напряжения на выходе.  Меньшее использование батареи позволяет продлить срок автономной работы в случае продолжительных перебоев энергоснабжения, а также удлиняет срок службы батареи.  Кроме того, снижение стоимости замены батареи может компенсировать преимущество от меньших начальных и эксплуатационных затрат на линейно-интерактивный ИБП.  Другие, менее типичные ситуации, когда может возникнуть потребность в ИБП постоянного действия с двойным преобразованием, связаны с необходимостью обеспечить компенсацию коэффициента мощности (ККМ), меньшие физические размеры, преобразование частоты. Обычно такие потребности возникают в некоторых типах медицинской или контрольно-измерительной аппаратуры.

Ссылка на основную публикацию