Джерело безперебійного живлення (ДБЖ), ;UPS (англ. Uninterruptible Power Supply) — вторинний джерело електроживлення, призначений для електроживлення при короткочасному відключенні основного джерела електроживлення, а також для захисту від існуючих перешкод у мережі зі збереженням допустимих параметрів для мережі основного джерела. Основна функція ДБЖ полягає в забезпеченні безперервності подачі електроживлення. ДБЖ також можуть використовуватися для поліпшення якості джерела електроживлення, утримуючи його характеристики в заданих межах. В якості основного джерела (первинного) може використовуватися електроживлення, що надходить від електромережі або генератора.
Джерело безперебійного живлення складається з:
- перетворювачі;
- перемикачі;
- пристрій зберігання електроенергії (наприклад, акумуляторних батарей).
Найбільш поширене побуті та в офісах застосування — вимкнення комп'ютера без втрати даних у разі вимкнення електроенергії. Застосування ДБЖ дозволяє підключене до ДБЖ обладнання при зникненні електричного струму або при виході його параметрів за допустимі норми, деякий нетривалий (як правило – до 10 – 15 хвилин) час продовжити роботу.
Крім комп'ютерів, ДБЖ забезпечують живленням та інше електричне навантаження, критичне до наявності живлення з нормальними параметрами електроживильної мережі, наприклад, схеми управління опалювальними котлами. ДБЖ здатний коригувати параметри (напруга, частоту) вихідної мережі. Вкрай рідкісні екземпляри можуть поєднуватися з різними видами генераторів електроенергії (наприклад, дизель-генератором). Вимогу використання джерела безперебійного живлення в системах пожежної автоматики встановлено в законодавстві.
ДБЖ — це насамперед допоміжний пристрій, тому для постійного та довготривалого живлення комп'ютера не годиться. Найкраще для цих цілей служить інші пристрої, наприклад, ІРП— джерела резервного живлення, генератори.
Існують 3 типи ДБЖ: UPS Off-Line , UPS On-Line , UPS Line-Interactive . Інші варіанти пристроїв фактично є похідними.
Визначаються такі норми в електроживильній мережі: напруга 220 В ± 5% (граничні значення ± 10%); частота 50 Гц ± 0,2 Гц (граничні значення ± 0,4 Гц); коефіцієнт нелінійних спотворень форми напруги менш 8 % (довго) і менш 12 % (короткочасно).
Несправності в мережі живлення вважаються:
- аварія напруги мережі (напруга в мережі живлення повністю зникла);
- високовольтні імпульсні перешкоди (різке збільшення напруги до 6 кВ тривалістю від 10 до 100 мс);
- довготривалі та короткочасні підсадки та сплески напруги;
- високочастотний шум (високочастотні перешкоди, що передаються електромережею);
- втеча частоти (відхилення частоти більш ніж на 3 Гц).
Важливими показниками, що зумовлюють вибір схеми побудови ДБЖ, є час перемикання навантаження на живлення від акумуляторних батарей та час роботи від акумуляторної батареї.
Ноутбукам та іншим пристроям, що мають вбудовану акумуляторну батарею, ДБЖ не потрібен— акумулятор із вбудованими схемами перемикання сам є таким.
Складові частини ДБЖ
Реалізація основної функції досягається роботою пристрою від акумуляторів, встановлених у корпусі ДБЖ, під керуванням електричної схеми, тому до складу будь-якого ДБЖ, крім схеми керування , входить зарядний пристрій strong>, що забезпечує зарядку акумуляторних батарей за наявності напруги в мережі, забезпечуючи тим самим постійну готовність до роботи ДБЖ в автономному режимі. Для збільшення автономного режиму роботи можна оснастити ДБЖ додатковою (зовнішньою) батареєю.
Режим байпас (англ. Bypass, «обхід») — живлення навантаження відфільтрованою напругою електромережі в обхід основної схеми ДБЖ. Переключення в режим Bypass виконується автоматично або вручну (ручне включення передбачається на випадок проведення профілактичного обслуговування ДБЖ або заміни його вузлів без відключення навантаження). Байпасом Може робити т.н. фазануль (наскрізний нуль). Застосовується в online-схемах, більше того, вимкнений кнопкою OFF online UPS залишається в режимі байпасу, те саме відбувається при руйнуванні силових компонентів схеми, визначеному керуючими ланцюгами, а також при аварійному відключенні схеми перевантаження виходу. У line-interactive UPS режим роботи «від мережі» і є байпас.
«Бустер» (англ. booster) — ступінчастий автоматичний регулятор напруги (англ. Automatic Voltage Regulation, AVR), що має автотрансформатор у своїй основі. Використовується в ДБЖ, які працюють за інтерактивною схемою. Часто ДБЖ оснащується тільки підвищуючим "бустером", який має всього лише одну або кілька щаблів підвищення, але є моделі, які оснащені універсальним регулятором, що працює і на підвищення (boost), і на зниження (buck) напруги. Використання бустерів дозволяє створити схему ДБЖ, здатну витримати довгі глибокі «підсадки» та «просідання» вхідної мережевої напруги (однієї з найбільш поширених проблем вітчизняних електромереж) без переходу на акумуляторні батареї, що дозволяє значно збільшити термін життя» акумуляторної батареї.
Схема інвертора 12 Вольт постійної 230 Вольт змінної напруги
Інвертор — пристрій, який перетворює рід напруги з постійного на змінне (аналогічно змінне на постійне). Основні типи інверторів:
- інвертори, які генерують напругу прямокутної форми;
- інвертори з покроковою апроксимацією;
- інвертор з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).
- перетворювач з імпульсно-щільною модуляцією (ІПМ, англ. Pulse-density modulation)
Показник, який характеризує ступінь відмінності форми напруги або струму від ідеальної синусоїдальної форми — коефіцієнт нелінійних спотворень (англ. Total Harmonic Distortion, THD). Типові значення:
- 0 % — форма сигналу повністю відповідає синусоїді;
- порядку 3 — форма, близька до синусоїдальної;
- порядку 5% — форма сигналу, наближена до синусоїдальної;
- до 21% — сигнал має трапецеїдальну або ступінчасту форму (модифікований синус або меандр);
- 43% і понад mdash; сигнал прямокутної форми (меандр).
Для зменшення впливу на форму напруги в електромережі живлення (якщо вхідним вузлом ДБЖ, побудованого за схемою з подвійним перетворенням, є тиристорний випрямляч, елемент нелінійний і споживає великий імпульсний струм, такий ДБЖ стає причиною появи гармонік вищого порядку ланцюга ДБЖ встановлюється спеціальний THD-фільтр. При використанні транзисторних випрямлячів коефіцієнт нелінійних спотворень (англ. Total Harmonic Distortion, THD) становить близько 3%, і фільтри не використовують.
Гальванічну розв'язку між входом і виходом (як правило, в ДБЖ така не робиться взагалі з принципових міркувань пропуску "наскрізного нуля" на навантаження, тобто відсутності будь-якої комутації проводу нейтралі від входу UPS до його виходу) здійснює встановлений у вході ланцюги ДБЖ (між електромережею та випрямлячем)вхідний ізолюючий трансформатор. Відповідно, у вихідному ланцюзі ДБЖ між перетворювачем і навантаженням розташований вихідний ізолюючий трансформатор, який забезпечує гальванічну розв'язку між входом зі схеми ДБЖ і виходом на підключене навантаження.
Для розширеного моніторингу стану самого ДБЖ (наприклад, рівень заряду батарей, параметри електричного струму на виході) застосовуються різні інтерфейси: для підключення до комп'ютера USB і послідовний (COM) порт, при цьому виробником ДБЖ поставляється фірмове ;програмне забезпечення, яке дозволяє, проаналізувавши ситуацію, визначити час роботи і дати оператору можливість безпечно вимкнути комп'ютер, завершивши роботу всіх програм. Для спостереження за станом джерел безперебійного живлення та іншого обладнання через локальну обчислювальну мережу використовується протокол SNMP і спеціалізоване програмне забезпечення.
Для того, щоб підвищити надійність усієї системи в цілому, застосовується резервування — схема, яка складається з двох або більше ДБЖ.
Міжнародна класифікація ДБЖ
Промислове рішення: ДБЖ, разом з обладнанням, що захищається, змонтований в 19-дюймову стійку
Стандартом IEC 62040-3 введено наступну класифікацію ДБЖ:
Приклад позначення типу ДБЖ: VFI SS 111
1-а група символів — залежність вихідного сигналу ДБЖ від вхідного (мережі).
- Клас VFI (Voltage and Frequency Independent) — напруга та частота на виході ДБЖ не залежать від вхідної мережі.
- Клас VI (Voltage Independent) — вихід ДБЖ залежить від частоти входу, але напруга підтримується в межах пасивним або активним регулюванням.
- Клас VFD (Voltage and Frequency Dependent) — напруга та частота на виході ДБЖ залежать від вхідної мережі.
2-а група символів — форма вихідного сигналу ДБЖ.
- SS — синусоїдальна форма вихідного сигналу (коефіцієнт гармонійних спотворень Kги<8 %) при лінійному та нелінійному навантаженні.
- XX — несинусоїдальна форма вихідного сигналу при нелінійному навантаженні (синусоїдальна при лінійному).
- YY — несинусоїдальна форма сигналу при будь-якому навантаженні.
3-я група символів — динамічні характеристики ДБЖ. Забезпечення стабільності вихідної напруги ДБЖ при трьох типах перехідних процесів (1 — клас 1, відмінно; 2 — клас 2, добре; і т. д.):
- 1 цифра: нормальний режим -> автономний режим -> режим bypass,
- 2-а цифра: 100% зміна лінійного навантаження в нормальному або автономному режимі (найгірший параметр),
- 3-та цифра: 100% зміна нелінійного навантаження в нормальному або автономному режимі (найгірший параметр).
