Источник бесперебойного электропитания

**Источник бесперебойного питания** (**ИБП**) или **источник бесперебойного питания** - это тип системы непрерывного электропитания, которая обеспечивает автоматическое резервное электроснабжение нагрузки при выходе из строя входного источника питания или сети. ИБП отличается от традиционной вспомогательной/аварийной системы электроснабжения или резервного генератора тем, что он обеспечивает почти мгновенную защиту от перебоев подачи входного напряжения путем переключения на энергию, запасенную в аккумуляторных блоках, суперконденсаторах или маховиках. Время работы большинства ИБП от батареи относительно короткое (всего несколько минут), но достаточное, чтобы "выиграть время" для включения резервного источника питания или надлежащего отключения защищенного оборудования. Почти все ИБП также содержат встроенную защиту от перенапряжений для защиты выходных устройств от скачков напряжения[1].

ИБП обычно используется для защиты оборудования, такого как компьютеры, центры обработки данных, телекоммуникационное оборудование или другое электрооборудование, где неожиданное отключение питания может привести к травмам, смертельным исходам, серьезным сбоям в работе или потере данных. Размеры ИБП варьируются от устройств, предназначенных для защиты одного компьютера без видеомонитора (номинальная мощность около 200 вольт-ампер), до крупных устройств, питающих целые центры обработки данных или здания. Крупнейший в мире ИБП, 46-мегаваттная аккумуляторная система хранения энергии (BESS), в Фэрбенксе, Аляска, обеспечивает энергией весь город и близлежащие сельские общины во время перебоев в электроснабжении.

## Распространенные проблемы с питанием

Основная роль любого ИБП заключается в обеспечении кратковременного питания при выходе из строя входного источника питания. Однако большинство ИБП также способны в той или иной степени устранять распространенные проблемы с электроснабжением:

- Скачок напряжения или устойчивое перенапряжение
- Кратковременное или устойчивое снижение входного напряжения
- Падение напряжения
- Шум, определяемый как высокочастотный переходный процесс или колебание, обычно подаваемый в линию находящимся поблизости оборудованием
- Нестабильность частоты сети
- Гармонические искажения, определяемые как отклонение от идеальной синусоидальной сигнала, ожидаемой на линии

Некоторые производители ИБП классифицируют свою продукцию в соответствии с количеством проблем, связанных с питанием, которые они решают.

ИБП также может создавать проблемы с качеством электроэнергии. Чтобы предотвратить это, ИБП следует выбирать не только по мощности, но и по качеству электроэнергии, которое требуется поставляемому оборудованию.

## Технологии

Современные ИБП подразделяются на три основные категории: *on-line*, *line-interactive* и *standby*:

- Сетевой ИБП использует метод "двойного преобразования": принимает вход переменного тока, выпрямляет до постоянного тока для прохождения через аккумуляторную батарею (или цепочки батарей), затем инвертирует обратно до 120 В / 230 В переменного тока для питания защищаемого оборудования.
- Линейно-интерактивный ИБП поддерживает инвертор в рабочем состоянии и перенаправляет постоянный ток аккумулятора из обычного режима зарядки в режим подачи тока при отключении питания.
- В резервной ("автономной") системе нагрузка питается непосредственно от входного источника питания, а схема резервного питания включается только при сбое общего питания.

Большинство ИБП мощностью менее одного килограммавольт-ампера (1 кВА) относятся к линейно-интерактивным или резервным, которые обычно дешевле.

Для крупных энергоблоков иногда используются динамические источники бесперебойного питания (DUP). Синхронный двигатель / генератор переменного тока подключается к сети через дроссель. Энергия накапливается в маховике. При отключении сетевого питания вихретоковое регулирование поддерживает питание нагрузки до тех пор, пока энергия маховика не иссякнет. DUP иногда комбинируются или интегрируются с дизельным генератором, который включается после небольшой задержки, образуя дизельный роторный источник бесперебойного питания (DRUP).

ИБП на топливных элементах был разработан компанией Hydrogenics с использованием водорода и топливных элементов в качестве источника питания, что потенциально обеспечивает длительное время работы в небольшом пространстве.

### Автономный / резервный

Автономный / резервный ИБП предлагает только самые базовые функции, обеспечивая защиту от перенапряжений и резервное копирование аккумулятора. Защищенное оборудование обычно подключается напрямую к поступающему источнику питания. Когда входящее напряжение падает ниже или поднимается выше заданного уровня, ИБП включает свою внутреннюю схему инвертора постоянного / переменного тока, которая питается от внутренней аккумуляторной батареи. Затем ИБП механически включает подключенное оборудование на выход инвертора постоянного тока. Время переключения может достигать 25 миллисекунд в зависимости от количества времени, которое требуется резервному ИБП для обнаружения пропавшего напряжения сети. ИБП предназначен для питания определенного оборудования, такого как персональный компьютер, без каких-либо нежелательных сбоев или отключения этого устройства.

### Линейно-интерактивный

Линейно-интерактивный ИБП аналогичен ИБП в режиме ожидания, но с добавлением автотрансформатора переменного напряжения с несколькими отводами. Это особый тип трансформатора, который может добавлять или вычитать катушки провода с питанием, тем самым увеличивая или уменьшая магнитное поле и выходное напряжение трансформатора. Это также может выполняться с помощью *понижающего трансформатора*, который отличается от автотрансформатора, поскольку первый может быть подключен для обеспечения гальванической развязки.

ИБП этого типа способны выдерживать непрерывные отключения низкого напряжения и скачки напряжения без потребления ограниченного запаса заряда батареи. Вместо этого он компенсирует это за счет автоматического выбора различных отводов питания на автотрансформаторе. В зависимости от конструкции изменение отвода автотрансформатора может вызвать очень кратковременное отключение выходной мощности, что может привести к тому, что ИБП, оснащенные сигнализацией о потере мощности, на мгновение "защебечут".

Это стало популярным даже в самых дешевых ИБП, потому что в нем используются преимущества уже включенных компонентов. Основной трансформатор частотой 50/60 Гц, используемый для преобразования линейного напряжения в напряжение батареи, должен обеспечивать два немного отличающихся соотношения оборотов: один для преобразования выходного напряжения батареи (обычно кратного 12 В) в линейное напряжение, а второй для преобразования линейного напряжения в немного более высокое напряжение зарядки аккумулятора (например, кратное 14 В). Разница между двумя напряжениями заключается в том, что для зарядки аккумулятора требуется перепадное напряжение (до 13-14 В для зарядки аккумулятора напряжением 12 В). Кроме того, легче выполнить переключение на стороне линейного напряжения трансформатора из-за меньших токов на этой стороне.

Для получения функции *понижения / усиления* все, что требуется, - это два отдельных переключателя, чтобы вход переменного тока можно было подключить к одному из двух первичных отводов, в то время как нагрузка подключена к другому, таким образом используя первичные обмотки главного трансформатора в качестве автотрансформатора. Аккумулятор все еще можно заряжать при "снижении" перенапряжения, но при "повышении" пониженного напряжения мощность трансформатора слишком мала для зарядки аккумуляторов.

Автотрансформаторы могут быть сконструированы для работы в широком диапазоне изменяющихся входных напряжений, но для этого требуется больше отводов и повышается сложность, а также стоимость ИБП. Обычно автотрансформатор работает только в диапазоне примерно от 90 В до 140 В при питании 120 В, а затем переключается на аккумулятор, если напряжение значительно превышает этот диапазон.

В условиях низкого напряжения ИБП будет потреблять больший ток, чем обычно, поэтому для него может потребоваться схема с более высоким током, чем для обычного устройства. Например, для питания устройства мощностью 1000 Вт при напряжении 120 В ИБП потребляет 8,33 А. В случае отключения питания и падения напряжения до 100 В ИБП потребляет 10 А для компенсации. Это также работает в обратном направлении, так что в условиях перенапряжения ИБП будет потреблять меньший ток.

### Онлайн / двойное преобразование

В ИБП, работающем в режиме онлайн, батареи всегда подключены к инвертору, поэтому переключатели передачи питания не требуются. При отключении питания выпрямитель просто отключается от цепи, а батареи обеспечивают стабильное питание. При восстановлении питания выпрямитель возобновляет работу с большей частью нагрузки и начинает заряжать аккумуляторы, хотя зарядный ток может быть ограничен, чтобы мощный выпрямитель не повредил аккумуляторы. Основным преимуществом сетевого ИБП является его способность обеспечивать "электрический брандмауэр" между поступающим электропитанием и чувствительным электронным оборудованием.

Сетевой ИБП идеально подходит для сред, где необходима электрическая изоляция, или для оборудования, которое очень чувствительно к колебаниям мощности. Хотя когда-то он предназначался для очень больших установок мощностью 10 кВт и более, технический прогресс теперь позволил использовать его в качестве обычного потребительского устройства мощностью 500 Вт и менее. Сетевой ИБП может потребоваться, когда в электросети "шумно", когда часто происходят перебои в подаче электроэнергии, перебои в подаче электроэнергии и другие аномалии, когда требуется защита чувствительных нагрузок ИТ-оборудования или когда необходима работа от резервного генератора длительного действия.

Базовая технология сетевого ИБП такая же, как в резервном или линейно-интерактивном ИБП. Однако обычно он стоит намного дороже из-за того, что имеет гораздо больший ток зарядного устройства / выпрямителя переменного тока в постоянный, а выпрямитель и инвертор предназначены для непрерывной работы с улучшенными системами охлаждения. Это называется *ИБП с двойным преобразованием* из-за того, что выпрямитель напрямую управляет инвертором, даже при питании от обычного переменного тока.

Сетевые ИБП обычно имеют статический переключатель передачи (STS) для повышения надежности.