Online и Offline ИБП: как "лукавят" производители

17 September

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.

1. Off-Line

Эти ИБП называют иногда Back или Standby. Принцип – 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 нет привычной нам чистой и гладкой синусоиды. На выходе – так называемая аппроксимированная (ступенчатая) синусоида, а в самых дешевых моделях - импульсы со ступенькой около нуля.

Напряжение на выходе дешевого Offline UPS. Фото автора.
Напряжение на выходе дешевого Offline UPS. Фото автора.

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 синус". У чистого синуса присутствует только одна гармоника, в данном случае - 50 Гц. При этом коэффициент нелинейных искажений формы напряжения будет равен 0%.

Такого не бывает даже у высокоточных измерительных генераторов.

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 менее 3%, а это достаточно низкое значение.

К слову, по ГОСТ 32144-2013 (табл.5) в обычной городской сети коэффициент искажений формы напряжения может быть до 12%:

ГОСТ 32144-2013 (табл.5)
ГОСТ 32144-2013 (табл.5)

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.

Офлайн ИБП. Переход из дежурного в автономный режим. Фото автора
Офлайн ИБП. Переход из дежурного в автономный режим. Фото автора

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.

Я не истина в последней инстанции, поэтому, если что-то не так, пишите - будем разбираться вместе!

Кому интересно, мои статьи про ИБП тут:

Виды ИБП: принципы действия и осциллограммы на выходе,

Установка ИБП в управляющую цепь промышленного оборудования,

Использование внешнего аккумулятора для ИБП. Часть 1, Часть 2. - Тут очень подробно рассмотрена теория заряда и использования аккумуляторов

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!

Обращение к хейтерам:
за оскорбление Автора и Читателей канала - бан.