Схеми побудови ДБЖ

Важливими показниками, що зумовлюють вибір схеми побудови ДБЖ, є час перемикання навантаження живлення від акумуляторних батарей і час роботи від акумуляторної батареї.

Існує три схеми побудови ДБЖ:

Резервна

Резервна схема (англ. Off-Line, Standby) – у нормальному режимі живлення підключеного навантаження здійснюється безпосередньо від первинної електричної мережі, яке ДБЖ фільтрує (високовольтні імпульси та електромагнітні перешкоди) пасивними фільтрами. При виході електроживлення за нормовані значення напруги (або його зникнення) навантаження автоматично перепідключається до живлення від схеми, що отримує електричну енергію від власних акумуляторів за допомогою простого інвертора. З появою напруги в межах норми знову перемикає навантаження на живлення від первинної мережі.

Переваги:

  • за рахунок ККД близько 99% (за наявності напруги мережі) практично безшумні та мають мінімальне тепловиділення;
  • невисока вартість ДБЖ загалом.

Недоліки:

  • відносно довгий час (порядку 4..12 мс) перемикання живлення від батарей;
  • неможливість коригувати ні напругу, ні частоту (VFD за класифікацією ПЕК);
  • несинусоїдальна форма вихідної напруги при роботі від батареї (апроксимована синусоїда, квазі-синусоїда).

Підсумок: Найчастіше ДБЖ, побудовані за такою схемою, використовується для живлення персональних комп’ютерів або робочих станцій локальних мереж початкового рівня, для яких не є критичним своєчасне відключення у разі неполадки в мережі. Практично всі недорогі малопотужні ДБЖ, що пропонуються на вітчизняному ринку, побудовані за цією схемою.

Інтерактивна

Інтерактивна схема (англ. Line-Interactive) – пристрій аналогічний до попередньої схеми; додатково на вході є ступінчастий стабілізатор напруги на основі автотрансформатора, дозволяючи отримати регульовану вихідну напругу. (VI за класифікацією ПЕК). При роботі в нормальному режимі такі ДБЖ не коригують частоту, пасивні фільтри фільтрують вхідну змінну напругу. При пропаданні напруги ДБЖ переходить на живлення від інвертора, аналогічно попередньому.

Інвертори деяких моделей лінійно-інтерактивних ДБЖ видають напругу як прямокутної або трапецеїдальної форми, як у попереднього варіанту, так і синусоїдальної форми. Час перемикання менший, ніж у попередньому варіанті, оскільки здійснюється синхронізація інвертора з вхідною напругою. ККД нижче, ніж у резервних.

У режимі від батарей деякі, особливо дешеві, схеми видають на навантаження частоту куди вище 50 Гц, і осцилограму змінного струму, що має мало спільного з синусоїдою. Це пов’язано із застосуванням класичного трансформатора великого розміру у схемі (замість інвертора на напівпровідникових ключах). У зв’язку з тим, що трансформатор даного габариту має (у зв’язку з виникненням гістерезису в осерді) обмеження на потужність, що передається, яке лінійно зростає з частотою, даного трансформатора (займає 1/3 об’єму всього ДБЖ) вистачає для живлення ланцюга зарядки батарей на 50 Гц в режимі від мережі. Але, в режимі від батарей, через цей трансформатор потрібно пропустити вже сотні ват потужності, що можливо тільки шляхом підвищення частоти.

Це призводить до неможливості живлення приладів, які використовують, наприклад, асинхронні двигуни (майже вся побутова техніка, включаючи опалювальні системи).

По суті, від такого ДБЖ можна живити тільки прилади, невибагливі до якості живлення, тобто, наприклад, всі прилади з імпульсними БП, де напруга живлення негайно випрямляється і фільтрується. Тобто комп’ютери та значна частина сучасної побутової електроніки. Також можна живити освітлювальні та обігрівальні прилади.

Недоліки:

  • в режимі «від мережі» не виконує функцію фільтрації піків, і забезпечує лише вкрай примітивну стабілізацію напруги (зазвичай 2-3 ступені автотрансформатора, що перемикаються релейно, функція називається «AVR»).

Подвійне перетворення

Режим подвійного перетворення (англ. On-Line, Double-Conversion) – використовується для живлення навантажених серверів (наприклад, файлових), високопродуктивних робочих станцій локальних обчислювальних мереж, а також будь-якого іншого обладнання, що висуває підвищені вимоги до якості електроживлення. Принцип роботи полягає у подвійному перетворенні (double conversion) роду струму. Спочатку вхідний змінний струм перетворюється на постійний, потім назад в змінний струм за допомогою зворотного перетворювача (інвертора). При пропаданні вхідної напруги перемикання навантаження на живлення від акумуляторів не потрібно, оскільки акумулятори включені в ланцюг постійно (т.зв. буферний режим роботи акумулятора) і для цих ДБЖ параметр «час перемикання» не має сенсу. У маркетингових цілях може використовуватися фраза “час перемикання дорівнює 0”, що правильно відображає основну перевагу даного виду ДБЖ: відсутність проміжку часу між зникненням зовнішньої напруги та початком живлення від батарей. ДБЖ подвійного перетворення мають невисокий ККД (від 80 до 96,5%) в режимі on-line, через що відрізняються підвищеним тепловиділенням і рівнем шуму. Однак у сучасних ДБЖ середніх і високих потужностей провідних виробників передбачені різноманітні інтелектуальні режими, що дозволяють автоматично підлаштовувати режим роботи підвищення ККД аж до 99 %. На відміну від двох попередніх схем, здатні коригувати не тільки напругу, а й частоту (VFI за класифікацією ПЕК).

Переваги:

  • відсутність часу перемикання живлення від батарей;
  • синусоїдальна форма вихідної напруги, тобто можливість мати будь-яке навантаження, у тому числі опалювальні системи (в яких є асинхронні двигуни).
  • можливість коригувати і напругу, і частоту (більше того, такий прилад одночасно є і найкращим із можливих стабілізаторів напруги).

Недоліки:

  • низький ККД (80-94 %), підвищена шумність та тепловиділення. Практично завжди пристрій містить вентилятор комп’ютерного типу, і тому не безшумний (на відміну від line-interactive ДБЖ);
  • висока вартість. Приблизно вдвічі-втричі вище, ніж line-interactive.

shemy_ups

Характеристики ДБЖ:

  • вихідна потужність, що вимірюється у вольт-амперах (VA) або ватах (W). Варто звернути увагу, що обладнання, що містить потужні електродвигуни (холодильник, насоси автономних водопроводів і систем поливу), має «пускові струми». Це означає, що в момент пуску двигуна пристрій короткочасно споживає потужність, що в 5-7 разів перевищує паспортну. ДБЖ має вибиратися з урахуванням цього факту. Те саме стосується і лазерних принтерів, які зазвичай взагалі забороняють підключати до ДБЖ;
  • вихідна напруга, що вимірюється у вольтах, V;
  • час перемикання, тобто час переходу ДБЖ на живлення від акумуляторів (вимірюється в мілісекундах, ms);
  • час автономної роботи, визначається ємністю батарей та потужністю підключеного до ДБЖ обладнання (вимірюється в хвилинах, хв.), у більшості офісних ДБЖ воно дорівнює 4-15 хвилин (зазвичай 40-45 хвилин при свіжих батареях та ненавантаженому комп’ютері);
  • ширина діапазону вхідної (мережевої) напруги, при якому ДБЖ у стані стабілізувати живлення без переходу на акумуляторні батареї (вимірюється у вольтах, V);
  • термін служби акумуляторних батарей (вимірюється роками, зазвичай свинцеві акумуляторні батареї значно втрачають свою ємність вже через 2-3 роки. Сильно залежить від якості, а значить, і ціни ДБЖ, безпосередньо від ступеня примітивності ланцюга зарядки батареї);
  • наскрізний нуль.