Блок безперебійного живлення

Що це таке і навіщо він потрібен?

     Установка джерела безперебійного живлення необхідна для запобігання пошкоджень обладнання і збоїв у роботі систем. Першочерговим завданням ББЖ передусім вважається забезпечення нормального, коректного завершення роботи при несподіваному відключенні електроенергії. Однак, в ідеалі ББЖ повинен захистити техніку від всіх типів перебоїв в електричних мережах, основні з яких наведені нижче.

Види електропомех

Давайте розберемося, які неполадки в електромережі відбуваються найчастіше і чим вони зазвичай бувають викликані:

Найменування неполадки Визначення Можлива причина Наслідки
Сплески напруги Короткочасні підвищення напруги в мережі на величину більше 10% на час більше 20 мс. Відключення енергоємного обладнання, короткі замикання в мережі електропостачання Втрата інформації, вихід апаратури з ладу.
Високовольтні викиди Короткочасні імпульси напругою до 6000 В і тривалістю до 10 мс. Удар блискавки, іскріння перемикачів, статичний розряд. Втрата інформації, вихід з ладу елементів апаратури.
Просідання напруги Короткочасне зниження напруги до величини менше 80-85% від номінального Включення енергоємного обладнання, запуск потужних електродвигунів. Втрата інформації, вихід апаратури з ладу.
Високочастотний шум Радіочастотні завади. Перешкоди електромагнітного або іншого походження Електромотори, реле, силова комутаційна техніка, передавачі, магнітні бурі. Вихід з ладу дискових накопичувачів, зависання комп'ютерів.
Вибіг частоти Відхід частоти на величину більше 3 Гц від номінального (50 Гц). Включення енергоємного обладнання, запуск потужних електродвигунів, перевантаження по лінії електроживлення. Вихід з ладу дискових накопичувачів, зависання комп'ютерів, втрата даних.
Підсадка напруги Падіння напруги в мережі на тривалий час Нестабільність генератора. Втрата даних, вихід з ладу апаратури.
Пропажа напруги Відсутність напруги в електромережі протягом більше 40 мс. Неполадки в лінії, спрацьовування систем захисту. Втрата даних, вихід з ладу апаратури.

     До відома: згідно з результатами дослідження, проведеного компаніями Bell Labs і IBM, кожен персональний комп'ютер щомісяця зазнає впливу близько 120 позаштатних ситуацій, пов'язаних з проблемами електроживлення.

Функції UPS

Тепер розберемося, які ж основні функції здатний виконувати ББЖ:

  • Поглинання сpавнительно малих і кpатковpеменних вибpосов напpяжения;
  • Фільтpація живлячої напруги, зниження уpовня шумів;
  • Забезпечення pезеpвного електроживлення нагpузки протягом некотоpой часової після пpопаданія напpяжения в мережі;
  • Захист від перевантаження і короткого замикання.

Додатково до цього багато моделей UPS під упpавлением спеціалізіpованного пpогpаммного забезпечення можуть виконувати такі функції:

  • Автоматичний shutdown обслуговуваного обоpудования пpи пpодолжітельном відсутності напpяжения в мережі, а також пеpезапуск обоpудования пpи відновленні мережевого живлення;
  • Монітоpінг і запис в log-файл стану джерела живлення (темпеpатуpа, уpовень заpяда батаpей і дpугих паpаметpах);
  • Отобpаженіе уpовня напpяжения і частоти змінного струму в живильної електpосеті, вихідного живлячого напpяжения і потужності, споживає нагpузкой;
  • Відстеження аваpійних ситуацій та видачу пpедупpеждает сигналів (звукові сигнали, запуск зовнішніх пpогpамм тощо);
  • Увімкнення та вимкнення нагpузки по внутpеннего таймеp в заданий вpемя.
Типи ББЖ

За своїм принципом дії ББЖ діляться на три основних сімейства

     Резервні ББЖ (off-line) - ці ББЖ служать для резервування джерела основного електропостачання (електромережі) на випадок аварії (відключення або зниження / підвищення напруги вище встановленої величини). Якщо це відбувається, спрацьовує перемикач, і навантаження переходить на резервне живлення від інвертора, що живиться від батарей. У штатному режимі живлення навантаження здійснюється безпосередньо від електромережі, як правило, через протизавадний фільтр. Інші назви резервних ББЖ: stand-by, backup, in-line. Гідності резервних ББЖ: простота і, отже, дешевизна; високий ККД і, отже, низькі експлуатаційні витрати. Недоліки резервних ББЖ: відсутність стабілізації напруги і частоти в штатному режимі; великий час перемикання на живлення від батарей (декілька мсек) і, отже, короткочасного зникнення або викиду напруги на навантаженні; втрата фази при перемиканні. В цілому ББЖ цього класу можна характеризувати як компроміс між прийнятним рівнем захисту від неполадок в електромережі і ціною. Потужність випускаються пристроїв коливається від 220 до 2000 В.А.

     Лінійно-інтерактивні ББЖ (line-interactive) - в штатному режимі постачають навантаження напругою від основної електромережі, в деякій мірі регулюючи напругу (автотрансформатор), а при аварії в основний електромережі навантаження синхронно перемикається на інвертор. За принципом роботи лінійно-інтерактивні ББЖ схожі з резервними ББЖ, - вони також служать для резервування основного джерела електропостачання, «туша» невеликі сплески напруги і згладжуючи перешкоди. Разом з тим вони володіють рядом істотних відмінностей. Так, інвертор ББЖ включений паралельно електромережі і працює в двосторонньому режимі: здійснює моніторинг лінії електроживлення і в певних межах забезпечує регулювання і стабілізацію вихідної напруги ББЖ, а також виробляє заряд батарей. Крім цього багато виробників встановлюють в ББЖ цього класу додаткові вузли (ферорезонансні трансформатори або автотрансформатори), що дозволяють розширити діапазон вхідної напруги, при якому напруга на виході підтримується на прийнятному рівні без переходу на живлення від батарей.


Переваги лінійно-інтерактивних ББЖ: досить високий ККД і більш надійна в порівнянні з резервними ББЖ захист електроживлення підключеного навантаження. Недоліки лінійно-інтерактивних ББЖ: нестабільність вихідної напруги в штатному режимі, залежна від діапазону вхідної напруги; відсутність стабілізації частоти в штатному режимі; відсутність ізоляції навантаження від електромережі; неефективність при роботі на навантаження з високим ступенем нелінійності; проникнення імпульсів і шумів з основної мережі на навантаження; низька інформаційна безпека (можливість несанкціонованого доступу до обладнання по ліній живлення).

     Окремо варто сказати про технології, відомої як «дельта-перетворення напруги». Завдяки вдосконаленій зворотного зв'язку напруга на навантаженні регулюється плавно, а не ступінчасто, як у звичайних лінійно-інтерактивних ББЖ, стає можливою стабілізація частоти вихідної напруги. Ця технологія дозволяє забезпечити високий ККД і надійніший захист підключеного устаткування від неполадок в електромережі.

     В цілому лінійно-інтерактивні ББЖ забезпечують прийнятний рівень захисту електроживлення і служать дешевою альтернативою складнішим системам, призначеним для роботи з чутливою до неполадок в електромережі навантаженням. Як правило, потужність випускаються пристроїв становить від 250 до 10000 В.А.

     Постійно включені ББЖ або ББЖ з подвійним перетворенням (on-line, double-conversion) - забезпечують навантаження електроживленням без втрати фази. Принцип роботи ББЖ даного класу полягає в наступному: вхідна змінна напруга перетворюється випрямлячем у постійну, а потім інвертором - назад в змінну. Навіть при великих відхиленнях вхідної напруги ББЖ продовжує живити навантаження чистим синусоїдальним стабілізованою напругою (як правило, відхилення амплітуди вихідної напруги не перевищують 5% встановлюваного користувачем номінального значення навіть при роботі на нелінійну навантаження).


Основна відмінна риса ББЖ цього класу: інвертор включений послідовно з джерелом основного електропостачання і знаходиться завжди у включеному стані. При пропажі вхідної напруги він переходить на живлення від батарей. Завдяки використовуваній схемі таке поняття як час перемикання на резервне живлення від батарей для ББЖ даного класу просто відсутній. Гідності ББЖ з подвійним перетворенням: постійна стабілізація напруги і частоти; безперервність фази вихідної напруги в будь-яких режимах; відсутність вплив навантаження на основну мережу; повна фільтрація імпульсів і шумів основної мережі; висока інформаційна безпека. Недоліки ББЖ з подвійним перетворенням: складність конструкції і, отже, висока ціна; відносно невисокий ККД і, отже, високі експлуатаційні витрати (витрати електроенергії, утилізація тепла, що виділяється). ББЖ даного класу забезпечують найнадійніший захист підключеного устаткування від неполадок в електромережі, що компенсує витрати на його придбання і установку. Діапазон потужностей пристроїв, що випускають дуже широкий - від 600 В.А до декількох сотень кіловольт-ампер.

Характеристики ББЖ

Перерахуємо коротко головні характеристики ББЖ.

  1. Діапазон вхідної напруги, при якому ББЖ працюють від мережі і не перемикаються на роботу від вбудованих батарей. Як відомо, більший діапазон вхідної напруги зменшує кількість переходів на батарею і збільшує термін її експлуатації. Крім того, ББЖ з більш широким діапазоном вхідної напруги продовжують працювати від мережі і живити навантаження, в той час як ББЖ з меншим діапазоном вже перейшли на батарею і, розрядивши її, знеструмили навантаження. Це особливо актуально для наших електромереж, де нерідкі тривалі «осідання» напруги.
  2. Зміна вихідної напруги при зміні вхідної. «Обов'язок» ББЖ - забезпечити вихідну напругу, при якому може нормально функціонувати защищаемое їм обладнання. Знижений вольтаж на виході ББЖ здатний викликати збої в роботі обладнання і втрату даних, значне підвищення напруги приводить до тих же результатів плюс вихід обладнання з ладу. Підвищення напруги відбуваються рідше, але їх наслідки носять більш сумний характер. Off-line ББЖ напругу ніяк не коригують, моделі line-interactive виробляють «зрушення» напруги на фіксовану величину (яка може приймати кілька значень).
  3. Параметри вихідної напруги при роботі від батарей - напруга, частота, форма сигналу. Ці параметри визначають якість генерації, забезпечуване ББЖ, від чого залежить сфера застосування конкретного пристрою.
  4. Процес перемикання ББЖ на батарею й назад. Для нормальної роботи приєднаного до ББЖ обладнання усі перемикання і перехідні процеси повинні бути «непомітні». Це означає, що вони повинні виконуватися за мінімальний час і проходити коректно - зокрема, супроводжуватися правильною синхронізацією частоти ББЖ із зовнішньою частотою живлячої мережі.
  5. Поведінка ББЖ при виникненні перевантаження на виході. При перевантаженні в режимі роботи від батарей ББЖ вимикається (для запобігання виходу з ладу). Якщо в процесі роботи від мережі виникло перевантаження (наприклад, до ББЖ було підключено додаткове обладнання), користувач повинен знати про це, щоб вчасно зменшити навантаження. В іншому випадку при пропажі напруги в мережі обладнання буде моментально знеструмлено. Найбільш ефективним є поєднання звукової та світлової індикації, тоді як деякі ББЖ забезпечують тільки світлову або не мають взагалі ніякої індикації.
  6. Наявність «холодного» старту, тобто можливість включити ББЖ за відсутності напруги в електроживлячих мережі. Така функція може стати корисною, наприклад, якщо під час тривалого зникнення живлення потрібно включити комп'ютер або прийняти / відправити факс.
  7. Можливість стабілізації частоти (для on-line ББЖ). Деяке обладнання може бути критично до частоти живлячої напруги. Наприклад, у двигунів змінного струму (магнітофон, вініловий програвач і т. п.) при зміні частоти живлячої напруги змінюється швидкість обертання.