Блог завода Броня

Как выбрать подходящий ИБП

Ламинарный твердотопливный котел TKR от завода “Броня” - это надежная, проверенная временем механическая конструкция. Однако для работы системы обвязки и, в частности, трехходового клапана и насоса необходим постоянный источник электропитания. Если его нет - в случае аварийного отключения электроэнергии - котел может “закипеть” и выйти из строя. Поэтому наличие ИБП - обязательно! Кроме того, к одному бесперебойнику можно подключить сразу несколько устройств - от котла до компьютера. Разберемся в разных типах ИБП, их технических характеристиках и особенностях, на которые стоит обратить внимание при покупке.

Что такое ИБП

Источник бесперебойного питания (ИБП) - это устройство, предназначенное для поддержания непрерывной подачи электроэнергии на подключенное оборудование в случае кратковременного отключения питания или при аномальных колебаниях напряжения. ИБП также обеспечивает защиту от высоковольтных импульсов, электромагнитных и радиочастотных помех.

Обычно ИБП состоит из следующих основных компонентов:

  • Входной фильтр: компонент обеспечивает фильтрацию входного напряжения, чтобы исключить нежелательные помехи и сигналы.
  • Преобразователь напряжения: отвечает за преобразование входного переменного напряжения в постоянное, которое затем преобразуется обратно в переменное напряжение с требуемыми параметрами.
  • Аккумуляторная батарея: обеспечивает резервное питание нагрузки при отсутствии или нестабильности входного напряжения.
  • Инвертор: устройство преобразует постоянное напряжение аккумуляторной батареи в переменное, которое подается на выход ИБП.
  • Зарядное устройство: заряжает аккумуляторную батарею при наличии входного напряжения.
  • Микропроцессор и система управления: обеспечивают мониторинг состояния ИБП, управление его работой и передачу информации о состоянии устройства пользователю.
  • Выходные фильтры: компоненты обеспечивают фильтрацию выходного напряжения для исключения помех и сигналов.

Резервный (off-line или standby) ИБП

Наиболее простой тип ИБП, который используется для защиты отдельных устройств (например, компьютера) от кратковременных сбоев электропитания. В нормальном режиме работы напряжение электросети подается на нагрузку напрямую, а при пропадании или сильном его отклонении включается инвертор ИБП, и нагрузка переключается на питание от аккумуляторной батареи. Время переключения обычно составляет несколько миллисекунд, что позволяет сохранить работоспособность оборудования при кратковременных сбоях электропитания.

Резервные ИБП имеют несколько недостатков:

  • невысокий КПД, обусловленный частым переключением между режимами питания;
  • невозможность корректировать параметры выходного напряжения, что может вызвать проблемы при работе с чувствительным оборудованием;
  • ограниченная мощность нагрузки, так как для питания нескольких устройств требуется несколько ИБП, что увеличивает стоимость системы в целом.

Линейно-интерактивный ИБП (line-interactive UPS)

Тип ИБП, который обеспечивает стабилизацию напряжения и фильтрацию сетевых помех. Он включает в себя автоматический регулятор напряжения (AVR), который регулирует выходное напряжение в соответствии с входным электросети.

Линейно-интерактивные ИБП обеспечивают лучшее качество выходного напряжения по сравнению с резервными ИБП, но они также имеют более высокий уровень шума и меньшую эффективность при низком уровне нагрузки.

Линейно-интерактивные ИБП имеют следующие недостатки:

  • менее быстрое время переключения, чем у резервных ИБП.
  • более высокая стоимость по сравнению с резервными ИБП;
  • меньшая эффективность при низком уровне нагрузки;

ИБП с двойным преобразованием (on-line, double conversion)

Самый продвинутый и надежный тип ИБП. Он обеспечивает максимальное качество выходного напряжения и защиту от всех видов сбоев электропитания.

В этом типе ИБП входное напряжение электросети преобразуется в постоянное и затем обратно в переменное с помощью инвертора. Это позволяет корректировать параметры выходного напряжения и обеспечивать стабильное питание нагрузки независимо от изменений входного напряжения. Кроме того, ИБП с двойным преобразованием имеют высокий КПД и могут работать в экономичном режиме при нормальном входном напряжении.

ИБП с двойным преобразованием имеют следующие недостатки:

  • высокая стоимость по сравнению с другими типами ИБП;
  • большие габариты и вес из-за наличия инвертора и батарей;
  • возможность создания шума при работе инвертора;
  • сложность обслуживания и ремонта из-за большого количества компонентов.

Как рассчитать активную выходную мощность ИБП

Для расчета активной выходной мощности ИБП необходимо знать следующие параметры:

  • напряжение на выходе ИБП (Vout);
  • ток на выходе ИБП (Iout);
  • коэффициент мощности нагрузки (PF).

Активная выходная мощность ИБП рассчитывается по формуле:

Pout = Vout * Iout * PF

Например, если напряжение на выходе ИБП составляет 220 В, ток на выходе - 5 А, а коэффициент мощности нагрузки - 0,8, то активная выходная мощность ИБП будет равна:

Pout = 220 * 5 * 0.8 = 880 Вт

Есть еще более простой способ - нужно сложить вместе мощности всего оборудования и прибавить еще 25-30 % про запас.
ВАЖНО! ИБП для техники с электродвигателями должны быть способны выдерживать высокие пусковые токи, которые могут в несколько раз превышать номинальный ток двигателя - так, потребляемая пусковая мощность может вырасти кратковременно до 5 раз!

Как рассчитать полную выходную мощность ИБП

Полная выходная мощность (ВА) ИБП рассчитывается по следующей формуле:

Sout = √(Pout^2 + Qout^2)

где Pout - активная выходная мощность, Qout - реактивная выходная мощность.

Для расчета реактивной мощности необходимо знать коэффициент мощности нагрузки (cos φ) и активную мощность:

Qout = Pout / cos φ

Коэффициент мощности (power factor) - это величина, характеризующая эффективность использования электрической энергии. Он показывает отношение активной мощности (которая идет на совершение полезной работы) к полной мощности (суммарной мощности всех видов энергии).

Значения коэффициента мощности могут колебаться от 0 до 1. Устройства с коэффициентом мощности, равным 1, называются “идеальными”. В реальности, большинство бытовых электроприборов имеют коэффициент мощности около 0,7-0,9.

Ниже - некоторые типичные значения коэффициента мощности для различных электроприборов:

  • лампы накаливания: 1;
  • люминесцентные лампы: 0,92-0,95;
  • электрические плиты: 1;
  • холодильники: 0,9-0,95;
  • стиральные машины: 0,9-0,95;
  • телевизоры: 0,9-0,95.

Важно отметить, что коэффициент мощности может изменяться в зависимости от нагрузки на устройство и его состояния. Поэтому, для более точной информации, необходимо смотреть спецификации конкретного устройства в техническом паспорте.

ИТОГО:

Если, например, активная выходная мощность равна 880 Вт, а коэффициент мощности равен 0,8 (cos φ = 0,8), то реактивная мощность будет равна:

Qout = 880 / 0.8 = 1099 Вар

Тогда полная выходная мощность составит:

Sout = √(880^2 + 1099^2) ≈ 906 ВА
ВАЖНО! Каждую отдельную фазу трехфазного ИБП можно загружать не более ⅓ от общего числа всей мощности.
Выглядит все очень сложно, но хорошая новость в том, что есть специальные онлайн-калькуляторы, созданные крупными производителями ИБП.

Тип формы напряжения ИБП

Характеристика ИБП, которая определяет форму выходного напряжения.

Существует несколько типов форм.

  • Синусоидальная форма - наиболее близкая к форме напряжения в электросети, обеспечивает максимальную совместимость с нагрузкой и возможность работы с индуктивными нагрузками (электродвигателями, трансформаторами и т.д.). Используется в ИБП с двойным преобразованием и в некоторых линейно-интерактивных ИБП.
  • Квазисинусоидальная (или аппроксимированная синусоида) форма - имеет небольшие искажения по сравнению с синусоидой, но обеспечивает более высокую эффективность и меньшее искажение входного тока. Используется в линейно-интерактивных ИБП и в некоторых ИБП с двойным преобразованием.
  • Прямоугольная (или ступенчатая) форма - имеет высокий уровень гармоник и не подходит для работы с некоторыми видами нагрузки, например, с высококачественными аудиосистемами и измерительными приборами. Используется в самых простых резервных ИБП и некоторых линейно-интерактивных ИБП начального уровня.

Выбор типа формы напряжения зависит от типа нагрузки и требований к качеству электропитания. Для большинства бытовых приборов подходит синусоидальная или квазисинусоидальная форма напряжения.
Для чувствительного к форме входного напряжения оборудовании возможен исключительно ИБП чистой синусоидой на выходе.

Стабильность выходного напряжения ИБП

Параметр, который характеризует способность ИБП поддерживать постоянное выходное напряжение при изменении нагрузки или входного напряжения электросети.

ИБП с двойным преобразованием обеспечивают наилучшую стабильность выходного напряжения благодаря использованию инвертора для коррекции параметров выходного напряжения. Линейно-интерактивные и резервные ИБП также обеспечивают стабильность выходного напряжения, но с некоторыми ограничениями и в зависимости от модели.

Таким образом, выбор ИБП по стабильности выходного напряжения зависит от требований к качеству электропитания и типа нагрузки. Для чувствительных устройств и оборудования, требующего стабильного питания, рекомендуется использовать ИБП с двойным преобразованием, а для менее требовательных устройств подойдут линейно-интерактивные или резервные ИБП.

Минимальное и максимальное входные напряжения ИБП

Параметры, которые характеризуют диапазон входных напряжений, в котором ИБП может нормально функционировать.

Большинство современных ИБП имеют автоматическое регулирование входного напряжения, позволяя им работать в широком диапазоне входных без необходимости ручного вмешательства. Однако, для обеспечения максимальной надежности и продолжительности срока службы ИБП, рекомендуется выбирать модель с достаточным запасом по входному напряжению, особенно при проживании в регионе с нестабильным напряжением электросети.

Защита ИБП

Типы защиты ИБП могут иметь различные опции, включая:

  • защита от перегрузки - предотвращает перегрев и повреждение ИБП и подключенного оборудования при превышении допустимой мощности нагрузки;
  • защита от короткого замыкания - отключает ИБП и нагрузку при возникновении короткого замыкания, предотвращая повреждение оборудования и возгорание;
  • защита от перенапряжения и пониженного напряжения - предотвращает повреждение ИБП и нагрузки при резких скачках или провалах напряжения электросети;
  • защита от импульсных помех и шумов - фильтрует нежелательные электрические сигналы и защищает нагрузку от воздействия электромагнитных помех;
  • тепловая защита - отключает ИБП при перегреве, предотвращая его повреждение и обеспечивая безопасность использования.

Аккумуляторные батареи ИБП и время зарядки

В современных ИБП (в большинстве своем) установлены свинцово-кислотные АКБ. Время зарядки зависит от емкости и типа аккумуляторной батареи, а также от зарядного устройства. В среднем, время зарядки может составлять от нескольких часов до нескольких дней. Некоторые ИБП имеют функцию быстрой зарядки, которая позволяет быстрее зарядить аккумуляторную батарею. В любом случае, время зарядки должно быть указано в спецификации ИБП.

Во многих ИБП предусмотрена возможность замены батарей. В некоторых моделях батареи являются сменным элементом, который можно заменить при выходе из строя или при окончании срока службы. В других случаях батареи могут быть несъемными, но предусмотрена возможность их замены сервисным центром. Важно выбирать ИБП с возможностью замены батарей, чтобы обеспечить продолжительный срок службы и избежать дорогостоящей замены всего устройства.

Горячая замена батарей позволяет заменять батареи ИБП без отключения питания нагрузки. Это может быть полезно в случаях, когда необходимо заменить батареи без прерывания питания подключенного оборудования. Во многих современных ИБП предусмотрена горячая замена батарей, но эта функция может быть недоступна в некоторых моделях.

Также во многих моделях ИБП предусмотрена возможность подключения внешних батарей для увеличения времени автономной работы. Это может быть полезным, если требуется обеспечить длительное время работы нагрузки. При подключении внешних батарей необходимо убедиться, что ИБП и внешние батареи совместимы и правильно подключены.

Разъемы и интерфейсы ИБП

В современных ИБП, как правило, 2 типа разъемов:

  • евророзетки - универсальные;
  • компьютерные розетки IEC 320 C13.

Многие ИБП оснащены информационными интерфейсами для мониторинга и управления устройством. Наиболее распространенные интерфейсы включают USB, RS-232 и Ethernet. Некоторые модели также имеют поддержку протокола SNMP для удаленного управления и мониторинга.