Які бувають і як влаштовані Джерела Безперебійного Живлення

Для боротьби з проблемами електроживлення застосовуються бесперебойники (ДБЖ). І в цій статті ми поговоримо про те, які бувають бесперебойники, які технічні рішення в них закладено, і для яких завдань вони оптимальні.
Бесперебойники і проблема якісного харчування
Коли ви підключаєте лампочку до мережі електроживлення, вам не так вже й важливо, якщо лампочка на мільйонну частку секунди блимне або засвітиться трохи яскравіше – адже такі малі інтервали часу ми просто не сприймаємо. Тому проблема контролю якості електроживлення для звичайної людини далеко не критична.
Інша справа – сучасні електронні пристрої. Вони «вміють» обробляти дані за мільярдні частки секунди, і зі швидкістю світла передавати інформацію на величезні відстані. Відповідно будь-який, навіть самий короткочасний перепад або зникнення напруги в електромережі, рівносильний втрати колосального обсягу інформації або збоїв у роботі таких пристроїв.
Для боротьби з проблемами електроживлення застосовуються бесперебойники (ДБЖ). І в цій статті ми поговоримо про те, які бувають бесперебойники, які технічні рішення в них закладено, і для яких завдань вони оптимальні.
Від яких проблем електроживлення важливо мати хороший захист
Почнемо з того, що наведемо перелік можливих проблем, які можуть виникати в самої звичайної системи електроживлення, наприклад, від міської мережі, і для захисту від яких вам знадобиться безперебійник:
– Короткочасне зникнення напруги в мережі
– Сплески напруги
– Спотворення форми сигналу
– Зміна частоти
– Шуми
– Просадки
– Викиди
Якщо живити від міської електромережі просту техніку типу лампочка, то подібні проблеми лише збільшать її знос, і лампочка раніше перегорить. А в разі комп’ютера, сервера або телекомунікаційного обладнання ці ж проблеми призведуть до втрати даних, перегорання центральних процесорів або поломки комутаційного обладнання та втрати зв’язку. Розглянемо далі типи безперебійників, і проблеми з вищенаведеного списку, з якими справляється за кожний з типів ДБЖ.
Типи безперебійників
ДБЖ типу Офф-лайн (резервний)
Безперебійник типу офф-лайн працює за такою простою схемою. У ньому є автоматичний перемикач, до входів якого підключені зовнішнє живлення і акумулятор. Батарея заряджається від зовнішньої мережі. У звичайному режимі перемикач подає на вихід напруга зовнішнього живлення, а в разі тимчасового зникнення такого, перемикається на живлення від батареї (на що витрачається час 4 порядку мілісекунд).
У такій конструкції офф-лайнового безперебійники є дві особливості: по-перше, його батарея забезпечує електроживлення на проміжку порівняно невеликого інтервалу часу, і тому ефективна тільки для боротьби з короткочасними провалами зовнішнього напруги.
По-друге, батарея такого ДБЖ видає накопичений в ній заряд у вигляді постійного струму. Тому між батареєю і автоматичним перемикачем, встановлюється інвертор, який перетворює постійний струм в змінний струм.
Таким чином, бесперебойники типу офф-лайн, які є найбільш простими у виконанні, легкими і дешевими, фактично рятують тільки від короткотермінових зникнень напруги в зовнішній мережі. Найбільш раціонально використовувати подібні ДБЖ для особистого користування або для захисту некритичного обладнання.
Інтерактивні бесперебойники
Другий тип ДБЖ – це пристрої, побудовані на технології line-interactive. Конструктивна відмінність такого безперебійники від його офф-лайнового побратима – це наявність на вході трансформатора, що дозволяє отримувати з «скаче» по величині вхідної напруги сигнал зі стабільною амплітудою, в досить широкому інтервалі величин вхідного напруги. Таким чином здійснюється придушення піків зовнішнього напруги живлення – проблема, з якою не здатні впоратися резервні джерела живлення.
Крім того, новаторський підхід застосовано в сполученні батареї, інвертора і автоматичного перемикача всередині безперебійники. У звичайному режимі роботи, коли живлення через перемикач йде від зовнішньої мережі, батарея заряджається через інвертор. При відсутності вхідної напруги, батарея підключається як живлячий елемент замість зовнішньої мережі, і тепер вже віддає струм назад через інвертор.
Виходить, що інвертор постійно включений ланцюг, і здійснює додаткову фільтрацію зовнішнього напруги в нормальному режимі роботи. Завдяки такому підключення інвертор прибирає небажані просадки напруги, які могли б призвести до додаткових перемикань автоматичного перемикача.
Таким чином, інтерактивні бесперебойники забезпечують захист від короткотермінових зникнень, піків, перепадів і осідань зовнішнього напруги. У такій конструкції при перемиканнях також генеруються стрибки частоти, величини і фази напруги, проте вони менше, ніж у випадку офф-лайнового ДБЖ. Контроль форми напруги тут не реалізований. Фільтрація перешкод і викидів також не досить ефективною, та згенеровані навантаженням перешкоди будуть пропускатися назад у мережу.
Інтерактивні бесперебойники краще підходять для підтримки обладнання, в якому важливо контролювати величину вхідної напруги електроживлення, а не його спектральні характеристики. Це може бути мережеве та віддалене обладнання, сервери, маршрутизатори і комутатори, робочі станції. Порівняно з технологією офф-лайн такі ДБЖ забезпечують більш високу ступінь захисту, а крім того, вони набагато дешевші, ніж бесперебойники вироблені за технологією онлайн.
У резервному режимі роботи інтерактивні джерела віддають струм від акумуляторної батареї, пропускають його через інвертор і видають на вихід прямокутні імпульси. Така форма електричного сигналу допустима для комп’ютерів або інших пристроїв з вбудованим блоком живлення, але не застосовується, наприклад, для електродвигунів. У цьому плані цікаві інтерактивні ДБЖ Liebert – вони обладнані інвертора, який перетворює постійний струм не в прямокутні імпульси, а в синусоїду.
Бесперебойники типу Онлайн
Принцип роботи он-лайнових ДБЖ простий і геніальний, і він радикально відрізняється від схеми, на якій побудовані офф-лайни та інтерактиви. ДБЖ типу онлайн використовують схему з подвійним перетворенням напруги. Спочатку змінна вхідна напруга випрямляється. Далі випрямлена напруга використовується для живлення батареї, а також подається на інвертор, який перетворює постійний струм назад в змінний, який йде на вихід безперебійники. Завдяки присутності перед інвертором постійно включеною в мережу батареї, будь просадка постійного випрямленої напруги буде миттєво компенсована її струмом, і на інвертор надійде постійний «змішаний» струм стабільної амплітуди.
Тому великий плюс онлайн ДБЖ – це нульовий час перемикання між різними режимами роботи, і відсутність усіх пов’язаних з таким перемиканням стрибків напруги, частоти, форми сигналу.
Зрозуміло, в постійному струмі просто не може бути проблем з частотою, фазою, формою імпульсу, або іншими шумами, які були у змінному струмі. Постійний струм, як ми вже з’ясували, суворо контрольованої величини, надходить на інвертор, де вже перетворюється на змінний струм зі строго контрольованою формою імпульсу, частотою і фазою, і в якому немає шумів!
Це дуже схоже на принцип роботи лазера, де звичайне електроживлення використовується лише як джерело енергії для накачування робочої системи лазера. А набравшись енергії від зовнішніх, абсолютно некогерентных і несинхронних тегів джерел, лазер з цієї енергії генерує когерентний і погоджений імпульс, що володіє такою руйнівною і творчою силою.
І що не кажи, я захоплений простим і ефективним принципом, що забезпечує він-лайновым бесперебойникам стабільність електроживлення, яка співвідноситься до звичайної електромережі точно так само, як випромінювання лазера співвідноситься до світла звичайної настільної лампи.
Рішення на основі он-лайнових безперебійників не дешеві, і навряд чи застосовні для захисту домашнього ПК. Але для важливою, критичною апаратури, збої в роботі якої можуть принести тисячі доларів збитків, он-лайнові бесперебойники є найбільш повним відповіддю на проблему електроживлення. І вони виправдовують себе, зберігаючи серверні станції постійно працюють, банківські дані постійно і надійно збереженими, а нерви персоналу міцними, здоровими і впевненими.
Мележик Євген
Стаття написана за матеріалами компанії М-ІНФО
Читайте докладніше про джерела безперебійного живлення Liebert а також ДБЖ інших виробників
Передрук статті дозволяється за умови збереження активних посилань на сайт www.support.com.ua розміщення тексту статті без змін.