Бесперебойные источники электропитания. История развития. Научное обоснование.

Бесперебойные источники электропитания.

КОТОМИН Владимир Эрнстович

Сегодня ни для кого не секрет, что “качество” электроэнергии, которую мы используем для бытовых и производственных нужд, оставляет желать лучшего.

Как описано практически во всех руководствах по применению стабилизаторов, сетевых фильтров и бесперебойных источников питания (БИП), сетевое напряжение имеет броски, провалы и выход действующего значения за установленные пределы вплоть до полного его пропадания.

Не стоит говорить о менее значительных помехах (отклонение частоты переменного тока и высокий уровень гармонических составляющих) – они не так заметны, когда речь идет о пропадании сетевого напряжения.

В этой статье мы не будем анализировать причины нестабильности параметров питающей сети, они подробно описаны в современных публикациях по электротехнике.

Рассмотрим способы борьбы с нестабильностью, а точнее защиты от нее. В сложившейся ситуации говорить о борьбе, к сожалению, не приходится.

К настоящему времени разработано и серийно выпускается значительное количество разнообразных моделей UPS (Uninterruptible Power Source), что в дословном переводе означает бесперебойный источник питания.

Основным принципом их работы является обеспечение питания напряжением 220 В с частотой 50 Гц и формой тока близкой к синусоидальной за счет ресурса встроенных аккумуляторных батарей, при отсутствии или выходе за установленные пределы напряжения питающей сети.

При восстановлении параметров сетевого напряжения UPS подключает нагрузку к сети и заряжает встроенный аккумулятор, ожидая следующего выхода за установленные пределы сетевого напряжения.

Если выходом за установленные пределы” является плавное снижение напряжения, то ситуация нормальная, но если это скачкообразное пропадание, то вступает в силу такое понятие, как время перехода на резерв.

В течение этого времени потребитель остается без питания вовсе.

Насколько это серьезно, зависит лишь от конструкции блока питания самого потребителя.

Международный стандарт IEEE-466 для UPS требует времени перехода не более 1/4 периода питающего напряжения.

Однако, в основном, UPS применяются для питания компьютеров, импульсные источники питания которых довольно хорошо держат” кратковременное пропадание питающего напряжения.

По данным компании “СНС – Трэйд это 50 мс, что в 10 раз превышает требования стандарта IEEE-466. Это целесообразно иметь ввиду при выборе UPS для своего оборудования.

Кроме того, в зависимости от сложности и, разумеется, стоимости пределы, за которыми следует переход на резерв, весьма различны.

Так как некоторые из UPS, например Smart и Back-Pro, позволяют в некоторой степени корректировать напряжение на своем выходе за счет трансформации входного напряжения, экономя при этом ресурс своих аккумуляторных батарей тогда, когда другие, более дешевые, сразу переходят на питание от батарей.

При этом большой ассортимент UPS на российском рынке позволяет сделать выбор, удовлетворяющий наилучшим образом любому из требований – стоимости, надежности, времени переключения на резервное питание, времени работы от встроенных батарей, форме выходного напряжения и т.д.

Все типы этих устройств достаточно подробно описаны в современной литературе и нет смысла останавливаться на каждом из них.

Любой подобный прибор в состоянии (в той или иной степени) защитить наше оборудование от нестабильности питающей сети хотя бы на какое-то время.

Почерпнуть подробную информацию можно в [1].

Здесь вы найдете рекомендации по выбору UPS для компьютеров и оргтехники.

В разделе “Для чего нужен БИП (UPS)” доходчиво и нескучно объяснены основные принципы выбора подобного оборудования.

Например справедливо замечено, что изготовители UPS указывают мощность в ВА (Вольт-амперах), а изготовители радиоэлектронной аппаратуры – как правило в Вт (Ваттах), которые могут отличаться на 60 – 70% – “на тот самый COSj” – видимо имелся ввиду СОS??.

Поэтому авторы рекомендуют “… пересчитать в вольт-амперы. И взять с запасом на одну трамвайную остановку”.

Указано, что если UPS типа on-line перегружен, то он может часто переключаться на резерв, расходуя тем самым заряд батарей и снижая продолжительность срока их службы.

Рекомендуется учесть, что “мощность, потребляемая нагрузкой в момент включения, может оказаться в 6 – 10 раз больше, чем в рабочем режиме, например из-за разогрева дисплея и раскрутки дисков винчестера”.

Поэтому UPS типа on-line должен быть рассчитан именно на такую нагрузку.

Тут есть с чем поспорить, особенно по поводу дисплея. Двигатели винчестера в стартовом режиме могут потреблять ток в 6 – 10 раз больше номинального, однако на фоне общего потребления это вовсе не так много, так что авторы действительно взяли запас на “одну трамвайную остановку”.

Но не будем спорить, самое важное – хорошо представлять, что нужно потребителю. В противном случае следует обеспечить максимально разумный запас.

Так же указано, что далеко не все UPS обеспечивают на выходе синусоидальное напряжение.

Изготовители часто облегчают себе жизнь, делая выходное напряжение не синусоидой, а прямоугольными импульсами”.

Это соответствует действительности, почти все UPS , которые попадались автору, именно так себя и вели.

Кроме них встречались UPS со ступенчатой аппроксимацией и ШИМ – генерацией синусоидального напряжения. Разумеется, последние были заметно дороже, а для импульсных блоков питания компьютеров форма питающего напряжения практически не имеет значения.

Так что пользователю снова нужно разбираться, что потребует его оборудование от источника питания, или переплачивать за незнание, покупая UPS с синусоидальным выходным напряжением.

Также в [1] даются некоторые рекомендации в разделе “Как обеспечить долговечность БИП”. Почитайте – не пожалеете!

Там, конечно, многое спорно, но главное в том, что требования и предложения настолько многообразны и противоречивы, что, если вы не обладаете достаточными знаниями и опытом, то “Выяснить с чем вы имеете дело может только специалист, посмотрев схему”.

Кроме того продолжительность работы оборудования от резервной батареи зависит от ее емкости, а как правило, источники большей мощности имеют батареи большей емкости.

Так что, если вам нужно на длительное время обеспечить питание устройства небольшой мощности, то либо придется приобретать избыточно мощный источник, либо использовать нестандартный – например, с выносными батареями.

Что касается нестандартных или заказных источников, то фирма “БИП-Сервис предлагает модульный принцип построения систем с возможностью широкого выбора различных модулей. В [2] описан принцип построения и приведена типичная схема модульной системы электропитания постоянного и переменного тока.

Количество модулей может достигать нескольких десятков, выходной ток от 5 до 10000 А. номиналы выходных напряжений 24/48/60/110/220 В.

Рис.1 Типичная схема модульной системы электропитания фирмы “БИП-Сервис”

Однако все системы, построенные по такому принципу, обладают одним общим недостатком, в особенности в отношении аппаратуры связи, сигнализации и оповещения.

Рассмотрим источник питания тип off-line (рис. 2а).

Рис. 2а

При наличии сетевого питающего напряжения, грубо говоря, выход подключен ко входу.

Потребитель питается от сети “сквозь источник” через замкнутый ключ К, а источник заряжает батарею резервного питания АБ, ожидая перебоев или сбоев в энергоснабжении.

Когда этот сбой произошел, потребитель отключается от сети и подключается к выходу преобразователя 12/220 В. Рассмотрим преобразования энергии, которые при этом происходят.

Как показано на рис. 2а, напряжение питающей сети (220 В) преобразуется в напряжение, близкое к напряжению аккумуляторной батареи (далее по тексту АБ), как правило 12 В. КПД при этом меньше 100%.

Затем напряжение батареи (12 В) преобразуется в напряжение питания аппаратуры (220 В), и снова КПД меньше 100%. А в источнике питания аппаратуры потребителя напряжение питающей сети вновь преобразуется в постоянное напряжение (как правило, 6, 9, 12 В), и опять КПД меньше 100%.

Эти потери присутствуют в течение всего времени питания от резерва, независимо от того, полностью отсутствует питающее сетевое напряжение или находится с точки зрения бесперебойного источника за пределами нормы.

Особенно заметны эти потери в системах “Online” – рис. 2б, где стабильное напряжение 220 В постоянно генерируется из напряжения аккумуляторной батареи.

Здесь потери имеют место в течение всего времени работы нагрузки, независимо от того отсутствует питающее сетевое напряжение или находится в пределах нормы.

Рис.2б

Строго говоря, пока сетевая электроэнергия достаточно дешева, это не имеет большого значения, просто платим мы не два рубля, а три – не большая разница, а при работе от аккумуляторных батарей, временной ресурс оказывается в полтора раза меньше, и это весьма прискорбно.

Особенно если учесть тот факт, что аппаратура питается не от 220 В, а от низковольтного постоянного напряжения 5, 12, 24 или 60 В.

Как правило, подавляющее большинство аппаратуры связи, сигнализации и оповещения имеет возможность подключения внешних аккумуляторных батарей для обеспечения резервного питания.

Для АТС это 60 В, для аппаратуры оповещения – 24 В, для охранной и пожарной сигнализации – 24 и 12 В. В таком случае, схема обеспечения бесперебойного питания сводится к следующей:

Рис. 3

На рис. 3 показана обычная схема, где 220/Uип – источник питания нагрузки (аппаратуры связи), АБ – аккумуляторная батарея на то же напряжение (может входить в состав источника питания), ЗУ – зарядное устройство, УУ устройство управления, которое контролирует процесс заряда и разряда АБ, предохраняя ее от перезаряда и переразряда.

Из рис. 3 видно, что в такой конфигурации при питании аппаратуры от АБ отсутствуют преобразования “Uип – 220 В” и “220 В Uип”, в отличие от случая, рассмотренного на предыдущем рисунке.

То есть КПД использования энергии АБ близок к 100%, отсутствуют сложные и дорогостоящие преобразователи, которые относятся к самым ненадежным узлам UPS.

Более того, в связи и пожарно-охранной технике в основном применяется аппаратура, требующая источник питания 12 и 24 В постоянного тока, а не 220 В переменного. В этом случае вместо стандартного источника питания целесообразно применять БИП.

Так как UPS (Uninterruptible Power Source) в дословном переводе означает бесперебойный источник питания, то есть БИП, то во избежание путаницы договоримся, что в настоящей статье UPS бесперебойный источник питания с выходным переменным напряжением 220 В, а БИП бесперебойный источник питания с выходным постоянным низковольтным напряжением.

Таким образом, БИП это устройство, включающее в себя все узлы показанные на предыдущем рисунке.

БИП отличаются друг от друга:

• способом подключения АБ – буфер или горячий резерв;
• конструкцией ЗУ – от какого минимального напряжения сети оно может обеспечить заряд АБ;
• конструкцией самого преобразователя от какого минимального напряжения сети он может обеспечить требуемое выходное напряжение, не используя энергию аккумуляторов.

В качестве примера можно привести схему работы БИП-2405 (рис. 4) производства фирмы “Элпи”, давно ведущей исследования в области химических источников тока и необходимых для их нормального функционирования электронных приборов [3].

Эта модель БИП наиболее популярна в том числе и из-за достаточно низкой цены. БИП-2405 способен работать при напряжениях сети 180 – 245 В, снабжен аккумуляторной батареей в буферном режиме, обеспечивающей выходное напряжение 24 В, и дополнен слаботочным преобразователем на 12 В для служебных целей.

Зарядное устройство входит в состав преобразователя 220/24 В.

Рис. 4

Устройство управления (УУ) отслеживает уровень заряда АБ, отключает зарядный ток при достижении полного заряда и компенсирует саморазряд АБ, поддерживая ее в полностью заряженном состоянии при работе от сети.

При отсутствии сетевого напряжения БИП-2405 работает в автономном режиме, используя ресурс аккумуляторных батарей, а УУ отсекает нагрузку в случае их полного разряда.

БИП находит применение в системах с питанием 24 и 12 В, где потребление по линии 12 В незначительно.

Часто находят применение так же и БИП на 12 В с повышенной стабильностью выходного напряжения, БИП на 60 В для питания АТС, БИП на 8,4 В для портативных компьютеров и многие другие. В основном фирма Элпи” изготавливает оборудование на заказ, по индивидуальным требованиям, однако принципиально не занимается преобразователями типа 12 В – ~220 В и подобными устройствами, расточительно относящимися к энергии аккумуляторных батарей.

Впрочем, спектр устройств, обеспечивающих ~220 В на основе использования энергии аккумуляторных батарей, представлен на российском рынке достаточно широко, так что и у пользователей аппаратуры питающейся от ~220 В, я полагаю, не будет проблем.

Что касается источников питания постоянного напряжения, то тут целесообразность использования БИП не вызывает сомнений.

Особенности выбора БИП, в отличие от UPS, заключаются в том, что для них довольно легко сформулировать технические требования, однако гораздо сложнее эти требования удовлетворить.

Дело в том, что ассортимент БИП как на отечественном, так и на мировом рынке, гораздо хуже ассортимента UPS. Причиной этого является специфика спроса и существующие традиции производства.

С одной стороны, изготовив бесперебойный источник переменного тока на 220 В, можно предложить его и тем, кто нуждается в таком напряжении, а их большинство, и тем, кто преобразует его (правда с потерями) свое питающее напряжение; а его легче и проще получать из переменного 220 В.

С другой стороны, изготовив бесперебойный источник постоянного тока на 24 В, можно предложить его только тем, кто нуждается именно в таком напряжении, а таковых не много. Значительно больше спрос на 12-вольтовые БИП, но и он ни в какое сравнение не идет со спросом на 220-вольтовый источник переменного тока.

Есть еще одна причина — значительная часть оборудования, нуждающегося в непрерывном питании от напряжений 12, 24 В и т.п., уже имеет в своем составе входы для подключения резервных батарей и иногда зарядное устройство для них (практически готовый БИП) уже есть в составе оборудования — просто нужно добавить батареи.

В силу этих причин крупным предприятиям не интересно заниматься производством БИП. Дело остается за мелкими и мобильными предприятиями, которые выпускают малые серии оборудования или эксклюзив на заказ.

Проще всего найти их через Internet (используя наряду с БИП аббревиатуру ИБП)

Сформулируем критерии выбора БИП – бесперебойного источника электропитания с постоянным низковольтным выходным напряжением

1. БИП или РИП? – первый и самый главный вопрос.

Выбор очень серьезно влияет на цену, сроки, надежность и габариты оборудования.

РИП – это резервный источник питания, от которого оборудование потребителя питается лишь при отсутствии основного питающего напряжения.

В РИП резко снижаются требования к преобразователю — последний питает лишь зарядное устройство, в то время как в БИП еще и нагрузку, т.е. потребителя.

РИП следует выбирать лишь в том случае, если потребитель имеет собственный источник питания и не нуждается ни в каком другом при наличии основного питающего напряжения.

В дальнейшем будем рассматривать только БИП как возможную реализацию источника питания с резервной аккумуляторной батареей.

2. Время перехода на резерв.

Здесь нужно очень хорошо представлять, допускает ли наш потребитель пропадания питающего напряжения, и если да, то на какое время.

Например лампы освещения – ничего страшного не произойдет, если они останутся без питания на пару секунд. А, например, электронные часы обнулятся” за значительно более короткое время – 0,1 секунды вполне достаточно.

Я намеренно приводил бытовые примеры, рассмотрим теперь серьезное оборудование.

Для радиостанции, если это гражданский “Лён” или старая добрая военная Р-104, пропадание питания чревато всего лишь дыркой” в разговоре.

Если же речь идет о синхронной цифровой связи, то потеря питания повлечет за собой вхождение в синхронизм, а если системой связи управляет микропроцессор, то еще и перезагрузкой системы.

Хуже всего дело обстоит с системами, работающими с данными: они предусматривают наличие памяти, почти всегда энергозависимой.

В этом случае потеря питания однозначно повлечет за собой потерю содержимого памяти – кто не попадал в ситуацию, когда текст на компьютере приходится набирать заново?

Одним словом, если время пропадания критично – его обязательно нужно знать.

3. Выходное напряжение.

Мало того, что источник должен обеспечить необходимое номинальное напряжение питания, следует обратить внимание еще и на пределы отклонения. Дело в том, что напряжение аккумуляторной батареи в начале и в конце разряда сильно отличается.

Рассмотрим пример.

Номинальное напряжение питания некоего прибора – 12 В, минимальное 9,6 В, максимальное 14,4 В. Хороший прибор – работает в таком диапазоне напряжений.

Это позволит нам применить источник с батареей на 12 вольт без дополнительных преобразователей.

Напряжение свинцово-кислотной батареи может находиться в пределах 9,5 – 12,6 В, а щелочной 10 – 13,4 В.

Иными словами, если напряжение питания прибора 12 В+/-10%, то такой источник применять нельзя, или можно, но с определенными оговорками, какими – может решить только специалист. Дело в том, что напряжение любой аккумуляторной батареи сильно отличается от номинала только в начале и конце разряда.

На рис. 5 в виде диаграмм приведены разрядные кривые для герметичной кислотной аккумуляторной батареи фирмы FIAM и никелькадмиевой фирмы SANYO с торговой маркой CADNICA.

Из диаграмм видно, что при небольших токах нагрузки (3 – 5 часовой режим) напряжение батарей находится ниже 10,8 В(10%) и ниже 11,4 В(5%) всего 3 и 8% времени соответственно.

Иными словами если пониженное напряжение не выведет оборудование из строя, что бывает крайне редко, а просто не позволит ему работать, мы потеряем всего от 3 до 8% временного ресурса.

Что до превышения напряжения в начале разряда, которое гораздо более опасно для потребителя, то для герметичной кислотно-свинцовой аккумуляторной батареи эта величина не превосходит 6%.

Хуже дело обстоит с никелькадмиевой батареей.

Если ситуация потребует применения именно таких батарей, то можно выйти из положения, применив дополнительные преобразователи.

Рис. 5

Необходимо убедиться, действительно ли запрошенные в паспорте +/- 5% необходимы, а не являются перестраховкой. Это может сэкономить очень существенную часть стоимости БИП.

И очень осторожно относитесь к такому БИП, который обязуется обеспечить +/- 5% или менее – это сложно и дорого, так что может оказаться просто “липой”.

4. Мощность.

Тут все понятно: источник должен обеспечивать как долговременную мощность, так и кратковременную в течение времени необходимого потребителю (см. технические требования потребителя).

5. Время работы от резерва. Очень расплывчатое понятие. С одной стороны, есть формула:

T = C(i)/I,

где T – время работы от резерва, C(i) – емкость батарей резерва при заданном токе нагрузки (может существенно отличаться от номинальной!), I – средний ток потребления. Так-то оно так, но при двух условиях.

Первое – батарея новая и исправная, то есть реальная емкость равна номинальной, второе – батарея полностью заряжена.

Обеспечение первого условия – дело техники, что до второго, то это дело времени успела ли полностью зарядиться батарея. Не случайно существует понятие времени резерва при пятидесятипроцентном заряде батарей.

6. Время заряда резервных батарей.

Очень существенный параметр при частом пропадании основного питающего напряжения.

Настолько существенный, что иногда приводит к необходимости применения каскада резервных батарей.

Дело в том, что время заряда батарей ограничено химией процессов, и кроме того, снижение времени заряда ведет к повышению массы, габаритов, стоимости и снижению надежности зарядного устройства источника.

7. Тип применяемых в источнике батарей резерва.

Самые дешевые на сегодняшний день заливные свинцово-кислотные батареи можно применять лишь в специально оборудованных помещениях из-за выделяемых ими газов.

Что такое смесь водорода и кислорода рассказывать не надо, а SO3 – сильный яд. Я не говорю, что такие батареи нельзя применять для БИП – нужно только убедиться, что экономия от их применения не меньше затрат на специально оборудованное помещение.

Чаще всего для БИП применяются герметичные свинцово-кислотные батареи.

Они относительно дешевы, не обладают эффектом памяти, предусматривают простую и дешевую схему заряда, идеальны для работы в буферном режиме.

8. Наличие и способ защиты от перегрузки и от глубокого разряда (переразряда) встроенных батарей.

По поводу защиты от перегрузки все ясно. Это делается в целях пожарной безопасности и защиты самих схем БИП.

Защита от переразряда встроенных батарей обязательна, если основное питание не восстановилось за время разряда батарей, они должны быть отключены. Дело в том, что всего несколько переразрядов могут “убить насмерть даже новую батарею.

Учитывая сформулированные критерии, рассмотрим некоторые БИП отечественного производства.

БИП “Скат”.

Их изготовитель (ПО “Бастион”) предлагает широчайший выбор различных БИП и РИП.

Только модификаций “Скат около двадцати.

Выходные напряжения 12 и 24 В, различные выходные токи, с контролем и без контроля батареи, различные материалы корпуса в зависимости от цен.

По Скат-1200М, 2400М и 2412М на сайте компании приведены паспорта и принципиальные схемы. Рассмотрим их подробно.

Как описано на сайте, источник “предназначен для обеспечения резервным питанием систем охранно-пожарной сигнализации, систем видеонаблюдения, и других потребителей с токами нагрузки от 0,3 до 2,0 А при номинальном напряжении 12 В (Скат-1200М, Скат-2412М) и 24 В (Скат-2400М, Скат-2412М) постоянного тока во время отключения электроэнергии в сетях питания”.

Если написано: “во время отключения” – значит речь идет о РИП, но из дальнейшего текста явно следует, что это БИП, которые питают нагрузку и при наличии электроэнергии в сети, и при ее отсутствии.

Судя по принципиальной схеме, в приборах применены технические решения, которые могли считаться современными в 80-е годы.

Возможно, именно тогда и были разработаны эти приборы, и до сих пор они успешно применяются.

Изготовлен “Скат” в металлическом корпусе настенного типа с вентиляционными щелями на боковых стенках.

Передняя панель содержит два светодиода и выполнена как дверца, что упрощает доступ к содержимому устройства.

Органы управления находятся под крышкой. Технические характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Наименование параметра		Значение параметра
		Скат-1200М		Скат-2400М		Скат-2412М
Постоянное выходное напряжение, В	При наличии сети	12,0+5%		24,0+5%		24,0+5%	12,0+5%
	При отсутствии сети	9,0…12,6		19…25,2		19…25,2	12,0+5%
Номинальный ток выхода, А		0…1,7		0…1,0		0…0,7	0…0,3
Максимальный ток выхода при работе без батареи, А		2,0		1,3		1,0	0,3
Максимальный ток выхода кратковре-менно (5 мин), А		3,0		2,0		1,5	0,3
Величина напряжения на батарее, при котором автоматически отключается нагрузка, В		10,5…11		21…22		21…22
Величина напряжения пульсаций выходного напряжения (от пика до пика), мВ, не более		30		30		30	30
Рекомендуемая емкость батареи, А*ч		4,5…7		4,5		4,5
Тип аккумуляторов		Кислотные необслуживаемые, соответствующие стандарту CEI IEC 1056-1 (МЭК 1056-1), номинальным напряжением 12В
Количество аккумуляторов в батарее, шт.		1	2		2
Габаритные размеры, мм		215х215х100
Масса (без батареи), кг, не более		3,5

Условия эксплуатации:

а) напряжение питающей сети: ~220В 50Гц с пределами изменения от 187 до 242 В;
б) температура окружающей среды от -10 до + 40° С;
в) относительная влажность воздуха не более 90%;
г) отсутствие в воздухе паров агрессивных сред (кислот, щелочей и пр.).
Ток потребления в паспорте не приведен. Однако, судя по сетевому предохранителю, не более 0,5 А. Время перехода на резерв – неизвестно, судя по схеме очень небольшое.

Погрешность выходных напряжений при наличии сети –5%. При применяемых типах стабилизаторов, и в указанном диапазоне температур – не верю!!!

Минимальное напряжение при работе от резерва – 9 В для 12-вольтовой модели.

Это очень большое отклонение, (-25%) – плата за развязывающий диод, который вообще неизвестно зачем нужен.

Время работы от резерва в паспорте не приведено.

Однако его можно рассчитать (см. п. 5 критериев выбора БИП настоящей статьи).

Время заряда батарей – тайна.

Рассчитать его, в отличие от времени работы от резерва, нельзя без знания специальных характеристик зарядного устройства БИП.

Особое внимание следует уделить Скат-2412М. Он имеет дополнительный стабилизированный выход на напряжение 12 В, что существенно расширяет область его применения.

Правда, стабилизатор плохонький из-за низкого КПД и отсутствия термокомпенсации.

И в заключение не могу не заметить, что модельный ряд изделий ПО Бастион” один из самых богатых среди отечественных изготовителей БИП, а цены невысокие.

БИП фирмы “АЛЬФА ПЛЮС” изготовлен в металлическом корпусе настенного типа.

Передняя панель разделена на две.

Одна содержит все органы управления и снимается сложно, другая предоставляет доступ к батарейному отсеку устройства и снимается легко.

Напряжение питания 170 – 250 В, ток потребления 0,5 А.

Время перехода на резерв мгновенно.

Выходное напряжение: 24 В, ток 1,5 А с дополнительным выходом 12 В –0,3 А. Суммарный пиковый ток по обоим выходам 5 А при длительности пика 1 с.

БИП ан по классической схеме с преобразователем на 12 В, т.е. 24 В следует понимать как 20 – 27 В, а 12 как 12+/-5%, причем это довольно честно.

Время работы от резерва 3,5 часа при полностью заряженной батарее и максимальной нагрузке.

Время заряда батарей – зависит от напряжения сети, при напряжении сети 170 В батареи не заряжаются вовсе, при напряжении сети 220 В около 7 часов.

Тип применяемых в источнике батарей – герметичные свинцово-кислотные.

Способ защиты от глубокого разряда встроенных батарей – релейный выключатель с электронным управлением.

Это не очень удачное решение – обмотка реле потребляет около 40 мА, т.е. снижает время работы от резерва на 2,5%. После полного разряда и восстановления питающего напряжения БИП заряжает встроенную батарею приблизительно на 5% емкости и автоматически включается.

Хороший БИП, но за стабильность напряжения по 12-вольтовому выходу пришлось заплатить низким КПД этого выхода — примерно 55%. Этот БИП несколько дороже аналогичного Ската, но цены на Скат не включают батареи.

Если прибавить цены на батареи получится существенно дешевле.

Если говорить о перспективах БИП, то центральным элементом несомненно остается аккумулятор с соответствующей электронной обвязкой.

Относительно периферии нет единого мнения. Одни отдают предпочтение солнечным батареям, другие ветро- и гидрогенераторам, в будущем – тепловым батареям и полупроводниковым преобразователям t/u.

Одно остается бесспорным: БИП будущего – это разветвленная система, одновременно использующая энергетические ресурсы различных сред.

При недостатке солнечного света – энергию воды и ветра, при отсутствии ветра – солнечную и тепловую и.т.п.

На рис. 6 изображена структура такой системы с основной и резервной аккумуляторной батареей.

В настоящее время наблюдается тенденция снижения массы и габаритов аккумуляторных батарей, повышения удельной емкости, снижения содержания вредных веществ в аккумуляторах(свинец, кадмий, ртуть, кислота).

Все это прекрасно, но аккумуляторы становятся все более “капризными”, требуя корректного заряда и бережного отношения при разряде, и тут слово за соответствующей интеллектуальной электронной обвязкой”, обеспечивающей оптимальные условия функционирования аккумуляторных батарей.

В системе, изображенной на рис. 4, вся электроника входит в состав ЗУ и УУ.

В задачи УУ входят своевременное переключение нагрузки от основной АБ к резервной (если она имеется в системе) и отключение нагрузки при превышении потребляемого тока, а так же при полном разряде батареи.

Конструкция и параметры УУ зависят от типа применяемых батарей, параметров нагрузки и индивидуальных требований потребителя, например, выбор между незначительным сокращением времени обеспечением бесперебойного питания и сроком службы АБ.

Задачи ЗУ сводятся к корректному заряду АБ, и зависят так же от типа батарей и особенностей источников энергии.

Рис. 6

Маловероятно, что современная система будет столь разветвленной, как показано на рис. 6.

На сегодняшний день, скорее всего, она будет содержать сетевой источник питания и бензиновый или дизельный генератор, как наиболее простые и дешевые.

Однако в сравнительно недалеком будущем акценты несомненно сместятся, и основные источники системы будут определяться технологией своего времени.

Возможно, мы и не представляем, какие еще могут быть преобразователи, и из каких носителей они могут черпать энергию, но одно ясно уже сейчас наиболее простой и надежный способ обеспечения функционирования бесперебойной системы – это накопитель с соответствующим сервисом (в нашем случае это АБ с электроникой).

А наиболее экономичное применение АБ – использование напряжений непосредственно потребителя или большинства потребителей, без преобразователей постоянного напряжения в переменное и обратно.

Именно таким представляются автору тенденции развития бесперебойных источников питания на ближайшее время.