Давайте разберемся, чем принципиально отличаются ИБП по своей внутренней электрической схеме, и какое качество синусоиды у них на выходе.
Думаю, принцип действия мои читатели знают, поэтому не буду много об этом распространяться.
Я достаточно подробно писал о принципах работы ИБП в статье на блоге.
А вот статья про использование ИБП для питания промышленного оборудования.
1. Off-Line
Эти ИБП называют иногда Back или Standby. Принцип – когда уровень напряжения в допустимых пределах, напряжение идет со входа на выход как есть. Но когда сетевое напряжение выходит за определенные пределы, нагрузка подключается к выходу встроенного инвертора (генератора), преобразующего напряжение постоянного тока от аккумуляторной батареи (АКБ) в напряжение переменного тока стандартной частоты и напряжения.
С напряжением на выходе Off-Line ИБП не очень гладко. В том смысле, что на его выходе в автономном режиме нет привычной нам чистой и гладкой синусоиды. На выходе – так называемая аппроксимированная (ступенчатая) синусоида, а в самых дешевых моделях - импульсы со ступенькой около нуля.
По факту это напряжение с частотой 50 Гц и гармониками. Коэффициент гармоник может достигать 20%.
2. Line-Interactive
Такой тип ИБП ещё называют Smart-UPS, он в некоторых пределах стабилизирует выходное напряжения в дежурном режиме, напоминая работу релейного стабилизатора напряжения. Если же входное напряжение выходит за пределы, «умный стабилизатор» переключается на работу от АКБ (в автономный режим).
В остальном принцип действия Line-Interactive ИБП ничем не отличается от Off-Line ИБП, поэтому рассматривать его не будем.
3. On-Line
Это – лучшая из существующих схем ИБП. В On-Line ИБП происходит двойное преобразование энергии – из переменного напряжения в постоянное, а потом из постоянного в переменное. Получаем следующие плюсы:
· Постоянно работающий инвертор обеспечивает стабильное напряжение 230 В ±1% (как идеальный стабилизатор),
· "Чистый" синус на выходе с ничтожно малым коэффициентом гармоник,
Теперь давайте пройдёмся по понятию "чистый синус".
Что такое чистый синус?
Какой бы ни был инвертор внутри ИБП, он не может физически генерировать то, что в рекламных текстах называют "Чистый идеальный синус". У чистого синуса присутствует только одна гармоника, в данном случае - 50 Гц. При этом коэффициент нелинейных искажений формы напряжения будет равен 0%. Это доля других гармоник, кроме основной.
Такого не бывает даже у высокоточных лабораторных измерительных генераторов.
Скриншот из статьи "Источник бесперебойного питания" в Википедии:
Сейчас в любых типах ИБП используется примитивная аппроксимация, когда выходная волна формируется высокочастотными импульсами с последующим сглаживанием на LC-фильтре или без оного.
Амплитуда и скважность каждого импульса задают необходимую для данного момента времени амплитуду выходного сигнала инвертора. В хороших Online ИБП коэффициент нелинейных искажений КНИ менее 3%, а это достаточно низкое значение.
Для примера, профессиональный ИБП от Schneider (MGE Galaxy 300, 15 кВ·А, 400 В)
К слову, по ГОСТ 32144-2013 (табл.5) в обычной городской сети коэффициент искажений формы напряжения может быть до 12%:
Происходит так, как и в преобразователях частоты, где напряжение формируется высокочастотными импульсами - это же и есть качественная аппроксимация, если импульсы (ступеньки) достаточно малы.
В Online UPS в этом смысле формирование синуса более качественное, и в лучших моделях КНИ около 1%.
Действительно, можно сказать, что форма волны нашего инвертора это качественная аппроксимация синусоиды. Только у нас не ступенчатая аппроксимация и импульсы это не ступеньки. В форме выходного напряжения инвертора нет ступенек, переход между уровнями амплитуды происходит плавно, а не скачками. Принципы формирования ступенчатой аппроксимации иные.
В Offline ИБП принцип формирования выходного напряжения такой же, но другие схемотехнические решения, поэтому КНИ больше. В дорогих моделях он может быть и менее 5%, в дешевых - до 20%.
То есть, во всех типах ИБП на выходе стоит инвертор, выдающий аппроксимированную синусоиду, только в разных моделях аппроксимация разная по качеству, это качество выражается в проценте гармоник.
Выбор ИПБ по чистоте синуса
При выборе обращайте внимание на коэффициент нелинейных искажений (долю высших гармоник в выходном напряжении)! Например, в некоторых ИБП этот параметр не превышает 3%. А это говорит о том, что внутренний инвертор обеспечивает практически идеальную аппроксимацию синусоиды.
Если смотреть на тип ИБП, у Offline UPS может быть такая ситуация, что в дежурном режиме напряжение идёт из сети в нагрузку с искажениями 10%, а при переключении на инвертор синус будет более качественным, с КНИ 5%.
Поэтому, выбирая тип ИБП для котла, смотрите не на заверения продавцов, а на то, насколько чистый синус выдаёт внутренний инвертор. Часто бывает, что Offline, цена которого в 3-5 раз меньше чем у Online UPS, прекрасно подходит для работы котла.
Конечно, есть тонкости - сквозной ноль, внешние аккумуляторы, способность к перегрузкам, и т.д. но сейчас не об этом.
Иными словами, коэффициент гармоник - это первое, на что надо смотреть после мощности при выборе ИБП. Как правило, при плохой аппроксимации параметр КНИ запрятан где-то глубоко в инструкции.
Вот что пишет у себя на сайте один из продавцов:
Это единственный подобный текст, у всех обычно заявляется о идеальности категорично и безаппеляционно.
Я не истина в последней инстанции, поэтому, если что-то не так, пишите - будем разбираться вместе!
Мои статьи про ИБП тут:
Виды ИБП: принципы действия и осциллограммы на выходе,
Установка ИБП в управляющую цепь промышленного оборудования,
Детальное исследование Online UPS с "чистым" синусом:
Ещё статьи в тему:
Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт - https://samelectric.ru/ и в группу ВК - https://vk.com/samelectric
Обращение к читателям, которым есть, что сказать: Если Вы готовы стать Автором, я могу предоставить страницы своего сайта!