Основные функции и схемы построения ИБП

Нарастающая потребность в качественном электропитании приводит к широкому использованию ИБП как единственного средства надежной защиты компьютерной, телекоммуникационной и другой техники от неполадок в системе электроснабжения. ИБП обычно выполняют следующие основные функции:

• выравнивание сравнительно малых и кратковременных выбросов напряжения;
• фильтрация питающего напряжения, снижение уровня шумов;
• обеспечение резервного электропитания нагрузки в течение некоторого времени после пропадания напряжения в сети;
• защита от перегрузки и короткого замыкания.

Дополнительно к этому многие модели ИБП под управлением специализированного ПО могут выполнять такие функции, как:

• автоматическое завершение работы при продолжительном отсутствии напряжения в сети, а также перезапуск оборудования при восстановлении сетевого питания;
• мониторинг и регистрация состояния ИБП (температура, уровень заряда батарей и т.п.);
• отображение уровня напряжения и частоты переменного тока в питающей электросети, выходного питающего напряжения и мощности, потребляемой нагрузкой;
• отслеживание аварийных ситуаций и выдача предупреждающих сигналов (звуковые сигналы, запуск внешних программ и т. п.).

Функционально ИБП практически всегда состоит из устройства подавления помех, фильтра, зарядного устройства, батареи аккумуляторов, автоматического переключателя и одного или нескольких преобразователей напряжения — инверторов, которые также часто называют конверторами.

Несмотря на изобилие различных схемных решений, в индустрии ИБП сложился ряд типовых схем построения (топологий) источников бесперебойного питания: резервная, линейно-интерактивная, феррорезонансная, с двойным преобразованием, с дельта-преобразованием.

Отличительная особенность первой схемы — наличие автоматического переключателя, коммутирующего нагрузку. Пока напряжение в сети находится в допустимых пределах, такой ИБП ничем не отличается от обыкновенного сетевого фильтра, поскольку никакой стабилизации напряжения не происходит. Преимущества резервной схемы заключаются в ее простоте и экономичности, а недостатки — в отсутствии стабилизации входного напряжения при работе в обычном режиме. ИБП, работающие по этой схеме, используют обычно для некритичных нагрузок: питания ПК или рабочих станций.

Линейно-интерактивная схема, благодаря значительному диапазону стабилизации напряжения, способна работать в нормальном режиме в таких условиях, когда ИБП, выполненный по резервной схеме, уже перешел бы на батарейное питание. Это делает данную схему наиболее пригодной для работы в электросети невысокого качества. Одно из основных отличий линейно-интерактивного ИБП состоит в наличии ступенчатого стабилизатора (бустера), построенного на основе автотрансформатора. В отличие от резервной, системы, работающие по данной схеме, способны выдерживать долговременные глубокие провалы и понижения входного сетевого напряжения (одна из наиболее распространенных неполадок в отечественных электросетях) без перехода на аккумуляторные батареи. Преимущества линейно-интерактивной схемы заключаются в простоте реализации и экономичности, а недостатки — в наличии некоторого времени переключения (около 4 мс) при переходе на аварийный режим. Подобные ИБП, как правило, используют для питания ПК, рабочих станций и файловых серверов локальных вычислительных сетей, офисного и другого оборудования, к которому не предъявляется повышенных требований.

Наличие феррорезонансного преобразования в третьей схеме позволяет гарантировать высокий уровень гальванической развязки, практически синусоидальную форму выходного напряжения, а также исключить большинство проблем с электропитанием (особенно импульсные помехи). Однако феррорезонансный стабилизатор сам по себе вносит заметные искажения и переходные процессы, которые в некоторых случаях могут оказаться опасными.

Основные преимущества ИБП, выполненного по схеме с двойным преобразованием, — это полная фильтрация и сглаживание любых колебаний входного напряжения и высоковольтных импульсов на входе ИБП и практически нулевое время переключения в аварийный режим без переходных процессов на выходе. К недостаткам рассматриваемой схемы относятся относительная сложность и более высокая стоимость, а также наличие дополнительных энергозатрат на двойное преобразование, снижающих общий КПД системы. Считается, что эта схема — одно из самых совершенных на сегодняшний день решений, позволяющих полностью защитить нагрузку от всех существующих неполадок электропитания. ИБП, работающие по схеме двойного преобразования, обычно используют для питания файловых серверов и рабочих станций ЛВС, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания.

ИБП, выполненный по технологии с дельта-преобразованием, работает в режиме как схема с двойным преобразованием, но трансформирует не всю электроэнергию, а только ее «зашумленную» и нестабильную часть, которая и приводит к снижению качества питания.

Комплексные системы защиты

Практика свидетельствует, что, к сожалению, не существует панацеи от всех неприятностей, связанных со сбоями в электропитании. Именно поэтому данному вопросу уделяется самое пристальное внимание. При реализации различных проектов разрабатываются системы обеспечения бесперебойного питания или системы защиты электропитания, которые становятся неотъемлемой составляющей любой компьютерной системы и являются, как правило, составной частью стратегии планирования системы в целом. Обычно проблемы электропитания рассматриваются в рамках единого проекта наряду со многими другими подсистемами здания, поскольку они требуют вложения значительных средств и увязки с силовой электропроводкой, коммуникационным электрооборудованием и аппаратурой кондиционирования воздуха.

Для обеспечения электропитания с повышенной надежностью часто используют ИБП, в конструкции которых предусмотрено избыточное резервирование основных модулей, или параллельное включение нескольких устройств. Для синхронизации параллельной работы нескольких источников на общую нагрузку применяются специальные аппаратные средства. В частности, при построении подобных устройств реализуется модульный принцип, когда входящие в состав устройства блоки поддерживают избыточность типа N+1. Таким образом, при выходе из строя одного блока оставшиеся выполняют его функции. Такая схема не только увеличивает надежность, но и позволяет легко нарастить возможности всей системы электропитания. Обычно для этих целей используются также дополнительные батареи аккумуляторов, что обеспечивает бесперебойную работу оборудования в течение длительного срока или увеличивает ток нагрузки во время краткосрочных отключений. Наращивая число батарей, можно довести срок функционирования подключенного к ИБП оборудования до нескольких часов.

Немаловажный фактор — и средства взаимодействия ИБП с серверами, работающими под управлением различных ОС. При исчерпании ресурсов батарей ИБП или в иной нештатной ситуации эта связь позволит корректно завершить работу программ на всех имеющихся платформах.

Вообще говоря, существуют три основные концепции построения системы защиты электропитания: централизованная, распределенная и комбинированная. Последняя считается в настоящее время не только самой популярной, но и самой надежной. Обычно такая схема включает один или несколько мощных ИБП или даже мотор-генераторов, питающих все здание, системы охраны и пожарной безопасности, а также несколько ИБП малой и средней мощности, защищающих особо ответственное и дорогостоящее оборудование: серверы, активное сетевое оборудование, системы видеонаблюдения и т. п.

Умножители напряжения

Используются в высоковольтных источниках литания (десятки киловольт): ЭЛТ, радиопередающие устройства и т.д.

Проблемы создания высоковольтных трансформаторов значительно упрощаются за счёт использования умножителей напряжения. Умножители бывают: асимметричные и симметричные, однополупериодные и двухполупериодные, однофазные и трёхфазные.

Uc1=U1, Uc2n=2U1 на всех остальных конденсаторах,

Ucn=nU1, n порядковый номер конденсатора. Однополупериодные схемы умножения.

Однофазная двухполупериодная схема.

Схема содержит n мостовых выпрямителей. Конденсаторы в диагоналях мостов включены последовательно и параллельны выходу. Пока Ubx меньше Uвых эти конденсаторы (С2п) разряжаются на нагрузку. Конденсаторы, соединяющие мосты (С2n-1) заряда не меняют. При Uвх>Uвых заряжаются С2n,, Схема содержит 4n диодов и Зn-2 конденсаторов.

Однофазная двухполупериодная циклическая схема.

Схема симметрична относительно входных и выходных выводов.

При положительной полуволне на входе конденсаторов С1 или С1’ соответ-ствующая последовательная цепь конденсаторов С1-С2n-1 или С1'-C’2n-1 заряжается, а при отрицательной заряжает Свых, подключенный параллельно нагрузке.

Симметричные схемы умножения напряжения могут быть образованы путём параллельного соединения двух однотипных однополупериодных схем умножения.

Следующая схема получена объединением однополупериодных схем [Л1,216].

	Симметричная схема умножения напряжения, Следующая схема получена объединением схем [Л1,217], Симметричная схема умножения напряжения.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: