Схеми побудови ДБЖ

Існує три схеми побудови ДБЖ:

Резервна

Резервна схема (англ. Off-Line, Standby) — у нормальному режимі живлення підключеного навантаження здійснюється безпосередньо від первинної електричної мережі, яке ДБЖ фільтрує (високовольтні імпульси та електромагнітні перешкоди) пасивними фільтрами. При виході електроживлення за нормовані значення напруги (або його зникненні) навантаження автоматично перепідключається до живлення від схеми, що отримує електричну енергію від власних акумуляторів за допомогою простого інвертора. З появою напруги в межах норми знову перемикає навантаження на живлення від первинної мережі.

• Параметри
• За рахунок ККД близько 99% (за наявності напруги мережі) практично безшумні і мають мінімальне тепловиділення;
• невисока вартість ДБЖ загалом.
• Недоліки
• щодо тривалого часу (порядку 4..12 мс) перемикання на живлення від батарей;
• неможливість коригувати ні напругу, ні частоту (VFD за класифікацією МЕК).
• несинусоїдальна форма вихідної напруги при роботі від батареї (апроксимована синусоїда, квазі-синусоїда);

Підсумок: Найчастіше ДБЖ, побудовані за такою схемою, використовується для живлення персональних комп'ютерів або робочих станцій локальних мереж початкового рівня, для яких не критично своєчасне відключення у разі неполадки в мережі. Практично всі недорогі малопотужні ДБЖ, які пропонуються на вітчизняному ринку, побудовані за даною схемою.

Інтерактивна

Інтерактивна схема (англ. Line-Interactive) — пристрій аналогічний до попередньої схеми; додатково на вході присутній ступінчастий стабілізатор напруги на основі автотрансформатора, дозволяючи отримати регульовану вихідну напругу. (VI за класифікацією МЕК). При роботі в нормальному режимі такі ДБЖ не коригують частоту, пасивні фільтри фільтрують вхідну змінну напругу. При зникненні напруги ДБЖ переходить на живлення від інвертора, аналогічно до попереднього.

Інвертори деяких моделей лінійно-інтерактивних ДБЖ видають напругу як прямокутної або трапецоїдної форми, як у попереднього варіанту, так і синусоїдальної форми. Час перемикання менший, ніж у попередньому варіанті, оскільки здійснюється синхронізація інвертора з вхідною напругою. КДД нижче, ніж у резервних.

Недоліки: в режимі «від мережі» не виконує функцію фільтрації піків, і забезпечує тільки вкрай примітивну стабілізацію напруги (зазвичай 2-3 ступені автотрансформатора, що перемикаються релейно, функція називається «AVR»).

У режимі «від батарей» деякі, особливо дешеві, схеми видають на навантаження частоту куди вище 50 Гц і осцилограму змінного струму, що має мало спільного з синусоїдою. Це пов'язано із застосуванням класичного трансформатора великого розміру у схемі (замість інвертора на напівпровідникових ключах). У зв'язку з тим, що трансформатор даного габариту має (у зв'язку з виникненням гістерезису в осерді) обмеження на потужність, що передається, яке лінійно зростає з частотою, даного трансформатора (займає 1/3 об'єму всього ДБЖ) вистачає для живлення ланцюга зарядки батарей на 50 Гц у режимі «від мережі». Але, в режимі «від батарей», через цей трансформатор потрібно пропустити вже сотні ват потужності, що можливо тільки шляхом підвищення частоти.

Це призводить до неможливості живлення приладів, що використовують, наприклад, асинхронні двигуни (майже вся т. н. «біла техніка», включаючи опалювальні системи).

По суті, від такого ДБЖ можна живити тільки прилади, невибагливі до якості живлення, тобто, наприклад, всі прилади з імпульсними БП, де напруга живлення негайно випрямляється і фільтрується. Тобто комп'ютери та значна частина сучасної побутової електроніки. Також можна живити освітлювальні та обігрівальні прилади.

Подвійне перетворення

Режим подвійного перетворення (англ. online, double-conversion, онлайн) — використовується для живлення навантажених серверів (наприклад, файлових), високопродуктивних робочих станцій локальних обчислювальних мереж, а також будь-якого іншого обладнання, що пред'являє підвищені вимоги до якості мережевого електроживлення. Принцип роботи полягає у подвійному перетворенні (double conversion) роду струму. Спочатку вхідний змінний струм перетворюється на постійний, потім назад в змінний струм за допомогою зворотного перетворювача (інвертора). При зникненні вхідної напруги перемикання навантаження на живлення від акумуляторів не потрібно, оскільки акумулятори включені в ланцюг постійно (т.н. буферний режим роботи акумулятора) і для цих ДБЖ параметр «час перемикання» не має сенсу. У маркетингових цілях може використовуватися фраза «час перемикання дорівнює 0», що правильно відображає основну перевагу даного виду ДБЖ: відсутність проміжку часу між зникненням зовнішньої напруги і початком живлення від батарей. ДБЖ подвійного перетворення мають невисокий ККД (від 80 до 96,5%) в режимі on-line, через що відрізняються підвищеним тепловиділенням і рівнем шуму. Однак у сучасних ДБЖ середніх і високих потужностей провідних виробників передбачені різноманітні інтелектуальні режими, що дозволяють автоматично підлаштовувати режим роботи для підвищення ККД аж до 99%. На відміну від двох попередніх схем, здатні коригувати не тільки напругу, а й частоту (VFI за класифікацією МЕК).

• Параметри
• відсутність часу перемикання на живлення від батарей;
• синусоїдальна форма вихідної напруги, тобто можливість живити будь-яке навантаження, у тому числі опалювальні системи (в яких є асинхронні двигуни).
• можливість коригувати і напругу, і частоту (більше того, такий прилад одночасно є і найкращим із можливих стабілізаторів напруги).
• Недоліки
• Низький ККД (80 94%), підвищена шумність і тепловиділення. Практично завжди пристрій містить вентилятор комп'ютерного типу, і тому не безшумний (на відміну від line-interactive ДБЖ).
• Висока вартість. Приблизно вдвічі-втричі вище, ніж line-interactive.

• „Резервна“ схема побудови ДБЖ

  

„Інтерактивна“ схема побудови ДБЖ

Схема побудови ДБЖ з подвійним перетворенням

Характеристики ДБЖ

• вихідна потужність, що вимірюється в вольт-амперах (VA) або Вватах (W). Варто звернути увагу, що обладнання, що містить потужні електродвигуни (холодильник, насоси автономних водопроводів і систем поливу), має «пускові струми». Це означає, що в момент пуску двигуна пристрій короткочасно споживає потужність, що в 5-7 разів перевищує паспортну. ДБЖ має вибиратися з урахуванням цього факту. Те саме стосується і лазерних принтерів, які зазвичай взагалі забороняють підключати до ДБЖ;
• вихідна напруга, вимірюється в вольтах, V;
• час перемикання, тобто час переходу ДБЖ на живлення від акумуляторів (вимірюється в мілісекундах, ms);
• час автономної роботи, визначається ємністю батарей і потужністю підключеного до ДБЖ обладнання (вимірюється в хвилинах, хв.), у більшості офісних ДБЖ воно дорівнює 4 15 хвилин; (зазвичай 40—45 хвилин при свіжих батареях та ненавантаженому комп'ютері).
• ширина діапазону вхідної (мережевої) напруги, при якому ДБЖ може стабілізувати живлення без переходу на акумуляторні батареї (вимірюється у вольтах, V);
• термін служби акумуляторних батарей (вимірюється роками, зазвичай свинцеві акумуляторні батареї значно втрачають свою ємність вже через 2—3 роки. Сильно залежить від якості, а значить, і ціни ДБЖ, конкретно від ступеня примітивності його ланцюга (зарядки батареї).
• наскрізний нуль. нижче.

Наскрізний "нуль"

Деякі види навантажень використовують провід захисного заземлення (PE) для своїх робочих потреб.

Наприклад, таке обладнання з газовими пальниками, де ланцюг іонізаційного електрода контролю полум'я замикається через «масу» пальники і далі через провід PE. Існуючі нормативні акти щодо влаштування електроустановок дозволяють такі крихітні (мікроампери) робочі струми через PE.

Це не є проблемою при живленні від мережі, як мережі TN-C-S, так і мережі TT, оскільки в обох з них PE рано чи пізно повідомляється з N — через точку поділу в TN-C-S або через фізичну землю від споживача до трансформаторної станції із заземленою нейтраллю у разі ТТ, крім того, в мережі ТТ цілком можливі і повторні заземлення N на шляху від ТП до споживача. У цьому випадку вищеописані ланцюги в приладі, підключені між L і PE, є працездатними.

Але ж у випадку, коли прилад живиться від абсолютно ізольованого та не заземленого джерела (у даному випадку від ДБЖ, що працює від батарей), де часто взагалі немає понять «фаза» і «нуль», а є 2 синуси по 110В в протифазі (це так звана «система IT»), у вищеописаних ланцюгів виникає проблема через відсутність будь-якого повідомлення PE і харчування на стороні джерела (PE може як і раніше використовуватись на джерелі для захисного заземлення корпусу, екранів тощо).

На практиці це означає відсутність сигналу «є полум'я» на автоматиці опалювального котла та його непрацездатність.

Саме для підтримки таких споживачів в ДБЖ використовується схема "наскрізний нуль", тобто пряме з'єднання клем N вхідного та вихідного силового ланцюга. У цьому випадку навіть при роботі від батарей є повідомлення PE і N на навантаженні (через ДБЖ і далі через мережу, куди підключений сам ДБЖ), і проблема не виникає.

Однак така ситуація виникає лише у разі зникнення вхідної напруги на ДБЖ, наприклад, через спрацювання «автомата» або відключення постачальника енергії.

У деяких інших ситуаціях — спрацювання ПЗВ, повне відключення входу ДБЖ від мережі вилкою, «відгорання нуля» на сільській повітряній лінії— навіть «наскрізного нуля» в ДБЖ недостатньо для живлення вищеописаних кіл. У цьому випадку рекомендується (наприклад, компанією Buderus для опалювальних котлів, рекомендація взагалі поширюється на мережі живлення IT) встановити резистор близько 1..10 МОм (Buderus рекомендує придбати їх оригінальний резистор, його опір 10 МОм) між N і PE на вході живиться (або на виході ДБЖ).