Аппроксимированная синусоида в источниках бесперебойного электропитания

Аппроксимированная синусоида представляет собой форму сигнала переменного тока, которая условно приближается к чистой синусоиде. Она может иметь ступенчатую форму огибающей, быть представлена последовательностью импульсов прямоугольной или трапецеидальной формы разной полярности. Сигнал переменного тока, имеющий форму аппроксимированной синусоиды, присутствует на выходе большинства применяемых источников бесперебойного питания (ИБП).

Назначение источников бесперебойного питания

Основной задачей ИБП является сохранение питающего потребителей переменного напряжения при его внезапном пропадании в сети. Они не выполняют функцию стабилизации напряжения сети, а являются аварийными источниками напряжения переменного тока с аппроксимированной синусоидой. Бесперебойники не предназначены для продолжительной работы подключенного к ним оборудования в случае аварии на линиях сетевого напряжения.

ИБП должны обеспечить работу потребителей в течение времени, достаточном для завершения процессов, которые нельзя прерывать внезапно. Во время работы ИБП с аппроксимированной синусоидой будут созданы условия для штатного отключения нагрузки. Это сохранит его работоспособность при дальнейшем использовании. Часто можно встретить ссылку на UPS-источник бесперебойного питания. UPS в ней является аббревиатурой английского обозначения ИБП.

Классификация источников

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питающего переменного напряжения, UPS-источники бесперебойного питания можно разделить на несколько видов:

• off-line источники, являющиеся аварийными источниками резервного типа;
• line-interactive или линейно-интерактивные источники, способные стабилизировать сетевое напряжение при незначительных его отклонениях от номинального значения, и переходящие в режим аварийного источника питания с аппроксимированной синусоидой при его полном пропадании;
• on-line, или ИБП с двойным преобразованием электрической энергии, обеспечивающие подключенную нагрузку стабилизированным сетевым напряжением при значительных его перепадах и выполняющие функции аварийного источника при полном его отключении.

В состав бесперебойного источника любого вида входит аккумуляторная батарея, которая является накопителем электрической энергии. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питания устройств, являющихся нагрузкой ИБП с аппроксимированной синусоидой, применяются те или иные схемотехнические решения.

ИБП вида off-line

Пассивный ИБП этого вида является источником резервного действия. Его устройство коммутации при нормальных параметрах качества сетевого напряжения обеспечивает непосредственное подключение нагрузки к питающей сети. В случае кратковременного пропадания напряжения на входе ИБП коммутирующее устройство переводит питание потребителей на аварийный (резервный) режим. Источником электрической энергии в этом случае является встроенный аккумулятор.

Его напряжение постоянного тока инвертором преобразуется в модифицированную синусоиду напряжения переменного тока, которое через контакты электромагнитного реле коммутатора поступает для питания нагрузки. Для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) служит выпрямитель напряжения внешней питающей сети. Для ее защиты от высокочастотных помех, возникающих при работе импульсного инвертора, в ИБП предусмотрен фильтр. Его элементы также защищают устройства нагрузки от кратковременных скачков превышения сетевого напряжения.

Линейно-интерактивные источники

Line-interactiv ИБП, в отличие от источника резервного действия, способен стабилизировать напряжение сети при непосредственном подключении нагрузки к ней через контакты электромагнитного реле. Это обеспечивается использованием автотрансформатора во входной цепи. Переключение его обмоток производится автоматически в зависимости от величины сетевого напряжения. При его увеличении или уменьшении переменное напряжение на его выходе сохраняет номинальное значение 220 В. Автотрансформатор наиболее распространенных ИБП этого вида осуществляет регулирование в диапазоне (150-270) В изменения напряжения внешней питающей сети.

Переключение контактора и переход на аварийный режим питания нагрузки модифицированной синусоидой происходит при чрезмерном изменении сетевого напряжения, выходящим за диапазон регулирования. Точность регулирования определяется числом отводов (ступеней) автотрансформатора. В аварийном режиме питания устройств нагрузки переменным напряжением аппроксимированной синусоиды работа происходит так же, как в ИБП вида off-line.

ИБП вида on-line

Двойное преобразование электрической энергии в источниках бесперебойного питания этого вида позволяет получать аппроксимированную синусоиду выходного переменного напряжения, приближающуюся по форме к чистому синусу. Сетевое напряжение, преобразованное в постоянное напряжение выпрямителем, затем претерпевает обратное преобразование инвертором в переменное напряжение, которое используется для питания нагрузки.

Встроенный аккумулятор заряжается постоянным током выпрямителя и включается в работу в аварийном режиме. Накопленная им энергия постоянного тока преобразуется инвертором в выходное переменное напряжение, питающее оборудование нагрузки. Схема источника такого вида допускает подключения дополнительной внешней АКБ для ИБП.

При восстановлении сетевого напряжения в пределах его нормального значения происходит переключение питания нагрузки от первичной сети переменного тока. Электрическая емкость АКБ для ИБП определяет время, в течение которого потребители могут работать при внезапном пропадании сетевого напряжения.

Технические характеристики ИБП

Выбор ИБП производится на основе его технических характеристик. К техническим характеристикам, определяющим качество выполнения требований, предъявляемых к изделиям этого назначения относятся:

• мощность на выходе источника с подключенной нагрузкой, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт);
• диапазон выходного напряжения с подключенной нагрузкой, измеряемый в вольтах (V);
• время переключения, определяющее время перехода питания нагрузки в резервном режиме от АКБ, измеряемое в миллисекундах (ms);
• диапазон входного сетевого напряжения, в пределах которого ИБП способен стабилизировать выходное напряжения без перехода на резервный режим питания от АКБ;
• коэффициент нелинейных искажений, определяющий в процентном соотношении отличие формы выходного сигнала от чистой синусоиды;
• время работы в автономном резервном режиме питания от АКБ при подключенной нагрузке, определяемое электрической емкостью внутреннего аккумулятора;
• срок службы собственных АКБ, зависящий от технологии их изготовления.

При выборе ИБП не последнюю роль играет и цена бесперебойника. Она напрямую зависит от схемотехнических решений, примененных разработчиком при создании выбранной потребителем модели, и составляет от двух до десятков тысяч рублей.

Области применения

UPS источники бесперебойного питания могут использоваться совместно с активной нагрузкой - устройствами, в состав которых входят импульсные блоки питания.

ИБП не применяются для питания потребителей, имеющих значительную реактивную индуктивную составляющую (силовые сетевые трансформаторы электронных устройств старых моделей, обмотки двигателей, насосы отопительных бытовых котлов). Каждая из существующих схем бесперебойных источников питания рассчитана на определенный круг потребителей с учетом своих преимуществ и недостатков.

Заключение

В статье дан краткий обзор существующих на сегодняшний день источников бесперебойного питания с модифицированной синусоидой. Рассмотрены схемотехнические решения, примененные разработчиками при их создании. После ознакомления с изложенным материалом, читатель, заинтересованный в приобретении ИБП для решения своих проблем, сможет изучать комплект документации к нему, не испытывая при этом затруднений. Следует при этом не забывать, что высокое изделия предполагает и более высокую его цену при покупке.