Принцип работы ибп возможен ли кпд ибп 98 99

Обновлено: 05.07.2024

О КПД ИБП

КПД - коэффициент полезного действия - одна из важнейших характеристик любого оборудования, и источники бесперебойного питания здесь не исключение. И КПД ИБП оказывает влияние не только на систему энергоснабжения.

Содержание статьи:

От 94 к 96

Недавно стандартным значением КПД для ИБП многих производителей было 94%. Сегодня благодаря новым технологиям (в частности, IGBT-транзисторам) на рынке появились ИБП с КПД 96%.

Эко-режимы

Ещё один шаг, сделанный большинством производителей - разработка алгоритма работы ИБП с использованием эко-режима. Поэ эко-режимом понимается экономически-выгодный режим, при котором основные функциональные части ИБП (выпрямитель, инвертор) по сути отключены, а питание нагрузки осуществляется по линии контролируемого, а иногда и корректируемого байпаса.

Как результат, КПД повышается вплоть до 99%. Однако следует понимать, что КПД в этом случае носит ступенчатый характер. Дело в том, что эко-режим активируется лишь в случае удовлетворяющей всем требованиям внешней электросети. Если же какие-либо параметры выходят за рамки рекомендуемых, то, в зависимости от производителя, либо сразу активируется режим двойного преобразования, либо включаются в работу механизмы коррекции параметров электросети. При недостаточности их влияния ИБП также переходит в режим двойного преобразования.

Таким образом, в общем случае имеется три ступени КПД ИБП: максимальное значение в 99%, 97-98% в режиме коррекции и всё те же 96% в режиме двойного преобразования.

Влияние на кондиционирование

Вообще, КПД ИБП определяет долю паразитного тепла, выделяющегося от работающего ИБП. А это тепло необходимо отводить с помощью систем кондиционирования. Таким образом, чем ниже КПД ИБП, тем выше необходимая холодопроизводительность системы охлаждения. Для небольших помещений ИБП это приводит к экономии эксплуатационных затрат (расход электричества на кондиционеры), а для крупных объектов это выливается в заметную экономию капитальных вложений.

К слову, современные системы кондиционирования с плавным регулированием холодопроизводительности имеют повышенный КПД при малых нагрузках, поэтому повышение КПД ИБП повышает и КПД кондиционеров.

Реальный расчет

На практике это означает следующее. Сравним модели ИБП с КПД 94% и 96%, эксплуатируемых в одинаковых условиях с одинаковой загрузкой.

В случае КПД 94% мощность на входе в ИБП составит 1000 / 0.85 / 0.94 = 1251.5кВт. В случае КПД 96%: 1000 / 0.85 / 0.96 = 1225.5кВт.

Прирост КПД на 2% в абсолютной величине снижает подводимую к ИБП мощность на 2.21% (= 1 / 0.94 - 1 / 0.96).

Нагрузка на систему кондиционирования снижается с 6% от мощности ИБП до 4% от мощности ИБП, т.е. на треть. Если принять, что для отвода 3кВт тепла система кондиционирования потребляет 1кВт электроэнергии, то потребляемая кондиционерами мощность снизится с 2% от мощности ИБП до 1.33% от мощности ИБП, т.е. на 0.67%.

Источник бесперебойного питания - компонент системы питания, который располагают между нагрузкой и питающей сетью. Главная функция ИБП состоит в обеспечении бесперебойного питания. Как устроен бесперебойник? Упрощённая схема ИБП включает аккумуляторные батареи и специальные элементы ИБП, компенсирующие возмущения в магистральной сети, а именно инвертор, выпрямитель, фильтр и в некоторых случаях байпас. На сегодняшний день бесперебойники разделяют на три группы. У каждой из групп принцип работы ИБП имеет свои особенности.

Ключевым компонентом ИБП являются аккумуляторные батареи. Именно АКБ определяют сколько работает ИБП при отключении питания в сети. Как правило, в ИБП используются свинцово-кислотные аккумуляторы, имеющие следующие параметры: напряжение 12В и ёмкость 7Ач или 9Ач. АКБ относятся к типу герметичных и не обслуживаемых. В самых простых ИБП используется 1 аккумулятор, а в мощных бесперебойниках их количество может быть во много раз больше.

Резервные ИБП

Так называемые резервные ИБП являются самыми простыми и доступными. Принцип работы бесперебойника данного типа крайне прост: электропитание нагрузки осуществляется через сеть, если там имеется напряжение, в противном случае происходит переключение питания от АКБ. Зарядка АКБ осуществляется вовремя работы ИБП. Согласно статистике, эффективность таких ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.

В большинстве случаев рассказать о том, как работает ИБП для компьютера, можно сославшись на принцип работы оффлайн ИБП. Большинство домашних бесперебойников для компьютера выполнены по данной технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить является самым низким из всех существующих бесперебойников. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Зачастую такого уровня защиты для домашней техники вполне достаточно, так как качество питания в таких сетях несколько выше, чем в промышленных.

Резервные ИБП прекрасно работают в паре с компьютером, но при этом они абсолютно не совместимы для работы в паре с насосами, котлами отопления и другой подобной техникой, так как работа ИБП резервного типа не обеспечивает синусоидальную форму напряжения. Для компьютеров это не критично, так как в них используются коммутируемые источники питания. Этот факт позволяет таким устройствам выдержать небольшой провал питания за счёт наличия некоторого количества энергии в собственных конденсаторах. Время переключения офлайн с сети на АКБ колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема работы ИБП включает в себя инвертор, который превращает постоянный ток АКБ в переменный. Следует заметить, что такие ИБП, как правило, являются маломощными.

Линейно-интерактивные ИБП

Устройство и работа источников бесперебойного питания интерактивного типа практически идентичен резервным ИБП. Исключением является способность стабилизации напряжения, которое осуществляется с помощью коммутирующего устройства. Преимущество стабилизации заключается в отсутствии необходимости на переключение питания при существенных отклонениях напряжения. Отклонения входного напряжения может достигать порядка 20% от нормального значения. Выходное напряжение бесперебойника при этом практически не колеблется. Эффективность защиты линейно-интерактивных ИБП составляет 85%.

В сравнении с резервными ИБП они обеспечивают более высокий уровень защиты, но уступают онлайн ИБП. Работа бесперебойника линейно-интерактивно типа может быть разделена на две группы. Устройства, относящие к первой группе, дают на выходе аппроксимированную синусоиду, то есть ступенчатую. Вторая группа выдаёт «чистую» синусоиду без каких-либо искажений. Последние в некоторых случаях могут стать заменой онлайн ИБП. Наличие чистой синусоиды на выходе позволяет применять их для защиты электродвигателей и котлов отопления.

Онлайн ИБП

Самые надёжные и высокотехнологичные ИБП относятся к типу онлайн. В них реализована технология двойного преобразования – самая прогрессивная из всех существующих. Степень защиты обеспечиваемый такими устройствами стремится к 100% независимо от того какие режимы работы ИБП активны: от сети или АКБ.

Как работает ИБП с онлайн топологией? На самом деле принцип работы вложен в само название. Ток на входе преобразуется на выпрямителе в постоянный, после чего инвертор преобразует его снова в переменный. Переменный ток на выходе обладает идеальными параметрами как по форме напряжения, так и по его значению. ИБП содержит в себе резервную линию - байпас, по которой осуществляется питание в случае неисправности какого-либо из узлов источника бесперебойного питания.

Принято говорить, что время переключения на АКБ равно нулю, но на самом деле аккумуляторные батареи всегда подключены к цепи. Поэтому данные ИБП и называются онлайн. Такое устройство бесперебойника позволяет защитить нагрузку от любых видов возмущений, которые могут встречаться в магистральной сети.

Применяются такие ИБП для защиты критической и очень чувствительной нагрузки. Все мощные ИБП выполняются по данной технологии. Несмотря на высокую мощность применяются дополнительные решения, которые позволяют увеличить автономность. Чаще всего конструкция позволяет ИБП - как пользоваться в связке с генератором, так и с внешними АКБ.

Однако, двойное преобразование имеет и свои недостатки. Устройство ИБП является довольно сложным, что влияет на его стоимость не лучшим образом. Наличие двойного преобразования понижает КПД, но на современных ИБП он довольно высокий. Реализованы специальные технологии энергосбережения, позволяющие довести коэффициент полезного действия до максимальных значений. Кроме того, процесс двойного преобразования сопровождается тепловыделением и шумами. Стоит признать, что удельный вес всех этих минусов является несравнимо малым в сравнении со всеми достоинствами, а в главную очередь с уровнем защиты.

Коэффициент полезного действия (далее - КПД) – одна из важнейших характеристик ИБП переменного тока, которую рекомендуется учитывать при подборе подходящей модели «бесперебойника».

В нашей статье мы расскажем о том, что такое коэффициент полезного действия ИБП, какие факторы на него влияют и как данный параметр воздействует на систему электропитания.

Содержание

Что такое КПД ИБП переменного тока?

Коэффициент полезного действия представляет собой величину, характеризующую эффективность работы ИБП. Он показывает соотношение между выходной (полезной) мощностью «бесперебойника» и мощностью, потребляемой им от сети электропитания.

КПД ИБП измеряется в процентах (от нуля до единицы) и чем выше его значение, тем меньше энергии источник бесперебойного питания затрачивает на свои нужды (то есть не доводит до конечной нагрузки). При снижении КПД эффективность работы «бесперебойника» падает и существенное количество энергии расходуется впустую, в частности на выделение тепла.

Важно отметить, что чрезмерное выделение тепла приводит к нагреву внутренних элементов ИБП, а это чревато рядом негативных последствий для устройства. В частности, от этого страдают размещённые на платах силовой части электролитные конденсаторы, а также встроенные аккумуляторы (при их наличии в конструкции устройства).

У современных ИБП топологии онлайн значение КПД может варьироваться от 80 до 99% в зависимости от влияния внешних факторов и режимов работы, которых у данных моделей может быть несколько:

Обратите внимание!
Стопроцентного КПД у ИБП не может быть, поскольку функционирование внутренних компонентов устройства невозможно без потребления электроэнергии. Например, в режиме онлайн выпрямитель и инвертор работают непрерывно и расходуют электричество даже в момент, когда сетевое напряжение находится в норме. Кроме того, определённые потери происходят и при подзарядке аккумуляторов. Обратите внимание!
ИБП в режиме «ECO» может находится только тогда, когда электросеть будет иметь необходимое значение сетевого напряжения (в некоторых моделях такое значение можно настроить вручную). Если же параметры сети выходят за установленные рамки, то ИБП автоматически перейдет в режим «онлайн» и его КПД изменится.

Основные факторы, влияющие на КПД ИБП

На КПД источника бесперебойного питания влияют такие факторы, как мощность подключенной нагрузки, значение входного сетевого напряжения, а также заряд батареи.

Разберем данное влияние на конкретных примерах:

ИБП с выходной мощностью 1000 ВА/900 Вт, мощностью холостого хода 25 Вт и заявленным значением КПД в режиме «онлайн» 96%;
нагрузку с потребляемой мощностью 200 Вт, что примерно 23% от мощности источника питания;
сетевое напряжение 220 В.

В данной ситуации ИБП из сети потребит 225 Вт (мощность нагрузки + мощность ИБП в режиме холостого хода) и фактический КПД в режиме «онлайн» составит 85%.

Отметим, что здесь мы не учли потребление энергии зарядным устройством, которое может забрать из сети дополнительные Ватты и, соответственно, понизить КПД ещё на несколько процентов.

Данные по ИБП и сети аналогичны предыдущему примеру, а нагрузка увеличена до 900 Вт.

Из вышерассмотренных примеров видно, что чем больше мощность нагрузки соответствует номинальной мощности ИБП, тем выше будет значение его КПД. Поэтому подбирать ИБП по мощности необходимо в соответствии с суммарной мощностью подключаемых электроприборов, а рекомендуемый запас не должен превышать 20-30% (выбирать модель совсем без мощностного запаса тоже не следует).

Подробнее о правильном подборе ИБП можно прочитать в статье «Как выбрать ИБП?».

Обратите внимание!
В обоих примерах сетевое напряжение стабильно и имеет номинальное значение, поэтому целесообразно использовать режим работы «ECO» (при его наличии в устройстве), который позволит питать любую нагрузку через ИБП с максимальным КПД.

ИБП аналогичен первомувторому примеру, а нагрузка - второму примеру. Значение сетевого напряжения составляет 180 В.

КПД устройства снизится.

Какой КПД имеют модели ИБП производства ГК «Штиль»?

Российский производитель систем электропитания ГК «Штиль» выпускает широкий модельный ряд однофазных и трехфазных онлайн ИБП мощностью от 0,25 до 500 кВА. Устройства в зависимости от модели представлены в настенном, напольном, стоечном, универсальном (стоечное/напольное), шкафном и модульном исполнении.

ИБП «Штиль» подходят для работы с большинством современных нагрузок и применяются как в быту, так и в коммерческом и промышленном секторах.

Работа ИБП «Штиль» основана на технологии двойного преобразования энергии, которая обеспечивает:

ИБП «Штиль» имеют следующие показатели КПД в разных режимах работы:

в режиме онлайн (то есть во время стабилизации сетевого напряжения) – до 96%;
в режиме работы от аккумуляторных батарей – до 95%;
в режиме байпас или ECO – 99%.

Отметим, что данные показатели КПД являются одними из самых высоких по сравнению с ИБП топологии онлайн других производителей.

Блоки питания

Аварийные ситуации в сети электропитания, работа самодельного сварочного оборудования, непогода с сильным ветром. Все это может привести к выходу из строя высокотехнологичного оборудования, применяемого в быту, офисах и производстве. Для защиты от таких неприятностей существует ИБП. Что такое ИПБ разберем ниже

1. ИБП — расшифровка, краткое описание устройства

ИБП – это Источник Бесперебойного Питания. Это прибор, который обеспечивает бесперебойную подачу напряжения в случае аварий с электропитанием. Он накапливает энергию и при аварии с питанием подменяет основной источник подачи электроэнергии и дает возможность корректно выключить компьютер или дождаться восстановления подачи электроэнергии. Бесперебойник срабатывает как при падении напряжения ниже определенного значения, так и при повышении выше определенной заранее заданной величины.

2. Основная функция

Основная функция – защитить потребитель электроэнергии (компьютер или другое высокотехнологичное оборудование) от отключения напряжения посредством использования аккумуляторной батареи (АКБ). Но если это узел связи, хирургическая операционная, промышленное предприятие непрерывного цикла или еще какой-нибудь объект, требующий беспрерывной работы, то используется целый комплекс мер. В первый момент включается аккумуляторная батарея. Она дает время включиться альтернативному источнику – дизель-генератору.

2.1. Зачем он нужен

ИПБ защищает потребителя от электрических помех в сети обеспечивая на выходе чистый синусоидальный сигнал соответствующего напряжения и силы тока. Вот для чего нужен ИПБ.

2.2. Срок службы ИБП

Срок службы источника бесперебойного питания ограничен сроком службы АКБ. Длительность работы зависит от частоты включения и от качества и схемотехники зарядной части. Если они не очень качественные, то приблизительно на 2 – 2,5 года. Если качественные, то можно надеяться и на 5-6 лет.

3. Типы источников бесперебойного питания, принцип действия

Стандарт IEC 62040-3 имеет классифицирует все ИБП для питания бытовой высокотехнологичной техники по схеме построения:

Резервные;
Линейно-интерактивные;
Двойного преобразования.

В зависимости от напряжения нагрузки ИБП бывают:

Однофазными;
Трехфазными;
Однофазные в трехфазных групповых сетях.

3.1. Резервный

Резервный ИБП (другие названия Off-line, Back UPS, Standby) – это электронный прибор, переключающий питание оборудования на резервный аккумулятор (находится в составе устройства) при сбоях питания.

Недорогие бесперебойники предназначенные для защиты не очень важных рабочих станций. Устройство передает входное напряжение непосредственно на нагрузку. Контролируется качество подачи напряжения и при сбоях питания переводится на питание от батареи через инвертор. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.2. Линейно-интерактивный

ИБП данного вида обеспечивают питание через ступенчатый стабилизатор. Данный узел устройства корректирует напряжение на входе (повышенное и пониженное) и фильтрует помехи. При сбое питания включается батарея и через инвертор питает нагрузку. Время переключения с внешнего питания на АКБ приблизительно 0.01 сек.

3.3. ИБП двойного преобразования

4. Схема ИБП (электрическая)

Как работает ИПБ.

Блок схема данного резервного ИБП выглядит так:

При выходе напряжения за установленные пределы включается резервный режим. Питание от АКБ через инвертор поступает на нагрузку.

ИБП интерактивного типа имеют блок-схему следующего вида:

Здесь уже существует встроенный стабилизатор напряжения. Он существенно расширяет диапазон входного напряжения и только при пропадании напряжения начинает питать нагрузку от АКБ.

ИБП двойного преобразования выглядят так:

Он полностью отделяет нагрузку от входа осуществляя гальваническую развязку. Такая конструкция не позволит помехам, а главное коротким, высоковольтным импульсам, наведенным от реактивной нагрузки в электрической сети разрушать электронику нагрузки.

5. Правила подбора ИБП

ИБП подбираются по нескольким параметрам. Это:

Время работы;
Характеристики нагрузки;
По рекомендациям производителей;
По специальным формулам.

Бесперебойник должен дать пользователю время для корректного закрытия приложений открытых на его компьютере. Это время зависит от мощности потребляемой нагрузки, от вида нагрузки. Ведь в качестве нагрузки может быть не только бытовой компьютер, но и сервер, на котором хранятся очень важные данные, или газовый котел, электроника которого должна быть защищена, но не так критична по требованиям.

5.1. Как рассчитать время работы ИБП

На каждом ИБП имеется маркировка, сообщающая о параметрах устройства. Простой расчет возможен по мощности, которую обеспечивает бесперебойник и мощности потребителя. Мощность нагрузки (самое простое: можно увидеть мощность блока питания компьютера на маркировке) не должна быть выше мощности объявленной производителем источника бесперебойного питания. Тогда у Вас гарантировано будет время (приблизительно 15-20 минут) для корректного выключения компьютера.

5.2. Факторы, влияющие на время работы

Как уже было сказано это:

Потребляемая мощность и характер потребления;
Емкость батарей и их техническое состояние;
Сила тока зарядного устройства ИБП.

Нагрузка может иметь различный характер. Соответственно учитываются потери при передаче энергии от АКБ до нагрузки. Для этого используют различные коэффициенты. Для компьютера обычно выбирают коэффициент 0,85.

Аккумуляторы имеют емкость (измеряются в ампер-часах), и напряжение заряда. Со временем их емкость снижается. На скорость выхода из строя влияют:

Потребляемая мощность – должен быть запас по мощности;
Условия и частота включения – количество циклов заряда/разряда ограничены;
Глубина разряда – нельзя чтобы АКБ разряжалась до 0%;
Рабочая температура АКБ – при температуре выше 40 градусов батарея разряжается быстрее.

5.3. По рекомендации производителя

Как выбрать ИПБ

Производитель ИБП с большой точностью может прогнозировать время автономной работы так как перед началом выпуска в продажу тщательно тестирует свою продукцию. Поэтому на его рекомендации всегда можно опереться при подборе бесперебойника.

5.4. По формулам

Для расчета времени работы есть усредненный расчет времени автономной работы:

Емкость аккумулятора (Ампер-час) * напряжение аккумуляторов (вольт)/ постоянную нагрузку (Ватт)

То есть если емкость АКБ – 50 Ампер-часов, напряжение – 12 В, мощность нагрузки -600 Вт, то 50*12/600 = 1 час. Это и будет время автономной нагрузки.

Есть уточненная формула:

tибп = Uакб * Сакб * N * K * Кгр * Кде/ Рнагр

6. Дополнительные функции

Кроме основной функции ИБП – обеспечение питания аппаратуры электроэнергией при сбоях в подаче электроэнергии все источники бесперебойного питания имеют в своем составе фильтры ограничивающие импульсные помехи. Более серьезные еще регулируют напряжение на входе. Бесперебойник с двойным преобразованием обеспечивают гальваническую развязку входа и выхода надежно защищая от всяких «энергетических катаклизмов».

6.1. Синхронизация с ПК

В комплект поставки входит специальная программа, позволяющая подключить ИБП к компьютеру и контролировать ситуацию с электропитанием. Подключение производится через USB-, RS-232- или RJ-45 разъем.

6.2. Холодный старт

Это возможность включить компьютер с ИБП при отсутствии внешнего электропитания и последующей работы. Например, срочная отправка или прием почты.

6.3. Розетка

Выход ИБП может оборудован несколькими розетками различного типа.

Обычная евророзетка (CEE 7/4);
Компьютерная (IEC 320 C13 или IEC 320 C19);

7. Что лучше ИБП или стабилизатор

ИБП и стабилизатор, не смотря на свою похожесть выполняют разные функции.

7.1. Сравнительная характеристика

Стабилизатор работает постоянно и выравнивает напряжение на входе. На выходе выдается постоянный уровень напряжения, требуемый для устройства нагрузки. В случае аварии по питанию (на входе 0 напряжения) стабилизатор просто отключится.

ИБП также стабилизирует напряжение на выходе, но при отключении внешнего напряжения еще продолжает некоторое время поддерживать уровень напряжения питания нагрузки.

Читайте также: