Як працюють джерела безперебійного живлення?
Перші джерела безперебійного живлення (англійською – Uninterruptible Power Supply (UPS)) були винайдені в 1934 році. Вони були задіяні на залізниці для забезпечення безпеки пасажирів у потягах. Принцип дії їх був заснований на накопичені кінетичної енергії високошвидкісним маховиком. Вони могли забезпечити резервне живлення на протязі від 20 до 90 секунд. Робота сучасних ДБЖ базується на принципі живлення навантаження мережевою напругою при її наявності та задовільної якості, чи від резервного джерела (акумулятор + інвертор) при аваріях в загальній електромережі.
Як працює джерело безперебійного живлення? Зазвичай, при штатній роботі електромережі, ДБЖ працює в режимі очікування, і напруга на навантаження подається з мережі транзитом. В цей час, також, відбувається заряджання акумуляторів вбудованих в джерело. При збої в мережі, пристрій майже миттєво перемикає навантаження на резервне джерело живлення. Час роботи пристрою в такому режимі залежить від ємності акумулятора.
Конструктивно ДБЖ складається з наступних вузлів:
- стабілізатора напруги, що підтримує стабільну напругу на виході ДБЖ при коливаннях напруги в мережі;
- акумуляторних батарей для зберігання енергії і подачі її в разі відключення мережі;
- інвертора, що перетворює постійний струм від акумулятора в змінний для живлення підключених пристроїв;
- випрямляч (зарядний пристрій) який перетворює змінний струм мережі в постійний для заряджання акумулятора.
Зараз існують три основні типи ДБЖ:
- офлайн (Off Line);
- лінійно-інтерактивні (Line Interactive);
- онлайн (On Line).
Офлайн, або як їх ще називають резервні ДБЖ є самими бюджетними та простими. UPS такого типу забезпечують захист обладнання від стрибків напруги та підтримують його живлення під час відсутності напруги в мережі. Якщо напруга мережі знаходиться в допустимому діапазоні, вона безпосередньо передається на навантаження. В аварійних ситуаціях, живлення відбувається за рахунок інвертора і акумуляторів вбудованих в ДБЖ. Такі джерела добре працюють з комп’ютерами, телевізорами, роутерами та іншою побутовою технікою з імпульсними блоками живлення, які не дуже вибагливі до якості вхідної напруги. Недоліком таких пристроїв є те, що на виході вони видають апроксимовану, а не чисту синусоїду, тому їх не можна використовувати як ДБЖ для газових котлів, холодильників, і інших приладів чутливих до форми напруги. Як правило такі ДБЖ не дуже потужні.
Лінійно-інтерактивні ДБЖ подібні до офлайн пристроїв, але в них ще вбудовано стабілізатор напруги. Перевагою таких пристроїв є те, що вони мають більший діапазон вхідної напруги, яка може коливатись в межах ± 20%. Тобто вони перемикаються на резервне джерело тільки при істотній зміні вхідної напруги. За типом встановленого в них інвертора їх поділяють на ДБЖ з апроксимованою та з чистою синусоїдою. Останні можуть застосовуватись як ДБЖ для котлів, кондиціонерів, холодильників, та інших чутливих пристроїв.
Онлайн ДБЖ це найсучасніші та найнадійніші пристрої. В них застосована технологія подвійного перетворення електроенергії. Змінний струм на вході перетворюється на постійний, після чого інвертор знову перетворює його на змінний з ідеальними синусоїдою та іншими параметрами. При зникненні вхідної напруги такий пристрій перемикається на живлення від акумуляторів. Сучасні ДБЖ такого типу обладнані системою байпас, яка дозволяє живити навантаження при виході з ладу будь якого з вузлів UPS. Всі потужні ДБЖ будуються за такою технологією. Для забезпечення тривалої роботи в якості резервного джерела живлення існує можливість підключення зовнішніх акумуляторних батарей високої ємності, або паливних генераторів. Основним недоліком таких джерел є висока ціна. Тому їх зазвичай використовують для забезпечення гарантованого енергозабезпечення професійного, чутливого обладнання.
Отже, при виборі типу ДБЖ, потрібно врахувати як якість мережі, так і навантаження з яким буде працювати джерело.
Для малопотужного, не критичного навантаження, яке не чутливе до якості живлення, допускається використання ДБЖ типу Off Line. Це дозволить заощадити ваші кошти.
Для захисту навантаження середньої потужності та критичності, в мережах з задовільною якістю напруги, застосовують ДБЖ типу Line Interactive.
Якщо потрібно забезпечити максимальний рівень захисту інформації та потужного обладнання, потрібно вибрати ДБЖ типу On Line.
Для вибору ДБЖ для квартири чи будинку, потрібно врахувати декілька важливих параметрів:
- номінальна потужність;
- час роботи в автономному режимі;
- якість вихідного сигналу.
Для визначення потужності яку повинен забезпечувати ДБЖ, потрібно підсумувати номінальні потужності всіх електроприладів, які ви плануєте живити від джерела живлення. Потужність приладів зазвичай, вимірюється в ватах (Вт), це активна потужність. Для визначення повної потужності, отримане значення потрібно поділити на коефіцієнт потужності, який для побутових пристроїв зазвичай становить від 0,6 до 0,8. Повна потужність вимірюється в вольт – амперах (ВА). Для врахування пускових струмів, які виникають в обладнанні з електродвигунами, та для врахування можливого збільшення навантаження в майбутньому, додають 20 – 30%. Прийнято вважати, що для дачі вистачить ДБЖ потужністю від 0,5 до 2кВА, для квартири 1 – 3 кВА, для приватного будинку 2 – 5 кВА, для великого котеджу 3 – 6 кВА.
Час роботи в автономному режимі залежить від ємності акумуляторів. ДБЖ з вмонтованими акумуляторами обмежені по потужності та часу роботи в режимі живлення навантаження від батарей. Для роботи ДБЖ більш тривалий час, використовують джерела з зовнішніми акумуляторами. Для розрахунку потрібної ємності акумуляторних батарей, використовують наступну формулу:
Q=(PxT)/(VxK), де
Q - потрібна ємність батарей;
P - сумарна потужність всіх пристроїв, які будуть підключені до ДБЖ, (Вт);
T - потрібний вам час автономної роботи (в годинах);
V - напруга, яку видає батарея (В);
K - коефіцієнт корисної ємності (зазвичай дорівнює 1).
Наприклад для навантаження потужністю 450Вт, для роботи на протязі 8 годин, буде потрібна батарея з напругою 12В, ємністю мінімум 300 ампер/годин.
При наявності мережі, сучасні ДБЖ не змінюють форму вихідного сигналу, але в автономному режимі, при живленні від акумуляторів, на виході може бути не чиста синусоїда, а апроксимована. На техніку з сучасними імпульсними блоками живлення це не має значного впливу, а для іншої цей параметр може бути вирішальним, бо газовий котел, холодильник, кондиціонер, та інші подібні прилади потребують живлення напругою з чистою синусоїдою.
Також обираючи ДБЖ для будинку чи квартири потрібно враховувати діапазон вхідної напруги, при якому акумулятори будуть знаходитись в режимі зберігання, або підзаряджатись при необхідності.
При виборі ДБЖ потрібно враховувати і інші функціональні можливості приладу:
- «холодний старт» – це можливість включати навантаження при відсутності централізованої мережі;
- «гаряча заміна акумуляторних батарей» - це можливість заміни акумуляторів без відключення ДБЖ;
- захист ДБЖ від перевантаження та короткого замикання;
- захист акумуляторів від глибокого розряду;
- можливість підключення до паливних генераторів;
- просте і зрозуміле налаштування;
- наявність дисплея для індикації налаштувань та режимів роботи;
- можливість підключення до ПК для збору інформації про роботу мережі і самого пристрою.
При придбанні виробу краще віддати перевагу перевіреним виробникам. Відомі бренди завжди дають гарантію на виріб. Технічні характеристики приладу збігаються із зазначеними в паспорті. Вони мають розгалужену сервісну службу.
В сучасному світі багато процесів як на виробництві, так і в побуті, залежать від стабільного електропостачання. Будь-які перебої з електрикою можуть призвести до суттєвих збитків , як фінансових, так і репутаційних. Використання ДБЖ відіграє ключову роль в вирішені питання сталого та якісного електропостачання. Інвестуючи в якісні ДБЖ, ви не лише захищаєте свої прилади, а і знижуєте ризики втрати даних та зниження продуктивності.
