Джерела і системи безперебійного живлення

Неякісне електроживлення — одна з основних проблем виходу з ладу побутової, офісної або промислової техніки. Попри те, що перешкоди, що виникають в електричній мережі, мають періодичний характер, вони чинять згубний вплив на компоненти сучасних електронних пристроїв, що під'єднуються до розетки. Для захисту критично необхідного обладнання або збереження даних у разі зникнення живильної напруги найчастіше використовуються джерела безперебійного живлення.

Джерело безперебійного живлення — компонент системи живлення, який розташовують між навантаженням і мережею живлення. Головна функція ДБЖ полягає в забезпеченні безперебійного живлення. Як влаштований безперебійник? Спрощена схема ДБЖ містить акумуляторні батареї та спеціальні елементи ДБЖ, компенсувальні зривання в магістральній мережі, а саме інвертор, випрямляч, фільтр і в деяких випадках байпас. На сьогодні безперебійники розділяють на три групи. У кожної з груп принцип роботи ДБЖ має свої особливості.

Ключовим компонентом ДБЖ є акумуляторні батареї. Саме АКБ визначають, скільки працює ДБЖ у разі вимкнення живлення в мережі. Зазвичай, в ДБЖ використовуються олив'яно-кислотні акумулятори, що мають такі параметри: напруга 12 В і ємність 7 А·год або 9 А·год. АКБ належать до типу герметичних і тих, хто не обслуговується. У найпростіших ДБЖ використовується 1 акумулятор, а в потужних безперебійниках їх кількість може бути в багато разів більшою.

Сучасні безперебійники діляться на три класи: резервні або offline, лінійно-інтерактивні, з подвійним перетворенням енергії.

Так звані резервні ДБЖ є найпростішими та доступними. Принцип роботи безперебійника цього типу вкрай простий: електроживлення навантаження здійснюється через мережу, якщо там є напруга, в іншому разі відбувається перемикання живлення від АКБ. Заряджання АКБ здійснюється вчасно роботи ДБЖ. Згідно зі статистикою, ефективність таких ДБЖ у разі збою живлення становить 55-60%.

Резервні ДБЖ прекрасно працюють у парі з комп'ютером, але водночас вони абсолютно не сумісні для роботи в парі з насосами, котлами опалення та іншою такою технікою, оскільки робота ДБЖ резервного типу не забезпечує синусоїдальну форму напруги. Для комп'ютерів це не критично, оскільки в них використовуються комутовані джерела живлення. Цей факт дає змогу таким пристроям витримати невеликий провал живлення завдяки наявності деякої кількості енергії у власних конденсаторах. Час перемикання офлайн із мережі на АКБ коливається від 2 до 15 мілісекунд. Схема роботи ДБЖ містить інвертор, який перетворює постійний струм АКБ на змінний. Треба зауважити, що такі ДБЖ зазвичай є малопотужними.

Пристрій і робота джерел безперебійного живлення інтерактивного типу практично ідентичний резервному ДБЖ. Винятком є здатність стабілізації напруги, яка здійснюється за допомогою комутуювального пристрою. Перевага стабілізації полягає в бракі потреби на перемикання живлення за істотних відхилень напруги. Відхилення вхідної напруги може досягати приблизно 20% від нормального значення. Вихідна напруга безперебійника водночас практично не коливається. Ефективність захисту лінійно-інтерактивних ДБЖ становить 85%. Порівнюючи з резервними ДБЖ, вони забезпечують вищий рівень захисту, але поступаються онлайн-БЖ.

Найнадійніші та найбільш технологічні ДБЖ належать до типу онлайн. У них реалізована технологія подвійного перетворення — найпрогресивніша з усіх наявних. Ступінь захисту, що забезпечується такими пристроями, прагне до 100% незалежно від того, які режими роботи ДБЖ активні: від мережі або АКБ. Принцип роботи вкладений у саму назву. Струм на вході перетворюється на випрямляча на постійний, після чого інвертор перетворює його знову на змінний. Змінний струм на виході має ідеальні параметри як за формою напруги, так і за його значенням. ДБЖ містить у собі резервну лінію — байпас, якою забезпечується живлення в разі несправності будь-якого з вузлів джерела безперебійного живлення.

Застосовуються такі ДБЖ для захисту критичного та дуже чутливого навантаження. Усі потужні ДБЖ виконуються за цією технологією. Попри високу потужність застосовуються додаткові рішення, які дають змогу збільшити автономність. Найчастіше конструкція дає змогу ДБЖ — як користуватися у зв'язці з генератором, так і з зовнішніми АКБ.

Однак подвійне перетворення має і свої вади. Пристрій ДБЖ є досить складним, що впливає на його вартість не найкращим чином. Наявність подвійного перетворення знижує ККД, але на сучасних ДБЖ він досить високий. Реалізовані спеціальні технології енергоощадження, що дають змогу довести коефіцієнт корисної дії до максимальних значень. Крім того, процес подвійного перетворення супроводжується тепловиділенням і шумами. Варто визнати, що питома вага всіх цих мінусів є незрівнянно малою, порівнюючи з усіма перевагами, а в головну чергу з рівнем захисту.