Справочник

Справочник

Источник бесперебойного питания (ИБП). Блок бесперебойного питания. Система бесперебойного питания (электропитания). Агрегат бесперебойного питания (АБП).

  • Uninterruptible Power Supply (UPS) – англ. 
  • Gruppo di continuita (GDC) – итал. 
  • Unterbrechungsfreie SpannungsVersorgung (USV) – нем. 
  • Unterbrechungsfreie StromVersorgung (USV) – нем. 
  • Джерело безперебійного живлення (ДБЖ) – укр. 
  • Блок безперервного электроживлення – укр.

В широком смысле источник бесперебойного питания – это любое устройство, запасающее энергию для непрерывного электропитания нагрузки как при наличии основного источника энергии, так и при его временном отключении. Поэтому, в общем случае к данному понятию можно отнести такие устройства как гидроаккумулирующие электростанции, маховиковые системы типа «мотор-генератор» и даже аккумуляторные батареи ноутбука.

В силовой электротехнике источником бесперебойного питания (ИБП) принято считать электронное устройство, предназначенное для аварийного электропитания критичной нагрузки с помощью аккумуляторных батарей при возникновении перебоев с электроснабжением. Его основной задачей является поддержка работоспособности нагрузки в течение определенного времени (времени резервирования, времени автономной работы). Оно в свою очередь может быть от нескольких минут до нескольких суток в зависимости от мощности нагрузки и емкости батарейного комплекта. Его должно хватить для устранения аварии в линии электропередачи, или для штатного отключения критичной нагрузки, или для пуска резервных устройств электропитания, например, дизель-генераторной установки (ДГУ).

Повышенный интерес к блокам бесперебойного питания в настоящее время обусловлен растущим спросом на компьютерные и телекоммуникационные системы бесперебойного питания для защиты вычислительных залов и промышленных объектов, а также «бесперебойники» для работы с ПК, системами охраны и видеонаблюдения, энергозависимыми отопительными газовыми котлами коттеджей и загородных домов.

ИБП малой мощности Mega-Vision 1 кВАPower-Vision Black 10 кВАИБП большой мощности N-Power Evo 200 кВА с внешним батарейным кабинетом
ИБП малой мощности
Mega-Vision 1 кВА
Power-Vision Black
10 кВА
ИБП большой мощности N-Power Evo 200 кВА
 с внешним батарейным кабинетом
Наиболее распространенные типы ИБП:
  • ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)
  • Линейно-интерактивные ИБП (Line-Interactive)
  • ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line) *

Редко встречающиеся типы ИБП:

  • ИБП с дельта-преобразованием (Delta Conversion)
  • Феррорезонансные ИБП
  • Комбинированные ИБП (On-Line – Static Stanbdby), принцип работы которых заключается в следующем:
    Определяется допустимый диапазон изменения входного напряжения (например ±10%), где ИБП работает в так называемом «экономичном» режиме (в режиме статического Bypass (КПД = ~100%)). При выходе напряжения за данный предел ИБП переходит в режим On-Line (КПД = ~98%) в течение в течение 2-4 мс .*

* Современные мощные ИБП, например, N-Power Evo могут работать как в режиме On-Line с двойным преобразованием, так и в комбинированном экономичном режиме (EcoMode).

Источники бесперебойного питания (ИБП) можно условно разделить на маломощные, средние и мощные. Бывают также однофазные ИБП (1ф вход / 1ф выход), трехфазные ИБП (3ф вход / 3ф выход) и комбинированные (3ф вход / 1ф выход).

Основные международные стандарты по источника бесперебойного питания:

IEC 62040-3 определяет 3 типа ИБП:

  • Passive Standby (IEC 62040-3.2.20)
  • Line-Interactive (IEC 62040-3.2.18)
  • Double Conversion On-Line (IEC 62040-3.2.16)

Стандарты:

  • EN62040-1-2: Uninterruptible Power Supply (UPS)
    Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
  • IEC62040-1-2: Uninterruptible Power Supply (UPS)
    Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
  • EN50091-1-2: Uninterruptible Power Supply systems (UPS)
    Part 1-2: General and safety requirements for UPS units used in restricted-access locations
  • EN50091-2: Uninterruptible Power Systems (UPS)
    Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
  • IEC62040-2: Uninterruptible Power Systems
    Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
  • EN62040-3: Uninterruptible Power Supply systems (UPS)
    Part 3: Specific performance methods and test requirements
  • IEC62040-3: Uninterruptible Power Systems
    Part 3: Protection requirements and test methods
  • EN50091-3: Uninterruptible Power Systems (UPS)
    Part 3: Protection requirements and test methods)

Стабилизатор напряжения. Стабилизатор переменного напряжения. Автоматический регулятор напряжения.

  • Voltage stabiliser – англ. 
  • Stabilizzatore di tensione, Stabilisator – итал. 
  • Automatic Voltage Regulator (AVR) – англ. 
  • стабілізатор напруги – укр.

Стабилизатор напряжения – это электронное или электромеханическое устройство, предназначенное для стабилизации напряжения при его сильном отклонении от номинального значения 220 В для однофазных и 380 В для трехфазных сетей. 

Необходимость стабилизации напряжения вызвана его нестабильным поведением в течении суток (см. пример суточного графика изменения сетевого напряжения), а также возможным включением-выключением мощных электроустановок, подключенных к той же линии электропередачи, или нагрузок с большим пусковым током.

Неполадки с электропитанием можно разделить на 2 типа: внешние, например, кратковременные перенапряжения из-за грозовых разрядов и внутренние (внутрисетевые), такие как перенапряжение или провалы вызванные коммутацией и переключением различного мощного оборудования внутри электрической сети.

Сети могут быть как с тенденцией к завышенному напряжению ("перенапряженные"), так и тяготеющие к заниженному значению ("недонапряженные"). Это зависит от их перегруженности, изношенности, сечения проводников, расстояния до трансформаторной подстанции и др. В обоих случаях нагрузка подвергается повышенному риску выхода из строя при эксплуатации. Необходимо заметить, что в сельской местности наиболее распространены "недонапряженные" сети, а в городской "перенапряженные".

Изменение суточного графика напряжения в сети Изменение суточного графика мощности в сети

Изменение суточного графика напряжения в сети обусловлено изменением сетевой нагрузки (см. график). В любом случае пик потребления приходится на утренние и дневные рабочие часы, а спад на ночное время. Кроме того, могут существовать сезонные факторы, например, повышение энергопотребления в холодное зимнее время.

Стабилизаторы напряжения можно разделить по выходной мощности на маломощные (1-10 кВА), средние (10-50 кВА), мощные (50-500 кВА) и сверхмощные (свыше 500 кВА).

Маломощные и средние стабилизаторы могут быть как однофазными (1ф вход / 1ф выход), так и трехфазными (3 ф вход / 3ф выход). В то время как мощные и сверхмощные выпускаются только в трехфазном исполнении.

Встречаются различные схемы стабилизаторов напряжения: электродинамические сервоприводные и электронные. Основные типами электронных стабилизаторов являются статические однообмоточные и стабилизаторы с несколькими компенсирующими обмотками.

Встречаются и менее распространенными типы устройств. Например, электронные релейные, феррорезонансные стабилизаторы, модели с активным преобразованием синусоиды (Double Conversion или Delta Conversion) и др.

Маломощный однофазный стабилизатор Oberon MМощный трехфазный стабилизатор Oberon A/Y
Маломощный однофазный
стабилизатор Oberon M
Мощный трехфазный
стабилизатор Oberon A/Y

Дизель-генераторная установка (ДГУ). Дизель-генератор. Дизельная электростанция (ДЭС).

  • Generator Set, (Gen Set) – англ.
  • Gruppo Elettrogeno – итал.
  • Diesel-Generator – нем.

Дизель-генераторная установка – это электромеханическое устройство, состоящее из дизельного двигателя, электрогенератора и схемы управления.

ДГУ обеспечивают автономное питание (гарантированное электроснабжение) критичной нагрузки. Они предназначены для работы в качестве постоянных или резервных источников электроэнергии, способных функционировать в течение длительного периода времени (от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от емкости топливного бака).

Дизель-генераторы можно разделить на маломощные однофазные, а также средние, мощные и сверхмощные трехфазные устройства. Они могут быть как в открытом исполнении для установки внутри помещений, так и в различных защитных кожухах.

Управление работой современных ДГУ осуществляется с помощью встроенных контроллеров (микропроцессорных или аппаратных). Они способны автоматически запускать двигатель при авариях сетевого напряжения и останавливать его при восстановлении электроснабжения, выдерживая при этом заданные временные интервалы.

Главная схема управелния, расположенная в панели управления ДГУ, контролирует параметры входной сети и генератора, подает команды на панель переключения нагрузки и в цепи старта / останова ДГУ. Автоматическая панель переключения нагрузки (АППН) или автомат ввода резерва (АВР) осуществляют переключение нагрузки со входной питающей линии на дизель-генератор и обратно по команде контроллера.

Комплексная система, состоящая из дизель-генераторной установки и источника бесперебойного питания, позволяют обеспечить мощную нагрузку бесперебойным электропитанием в течении длительного времени.

Необходимо заметить, что комплексная система бесперебойного питания, состоящая из следующих устройств: стабилизатор + ДГУ или стабилизатор + ДГУ + ИБП, позволяет существенно экономить дизельное топливо за счёт улучшения качества сетевого напряжения и как следствия уменьшения числа стартов ДГУ.

ДГУ серии MegaFull в открытом исполненииДГУ серии MegaFull в защитном кожухе
ДГУ серии MegaFull в открытом исполненииДГУ серии MegaFull в защитном кожухе

Система бесперебойного питания (СБП), система бесперебойного электроснабжения / электропитания (СБЭ), система гарантированного электропитания (СГЭ)

Система бесперебойного питания (СБП, СБЭ, СГЭ) – это система электропитания, обеспечивающая высокую степень резервирования и качества электроэнергии. СБП может состоять из нескольких устройств бесперебойного и гарантированное электропитания, а также другого вспомогательного оборудования: ДГУ, АВР, ИБП, параллельная система ИБП, статические переключатели (коммутаторы), стабилизаторы, устройства защиты от перенапряжения, фильтры и др.

СБП применяются в основном в энергосистемах 1 и 2 категорий. Отдельные устройства и блоки СБП, например, стабилизаторы напряжения используются также в энергосистемах 3 категории.

Категории систем электропитания и электроприемников (нагрузок) − ПУЭ 1.2

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) в главе 1.2 и разделе «Категории электроприемников и обеспечение надежности электроснабжения» определяет следующие категории систем электропитания:

Категория 1

Электроприемники первой категории − электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава потребителей первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах работы должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Пример оборудования системы электропитания категории 1: основной фидер электропитания (трансформаторная подстанция − ТП), дизель-генераторная установка (ДГУ) с автоматической панелью переключения нагрузки (АППН), источник бесперебойного питания (ИБП).

Категория 2

Электроприемники второй категории − нагрузка, перерыв электроснабжения которой приводит к остановке производства, не выпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности существенного количества людей, как городских, так и сельских жителей.

Потребители второй категории в нормальных режимах работах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Пример оборудования системы электропитания категории 2: основной фидер электропитания (ТП) и ДГУ с АППН.

Категория 3

К электроприемникам третьей категории относятся все остальные виды потребителей, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Их электроснабжение может осуществляться от одного источника питания.

Пример оборудования системы электропитания категории 3: основной фидер электропитания (ТП), стабилизатор напряжения.

Как видно из приведенных выше определений речь идет об электропитании крупных промышленных предприятий и многонаселенных объектов, таких как дома и прочие объекты.

Тем не менее, приведенная терминология остаётся справедливой и для средних / малых объектов требующих электропитания повышенного качества и надёжности.

Качество сетевого электропитания. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (ГОСТ 13109-97)

На территории Российской Федерации действует государственный стандарт ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

ГОСТ 13109-97 оценивает качество электрической энергии по 10 показателям, основными из которых являются:

  • напряжение 380 В (для трехфазных сетей) и 220 В (для однофазных); допустимое отклонение ±5%, предельно допустимое ±10%;
  • частота 50 Гц, предельно допустимое отклонение частоты ±0.4 Гц;
  • нормально допустимое значение коэффициента нелинейных искажений 6%, предельно допустимое – 20%.

К основным неполадкам сетевого электропитания относятся:

  • полное пропадание напряжения в сети (авария в сети);
  • долговременные и кратковременные проседания и всплески напряжения;
  • высоковольтные импульсные помехи;
  • высокочастотный шум;
  • отклонение частоты за пределы допустимых значений.

Наиболее распространенным видом неполадок в больших городах являются долговременные проседания напряжения, а в сельской местности к ним добавляются аварии в электросети и высоковольтные импульсные помехи, вызванные атмосферным электричеством.

Источник питания (ИП) − электронное устройство, предназначенное для обеспечения электрическим питанием различных устройств (нагрузок, потребителей).

Основные виды источников питания

Первичные ИП − преобразователи различных видов энергии в электрическую.
Например: гидроэлектростанция − ГЭС (потенциальная гравитационная энергия воды преобразуется в электрическую энергию), химические источники тока (ХИТ), аккумуляторы, топливные элементы (химическая энергия преобразуется в электрическую), дизель-генераторная установка − ДГУ (химическая энергия преобразуется в механическую, затем в электрическую), ветрогенератор (кинетическая энергия частиц воздуха преобразуется в электрическую) и др.
В силовой электротехнике к первичным источникам питания можно отнести аккумуляторные батареи, дизельные- газовые- бензиновые генераторные установки, генерирующие электростанции, ИБП в автономном режиме работы и др..

Вторичные ИП − сами электроэнергию не генерируют, а служат только для ее преобразования и обеспечения требуемых параметров напряжения, частоты, пульсаций напряжения и др.
В силовой электротехнике вторичными источникам питания считаются стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания, преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы и др.

Основные функции источников питания

  • Обеспечение передачи мощности
  • Преобразование формы напряжения
  • Коррекция коэффициента нелинейных искажений (КНИ) напряжения
  • Преобразование величины напряжения
  • Стабилизация напряжения
  • Защита по току и напряжению
  • Гальваническая развязка цепей
  • Коррекция коэффициента мощности нагрузки
  • Коррекция КНИ тока нагрузки
  • Контроль работы и управление параметрами
  • Генерация энергии за счёт преобразования её в электрическую энергию из энергии др. видов (из химической энергии и др.)
  • Обеспечение бесперебойного питания нагрузки при авариях на основных источниках или при переключении между вводами энергии
  • Для многовходовых ИП: подключение(коммутация ) к нагрузке требуемого входа(ввода) энергии
  • Стабилизация напряжения, тока, частоты
  • Для многоблочных ИП (построенных по схеме избыточного резервирования) переключение блоков и распределение мощности между блоками

Критичная нагрузка. Чувствительная нагрузка. Нагрузка чувствительная к качеству напряжения.

  • Critical Load - англ.

Критичная нагрузка – это нагрузка, чувствительная к всевозможным неполадкам в электросети, грозящим выходом из строя оборудования, утратой важной информации, нарушением технологических процессов или вынужденным простоем в работе.

Чтобы предотвратить подобные случаи, для питания такой нагрузки (файловых серверов, рабочих станций, персональных компьютеров, телекоммуникационного и офисного оборудования и др.) следует применять защитные устройства и системы, такие как ИБП, стабилизаторы напряжения, ДГУ и др.

Примеры возможных типов нагрузок см. в таблице «Выбор модели UPS по сфере применения»

Другими примерами критичной нагрузки являются:

  • Компьютерные оборудование и системы обработки данных (Computers and Data Processing Equipment)
  • Торговые терминалы (Point of Sale Terminals)
  • Тестовое и измерительное электронное оборудование (Electronic Test Equipment)
  • Рентгеновское оборудование (X-Ray Equipment)
  • Аварийное освещение (Critical Lighting Applications)
  • Программируемые контроллеры (Programmable Controllers)
  • Охранные системы (Security Systems)
  • Системы микропроцессорного контроля (Microprocessor Controls)
  • Коммуникационное оборудование (Communications Equipment)
  • Фотографическое оборудование (Photographic Equipment)
  • Лабороторные источники питания (Regulated DC Power Supplies)
  • Электронные кассовые аппараты (Electronic Cash Registers)
  • Промышленные роботы (Robotics)
  • Станки с числовым программным управлением (ЧПУ), Numerical Controls (NC)
  • Банковское оборудование банковские терминалы (bank terminals)
  • Терминалы оплаты (payment terminals)
  • GSM станции (GSM stations)

Источник бесперебойного питания резервного типа. Схема оффлайн.

  • Off-Line – англ.
  • Standby – англ.

Источник бесперебойного питания резервного типа (Off-Line) – это устройство с автоматическим коммутатором в схеме, которое при работе в нормальном режиме обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в автономном – переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.

Достоинством ИБП резервного типа является его простота и невысокая стоимость, а недостатком – ненулевое время переключения (~4 мс) на батареи, а также отсутствие сетевого стабилизатора напряжения вследствие чего более интенсивно эксплуатируются аккумуляторы, так как устройство переходит в автономный режим при любых неполадках в электросети.

ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения бесперебойного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в районах с хорошим качеством электрической сети.

Off-Line (Standby) нормальный режим работыOff-Line (Standby) автономный режим работы
Off-Line (Standby) нормальный режим работыOff-Line (Standby) автономный режим работы

Обратите внимание, что большинство классических standby ИБП являются ИБП малой мощности с аппроксимированной синусоидой что сужает сферу применения ИБП этого типа. Однако, в последнее время получают применение standby ИБП малой и средней мощности с ШИМ-инвертором и выходным напряжением синусоидальной формы (см. например ИБП Home-Vision).

Подобная схема особенно эффективна для оборудования некритичного к коротким провалам (несколько мс) сетевого напряжения, например лифтового оборудования, малых и средних вычислительных залов и др. оборудования с импульсными блоками питания.

Тем не менее эта конфигурация характерна не только для «микро ИБП». Многие мощные ИБП например online имеют возможность переконфигурировать их для работы в таком режиме – standby. (Комбинированные ИБП / On-Line – Static Stanbdby). Часто режим Standby/Static Stanbdby также называется ECO, EcoMode или «интерактивный режим» On-Line ИБП.

Несмотря на недостатки (ненулевое время переключения) эта возможность (выбора конфигурации) оставляется производителем крупных и реже малых ИБП в силе, благодаря высокому КПД работы в standby сетевом режиме (до 98...99%). On-Line ИБП N-Power позволяющие переконфигурацию в режим Static Stanbdby: N-Power Evo, Pro-Vision Black M.

Линейно-интерактивный ИБП. Схема Line-Interactive.

  • Line-Interactive, Lineinteractive – англ.

Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (Off-Line) и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором).

Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (наиболее распространенный вид неполадок в отечественных электросетях) без перехода в автономный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.

Line-Interactive нормальный режим работыLine-Interactive автономный режим работы
Line-Interactive нормальный режим работыLine-Interactive автономный режим работы

По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для защиты персональных компьютеров, мониторов, рабочих станций, узлов локальных вычислительных сетей и прочего офисного оборудования.

К преимуществам линейно-интерактивной схемы также относятся ее сравнительная простота и надёжность, более низкая стоимость, а также высокий КПД в сетевом режиме.

Линейно-интерактивные ИБП делятся на две основные группы по способу получения выходного напряжения в батарейном режиме: ИБП с аппроксимированной синусоидой и ИБП с чистым синусоидальным напряжением. Устройства первого типа предназначены в основном для работы с импульсными источниками питания персональных компьютеров и наиболее распространены. Агрегаты второго типа во многих случаях могут использоваться в качестве альтернативы ИБП с двойным преобразованием (On-Line), например, для питания электромоторов, циркуляционных насосов систем отопления и газовых котлов.

Линейно-интерактивные ИБП прекрасно работают с любыми электронными устройствами, оснащенными импульсными источниками питания, включая компьютерное оборудование. Это происходит благодаря тому, что импульсные блоки питания нечувствительны к форме синусоиды питающего напряжения, а также его кратковременным провалам.

Примеры линейно-интерактивных ИБП, выпускаемых компанией N-Power: Smart-Vision Prime.

Автоматический регулятор напряжения. Ступенчатый стабилизатор.

  • Automatic Voltage Regulator (AVR) – англ.

Автоматический регулятор напряжения – электронное устройство на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (см. рисунки). Предназначено для регулировки входного напряжения в сторону повышения (режим boost) или понижения (режим buck). Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной (Line-Interactive) схеме.

Он осуществляет ступенчатую корректировку входного напряжения в сторону его повышения (при пониженном входном напряжении) или понижения (при повышенном входном напряжении).

Автоматический регулятор напряжения расширяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в автономный режим работы. ИБП серии Smart-Vision Prime производства N-Power обладают следующим диапазоном допустимого изменения входного напряжения: −27% и +22% от номинального значения 220 В.

Нормальный режимРежим понижения (buck)Режим повышения (boost) Нормальный режим Режим понижения (buck) Режим повышения (boost)

Английский термин AVR может иметь два значения:

  1. AVR в применении к ИБП – ступенчатый регулятор напряжения (см. описание выше).
  2. AVR – означает классический стабилизатор (регулятор) напряжения

ИБП с двойным преобразованием напряжения. Схема On-Line.ИБП со схемой онлайн. Постоянно включенный ИБП.

On-Line, Online – постоянно включенный – англ.

Принцип работы ИБП со схемой On-Line и двойным преобразованием напряжения заключается в следующем. Поступающее на его вход переменное сетевое напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея, подключенная к точке соединения выпрямителя и инвертора, питает последний в аварийном режиме. Функции зарядного устройства может выполнять как специальный отдельный блок так и выпрямитель в зависимости от конфигурации ИБП. Аккумуляторная батарея может подключаться как напрямую, такт и через дополнительный повышающий преобразователь DC/DC для увеличения КПД системы.

Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети. Она характеризуется нулевым временем переключения из нормального режима в автономный и обратно без переходных процессов в выходном напряжении.

К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность, более высокая стоимость, а также энергетические потери на двойном преобразовании напряжения.

Необходимо заметить, что защита таких устройств, как файловые серверы и телекоммуникационное оборудование, осуществляется только с использованием ИБП со схемой On-Line.

On-Line (нормальный режим работы)On-Line (автономный режим работы)
On-Line (нормальный режим работы)On-Line (автономный режим работы)

Байпас. Bypass. Обход.

  • Bypass (By-pass) – англ.

Байпас – это режим питания нагрузки сетевым напряжением в обход основной схемы системы бесперебойного питания (СБП). Например, в обход ИБП, стабилизатора или дизель-генератора. Часто байпасом называют саму обходную защитную линию (цепь) и её сопутствующие коммутационные устройства.

Переход устройства в режим байпас может выполняться автоматически или вручную. ИБП со схемой On-Line автоматически переходят в режим байпас при перегрузке выходных цепей или при возникновении внутренних неисправностей. Таким образом, нагрузка защищается не только от сбоев в питающей электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного перевода устройства в режим байпас предусмотрена на случай проведения его технического обслуживания без отключения нагрузки.

On-Line (нормальный режим работы)ИБП в режиме байпас
ИБП в нормальном режиме работыИБП в режиме байпас

Байпасы можно разделить на внутренние (технологически встроенные в оборудование) и внешние. Основные типы встроенных байпасов: статический (симисторный, симисторно-релейный), релейный и ручной (рубильник, автомат).

В системах на базе дизель-генераторных установок (ДГУ) с автоматическими панелями переключения нагрузки (АППН) обычно используются внешние схемы байпас.

Такие устройства, как стабилизаторы напряжения большой мощности также могут иметь встроенные обходные цепи, но чаще всего их байпас выполнен в виде отдельного кабинета, то есть внешнего блока.

В источниках бесперебойного питания (ИБП) используются как внутренние (встроенные) так и внешние схемы байпас. Из встроенных наилучшими характеристиками обладает так называемый статический байпас. У него нулевое время переключения инвертор – байпас и обратно. Статическим байпасом оснащены все ИБП средней мощности (симисорная или симисторно-релейная схема байпас) и большой мощности (симисторная схема байпас). В ИБП малой мощности чаще всего используют релейный байпас. Помимо статического байпас все мощные ИБП и большинство ИБП средней мощности имеют ручной байпас.

По способам исполнения внешние схемы байпас можно разделить на следующие типы:

  • Фирменные заводские шкафы байпас, выпускаемые заводами-изготовителями ИБП, стабилизаторов и др. СБП и поставляемые опционально за дополнительную плату. Такой фирменный шкаф байпас также является неотъемлемой частью параллельной системы ИБП.
  • Стандартные автоматы ввода резерва (АВР) на контакторах или полупроводниках (статические переключатели, статические АВР), а также байпасные шкафы сторонних производителей.
  • Самостоятельно собранные схемы байпас при строгом соблюдении требований завода-изготовителя оборудования.

При этом могут использоваться любые виды коммутационных устройств: рубильники, автоматы, статические переключатели и др.

По скорости переключения схемы байпас можно классифицировать на два основные типа:

  • С нулевым временем переключения.
  • С ненулевым временем переключения.

По степени защиты от обратного напряжения схемы байпас бывают следующих видов:

  • «Безопасный» байпас – для включения которого и перехода обратно состояние (режим работы) основного оборудования СБП не имеет значения.
  • «Опасный» байпас – для включения которого и возврата обратно необходим строгий контроль режима работы основного оборудования СБП. В этом случае существует опасность выхода оборудования из строя при неквалифицированных действиях персонала (пониженная «дуракоустойчивость»). Такой байпас характерен для промышленных систем с нулевым временем переключения.

По наличию гальванической развязки вход/выход схемы Bypass можно существуют следующие типы:

  • Байпас с гальванической изоляцией между входом и выходом.
  • Байпас без гальванической изоляции.

По фазности (по количеству полюсов)

  • 1п (однополюсный) – 1-фазный
  • 2п (двухполюсный) – 1-фаза + нейтраль
  • 3п (трехполюсный) – 3-фазный
  • 4п (четырехполюсный) – 3-фазы + нейтраль

Внимание!

Во избежании аварии, установка, сборка, эксплуатация систем Bypass должна производиться авторизованным персоналом при строгом соблюдении требований завода-производителя основного оборудования СБП (ИБП, ДГУ, стабилизатор напряжения и др.) с учетом специфики их работы. Необходимо также соблюдать нормативы местных требований (ПУЭ).

Инвертор. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

  • Inverter – англ.
  • Pulse Wide Modulation (PWM) – широтно-импульсная модуляция – англ.

Инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой (ступенчатой) аппроксимацией (НЧ ШИМ) и инверторы с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией (ВЧ ШИМ). Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя скважностью импульсов ШИМ-сигнала, «интеллектуальные» инверторы, применяемые в ИБП сериях Mega-Vision, Pro-Vision Black, Power-Vision, Power-Vision Black, Power-Vision 3F и N-Power Evo компании N-Power, автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.

Форма напряжения на выходе инвертора, генерирующего прямоугольные импульсыФорма напряжения на выходе НЧ ШИМ инвертора с пошаговой аппроксимацией
Форма напряжения на выходе инвертора, генерирующего прямоугольные импульсыФорма напряжения на выходе НЧ ШИМ инвертора с пошаговой аппроксимацией

Форма напряжения на выходе инвертора с ВЧ ШИМ (широтно-импульсной модуляцией)
Форма напряжения на выходе инвертора с ВЧ ШИМ (широтно-импульсной модуляцией)

Следует отличать термин "инвертор" используемый в силовой электротехнике от других терминов "инвертор" например в математике и в электронике где термин обозначает инверсию сигнала (функции).

Дополнительные способы классификации видов инверторов:

1) По силовой схеме:

  • двухтактная схема (линейно-интерактивные ИБП)
  • полумостовая схема (On-Line ИБП)
  • мостовая схема (On-Line ИБП и некоторые типы Line-Interactive ИБП)

2) По фазности выходного напряжения:

  • однофазный
  • трёхфазный

См. также раздел «трехфазный ИБП».

3) По типу применяемых индуктивных компонентов:

  • трансформаторный
  • бестрансформаторный (дроссельный)

4) По опорной частоте ШИМ-сигнала:

  • НЧ ШИМ (Low Frequency PWM) – применяется в линейно-интерактивных ИБП с аппроксимированной синусоидой
  • ВЧ ШИМ (High Frequency PWM) – использутеся в On-Line ИБП

5) По типу генерируемого ШИМ-сигнала:

  • униполярная ШИМ (Sinusoidal PWM Unipolar Generator)
  • биполярная ШИМ (Sinusoidal PWM Bipolar Generator)

6) По количеству проводников входной линии постоянного тока

  • двухпроводный вход (плюс, минус) / характерно для мостовой схемы инвертора
  • трёхпроводный вход (плюс, минус, средняя точка) / характерно для полумостовой схемы инвертора
  • др.

7) По типу входной линии постоянного тока

  • VSC / VSI - voltage source converter / inverter, преобразователь / инвертор с питанием от источника напряжения
  • CSC / CSI - current source converter / inverter, преобразователь / инвертор с питанием от источника тока

Историческая классификация типов инверторов:

  • на основе искровых / контактных преобразователей
  • на основе вакуумных / ламповых преобразователей
  • на основе электромашинных преобразователей
  • на основе твердотельных преобразователей
  • и др.

Основными показателями эффективности работы инвертора являются:

  • Перегрузочная способность.
  • Коэффициент полезного действия (КПД).
  • Допустимый крест-фактор нагрузки.
  • Допустимый коэффициент мощности нагрузки.
  • Качество выходного напряжения.

Выпрямитель. Преобразователь переменного напряжения в постоянное.

  • Rectifier – англ.

Выпрямитель – это устройство, преобразующее переменное напряжение электросети в постоянное.

Однофазные ИБП оснащаются 2-полупериодными выпрямителями, а трехфазные ИБП – трехфазными однополупериодными, 6-, 12- или 24-полупериодными. Некоторые ИБП могут иметь другую специальную схему выпрямителя, например, мостовой удвоитель напряжения.

Существуют следующие основные типы выпрямителей:

  • Диодный неуправляемый.
  • Диодный индуктивный (улучшенный).
  • Тиристорный управляемый (классический 6-полупериодный).
  • Тиристорный управляемый составной индуктивный (12- или 24-полупериодный).
  • На мощных полевых транзисторах (MOSFET) с активной коррекцией входного коэффициента мощности (APFC).
  • IGBT-выпрямитель с активной коррекцией входного коэффициента мощности (APFC) и низким КНИ входного тока.

Примечание: все типы выпрямителей (кроме диодного) обладают функцией активной (или пассивной) коррекции входного коэффициента мощности (APFC / PFC).

Самыми совершенными выпрямителями считаются IGBT-выпрямители с активной коррекцией коэффициента мощности, а также 12- или 24-полупериодные выпрямители.

Коэффициент полезного действия (КПД). Эффективность.

  • Efficiency – англ.

Коэффициент полезного действия – это показатель, определяемый как отношение выходной мощности устройства к потребляемой им от сети. Выпускаемые компанией N-Power ИБП с двойным преобразованием (On-Line) имеют достаточно высокие значения КПД, укладывающиеся в диапазон 90 … 95%.

Режимы работы ИБП: нормальный, автономный, статический байпас, ручной Bypass

Bypass, Static Bypass – англ.

Нормальный режим работы – нагрузка питается за счет энергии, отбираемой из электросети, а аккумуляторные батареи заряжаются зарядным устройством.

Автономный режим работы – нагрузка питается энергией аккумуляторных батарей, преобразованной инвертором в переменное напряжение.

Электронный статический байпас – нагрузка питается от входной электросети через схему “Статический Bypass”. Это происходит в следующих случаях:

  1. При выходе из строя одного из силовых узлов ИБП со схемой On-Line (например, выпрямителя или инвертора).
  2. При возникновении кратковременной перегрузки ИБП (от 130% до 1500% для разных типов ИБП) по выходу (но не короткого замыкания) например, из-за высоких пусковых токов нагрузки.
  3. При полном разряде аккумуляторных батарей (для большинства ИБП).
  4. При нарушении условий эксплуатации ИБП (например, превышение максимально допустимой температуры воздуха в помещении).

Ручной байпас – нагрузка вручную переводится на питание от входной электросети через схему ручного Bypass с целью проведения профилактических или ремонтных работы с ИБП без отключения нагрузки.

ИБП с классической схемой On-Line и выходным изолирующим трансформатором

  • On-Line, Online – англ.
  • Output Isolation Transformer – англ.

Инверторы с выходным изолирующим трансформатором применяются в ИБП средней и большой мощности с двойным преобразованием напряжения (On-Line) и предназначенных для работы с широким перечнем нагрузок. Это самая надежная и проверенная временем схема.

Преимущества ИБП со схемой On-Line и выходным изолирующим трансформатором:

  • Возможность работы с нагрузками любых типов, имеющих различные коэффициенты мощности.
  • Стабильность выходных параметров как при статической, так и динамической нагрузке.
  • Позволяет реализовать любую из известных питающих силовых схем (систем заземления): TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT.
  • Гальваническая изоляция увеличивает помехозащищенность нагрузки как по фазам, так и по нейтрали. Исключается постоянная составляющая выходного напряжения.
  • Возможность работы с нелинейной и импульсной нагрузкой за счет широкого диапазона допустимого крест-фактора и КНИ тока нагрузки.
  • Возможность питания как любых однофазных, так и трехфазных нагрузок.
  • В связи с использованием выходного трансформатора типа «треугольник-звезда» выходная нейтраль формируется заново и все фазные напряжения жестко балансируются.
  • Возможность работы с несбалансированными до 100% трехфазными нагрузками типа «звезда» и «треугольник».

Основные недостатки:

  • Большие габариты и вес по сравнению с бестрансформаторными.
  • Более высокая стоимость в сравнении с бестрансформаторными.
On-Line ИБП с выходным изолирующим трансформатором

On-Line ИБП с выходным изолирующим трансформатором

ИБП Power-Vision 3F с выходным изолирующим трансформатором, включая схему Bypass

ИБП Power-Vision 3F с выходным изолирующим трансформатором, включая схему Bypass

Бестрансформаторный ИБП. Высокочастотный On-Line. Схема On-Line с преобразованием на высокой частоте.

  • High Frequency On-Line – англ.

Бестрансформаторные инверторы применяются в ИБП средней и ограниченно большой мощности (не более 100 кВА … 200 кВА), построенных по схеме On-Line с двойным преобразованием напряжения. ИБП данного типа предназначены преимущественно для защиты компьютерного и прочего оборудования с импульсными источниками питания. Маломощные однофазные, а мощные ИБП трехфазные.

Преимущества бестрансформаторных схем:

  • Малые габариты и вес в сравнении с классической схемой On-Line.
  • Относительно более высокий КПД.

Существенные недостатки бестрансформаторных схем:

  • Ограниченный перечень нагрузок (для защиты компьютерного оборудования).
  • Ниже перегрузочная способность и общая надежность ИБП.
  • Не рекомендованы для работы с нестабильной и несбалансированной нагрузкой.
On-Line (нормальный режим работы)
Схема бестрансформаторного ИБП с двойным преобразованием

Входной изолирующий трансформатор.

  • Input Isolation Transformer – англ.

Входной изолирующий трансформатор – устройство подключаемое ко входной цепи ИБП, стабилизатора напряжения или другого устройства в следующих случаях:

  1. Для обеспечения гальванической развязки внутренних узлов ИБП (стабилизатора) и входной электросети.
  2. В случае если схема питания ИБП или стабилизатора не соответствует схеме сети, например ИБП или стабилизатор требует питания по схеме «звезда» (3 фазы, нейтраль), а сеть сформирована по схеме «треугольник» (3 фазы без нейтрали).
  3. При необходимости питания ИБП или стабилизатор от электрических сетей с нестандартным напряжением. Для этого применяются изолирующие трансформаторы с дополнительным коэффициентом трансформации напряжения.

Входной изолирующий трансформатор применяется во избежание короткого замыкания цепей ИБП, комплектуемого негерметичными аккумуляторными батареями с жидким электролитом, если существует вероятность его утечки. Также применяется при необходимости гальванической развязки цепи байпас (Bypass), а также для преобразования силовой системы «треугольник» – «звезда».

Температурная компенсация зарядного тока батарей

Температурная компенсация зарядного тока батарей – это технология, применяемая ведущими производителями ИБП, в т.ч. компанией N-Power, для продления срока службы аккумуляторных батарей.

Как известно, герметичные батареи крайне чувствительны к величине зарядного тока, оптимальное значение которого зависит от температуры окружающей среды. Технология температурной компенсации зарядного тока позволяет автоматически корректировать режим заряда батарей в соответствии с изменениями внешних условий и тем самым продлить жизненный цикл аккумуляторов в несколько раз.

Силовые схемы электропитания. Системы заземления.

  • Earthing Systems – англ.

Основные виды систем заземления:

  • TN-C – нейтраль и заземление совмещены в источнике напряжения и подаются в нагрузку единой шиной
    (глухозаземленная нейтраль).
  • TN-S – раздельные шины заземления и нейтрали (самый распространенный и рекомендуемый в мире способ).
  • TN-C-S – совмещенные в источнике напряжения нейтраль и заземление сначала шли единой шиной в системе, а впоследствии были разделены на отдельные шины.
  • TT – схема с глухозаземленной нейтралью (TN-C) и дополнительным локальным очагом заземления возле нагрузки.
  • IT – схема с незаземленной нейтралью (очаг заземления может быть как локальным так и удаленным)
    (данный способ обеспечивает наивысшую степень защиты персонала и оборудования).
Схема TN-CСхема TN-CСхема TN-C-S
Схема TN-CСхема TN-SСхема TN-C-S

Схема TTСхема IT
Схема TTСхема IT

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ)

  • Total Harmonic Distorsions (THD) – англ.

Коэффициент нелинейных искажений – показатель, характеризующий степень отличия формы сигнала от синусоидальной. КНИ используется в основном для измерения искажений формы входного или выходного тока (Current THD). КНИ равен отношению суммы мощностей высших гармоник сигнала к мощности его первой гармоники.

Типовые значения КНИ:

  • 0% – форма сигнала представляет собой идеальную синусоиду.
  • 3% – форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз.
  • 5% – отклонение формы сигнала от синусоидальной заметно на глаз по осциллограмме.
  • 21% – например, сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы.
  • 43% – например, сигнал прямоугольной формы.

Примеры осциллограмм входного тока для некоторых других видов нагрузок:

6-п.п. выпрямитель без фильтра6-п.п. выпрямитель с фильтром6-п.п. выпрямитель с улучшенным фильтром
6-п.п. выпрямитель без фильтра6-п.п. выпрямитель с фильтром6-п.п. выпрямитель с улучшенным фильтром

12-п.п. выпрямитель с улучшенным фильтромИндуктивная нагрузка (электродвигатель)
12-п.п. выпрямитель с улучшенным фильтромИндуктивная нагрузка (электродвигатель)

THD I = 8.3%, 9.7%, 8.6% (фаза А, В, С)THD I = 8.3%, 9.7%, 8.6% (фаза А, В, С)
THD I = 8.3%, 9.7%, 8.6% (фаза А, В, С)THD I = 8.3%, 9.7%, 8.6% (фаза А, В, С)

K-фактор

  • K-Factor, Kfact – англ.

K-фактор – это параметр, который характеризует нелинейность нагрузки, т.е. количество гармонических искажений, вносимых потребителем в электросеть.

В отличие от КНИ, который также является нелинейной характеристикой, при вычислении К-фактора большее значение имеют высшие гармоники тока, вызывающие тепловые потери в силовых трансформаторах. Фактически К-фактор – это коэффициент увеличения потерь в трансформаторе за счет нелинейности нагрузки.

Существуют специализированные трансформаторы, позволяющие работать при повышенных K-факторах нагрузки. Они являются более эффективными и безопасными и рекомендованы для использования на ответственных объектах.

Пример 1

  • K = 1 (стандартный трансформатор);
  • K = 4 … 20 (улучшенные трансформаторы).

Известная независимая компания Underwriters Laboratories Inc. (UL), США занимающаяся сертификацией безопасности технических продуктов, признала потенциальные опасности / риски аварий, происходящих вследствие использования стандартных трансформаторов с нелинейными нагрузками. Была предложена рейтинговая система, показывающая возможность трансформатора питать гармонические нагрузки. В качестве оценочного параметра был выбран К-фактор, оценки изложены в стандарте UL1561.

«К-факторные трансформаторы» проектируются для уменьшения нагрева токами высших гармоник, вызванных нелинейными нагрузками (см. таблицу ниже). К-фактор – это параметр, характеризующий способность трансформатора выдерживать гармонические составляющие в рамках заданных стандартом температурных пределов и класса изоляции трансформатора.

Пример 2. Типовые значения K-фактора различных видов нагрузок

НагрузкаK-фактор
Грозоразрядники (Electric discharge lighting)4
ИБП с дополнительным входным фильтром (UPS with optional input filtering)
4
Сварочные приборы (Welders)
4
Нагревательное оборудование с индуктивной составляющей (Induction heating equipment)
4
Управляющие контроллеры, отличные от регуляторов скорости электродвигателей (PLCs and solid state controls, other than variable speed drives)
4
Телекоммуникационное оборудование (Telecommunications equipment, e.g. PBX)
13
ИБП без входного фильтра (UPS without input filtering)
13
Распределительные шкафы для электропитания обычных помещений больниц, школ и др. (Multiwire receptacle circuits in general care areas of health care facilities and classrooms of schools, etc.)
13
Распределительные шкафы для электропитания лабораторного испытательного оборудования на заводах и сборочных производствах (Multiwire receptacle circuits supplying inspection or testing equipment on an assembly or production line)
13
Высокопроизводительные вычислительные машины типа мэйнфрейм (Mainframe computer loads)
20
Частотные преобразователи систем управления электродвигателей (Solid state motor drives, variable speed drives)
20
Распределительные шкафы для электропитания особых помещений: операционных отделений и отделений интенсивной терапии в больницах (Multiwire receptacle circuits in critical care areas and operating/recovery rooms of hospitals)
20

THD-фильтр

  • THD-filter – англ.
  • Total Harmonic Distorsions (THD) – коэффициент нелинейных искажений – англ.

THD-фильтр – это устройство, устанавливаемое во входной цепи ИБП для уменьшения ее влияния на форму напряжения в питающей электросети и улучшения формы тока потребления.

Главной задачей THD-фильтра является максимальное приближение формы потребляемого тока к синусоидальной, за счёт подавления и устранения всех высших гармоник потребляемого тока кроме основной 50 Гц.

В результате его применения входные характеристики ИБП приближаются к идеальным, то есть к характеристикам линейной нагрузки относительно входной электросети.

Присутствие высших гармоник входного тока существенно ухудшает эксплуатационные режимы работы силовых трансформаторов и генераторов питающей электросети, т.к. они рассчитаны на работу с токами и напряжениями частотой 50 Гц без высших гармоник.

Поскольку входным элементов любого мощного ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием (On-Line), является выпрямитель (нелинейный и потребляющий большой импульсный ток элемент), такой ИБП становится причиной «загрязнения» электросети. Применение THD-фильтра позволяет существенно ослабить подобное «загрязнение».

Мощные системы бесперебойного питания серий N-Power Evo компании N-Power комплектуются фильтрами, уменьшающими КНИ входного тока до 5 … 10%.

ИБП малой и средней мощности в большинстве случаев уже имеют встроенные фильтры THD.

Последовательное резервирование

  • Serial Redundancy – англ.

Последовательное резервирование – это техническое решение, направленное на повышение надежности системы питания нагрузки путем последовательного (каскадного) соединения нескольких ИБП, один из которых является основным, а другие – резервными (см. рисунок).

Для соединения по такой схеме каждый ИБП должен иметь отдельный вход цепи байпас. В то время как основной ИБП питает нагрузку, резервные источники работают в холостом режиме, потребляя минимальную мощность. При возникновении признаков неисправности внутренних узлов основной ИБП переключается в режим байпас (Bypass) и всю нагрузку берет на себя следующий по схеме резервный источник.

ИБП, соединенные по схеме с последовательным резервированием, могут иметь собственные аккумуляторы или подключаться к единому для всех комплекту батарей для увеличения времени работы системы в автономном режиме. По такой схеме можно соединять устройства серий Power-Vision, Power-Vision Black, Power-Vision 3F и N-Power Evo компании N-Power.

Последовательное резервирование
Последовательное резервирование

Параллельное резервирование, масштабирование системы.

  • Parallel Redundancy –англ.
  • Parallel Capacity –англ.

Параллельное резервирование, масштабирование системы – технические решения для повышение надежности (аппаратное резервирование) или для увеличение суммарной выходной мощности системы (масштабирование).

Оно предусматривает параллельное соединение двух или нескольких одноранговых (одинаковых по мощности) ИБП по входу и выходу. Работоспособность такой системы обеспечивается специальной схемой фазовой синхронизации выходных напряжения и деления нагрузки

Примеры обозначения параллельных систем:

  • «1+1» – система из двух ИБП со 100% резервированием.
  • «3+1» – система из четырех модулей, один из которых (любой) является резервным (33% резервирование).
  • «N+2» – система, состоящая из (N+2) модулей, два из которых (любые) являются избыточными.
Последовательное резервированиеПараллельное резервирование (система 3+1)
Параллельное резервирование (система 1+1)Параллельное резервирование (система 3+1)

При аппаратном резервировании в системе «N+X» нагрузка равномерно распределяется между всеми модулями, а в случае выхода из строя одного или нескольких из них (от 1 до X включительно) нагрузка перераспределяется между исправными устройствами. Если количество вышедших из строя ИБП равно X и в работе осталось минимальное количество исправных блоков N, то последующий выход из строя еще одного модуля приведет к отключению системы бесперебойного питания. В соответствии с данной логикой, для системы «N+X» мощность нагрузки не должна превышать номинальную мощность ИБП x N.

При масштабировании, все ИБП параллельной системы работают как единое устройство. А выход из строя любого блока приводит к полному отключению всей системы. Обозначение «N+X» при масштабировании не используется.

Параллельное резервирование и масштабирование применяется в основном с ИБП большой мощности при построении систем бесперебойного питания (СБП) для защиты особо ответственных объектов. Масштабирование является единственным способ защиты нагрузки сверхбольшой мощности (например, 4 MVA) при максимальной мощности 1 MVA выпускаемых одномодульных ИБП (см. N-Power Evo 1000 КВА). В случаях, если, конечно, не допускается сегментирование (дробление) нагрузки.

ИБП средней мощности (например, Mega-Vision, Pro-Vision Black) подключаются по упрощенной схеме «1+X», что также даёт возможность получить параллельные системы «N+1», «N+X», но при условии автоматического определения ИБП величины нагрузки*.

* Автоматическое определение ИБП величины нагрузки для системы «N+X» означает, что при выходе из строя X блоков и при оставшихся в работе N, в случае последующих проблем с еще одним модулем ИБП – безусловного автоматического отключения системы НЕ БУДЕТ (если потребляемая мощность нагрузки находится в допустимых пределах). Отключение может произойти в будущем только в случае возможной перегрузки.

В схеме с параллельным резервированием допускается применение как отдельных аккумуляторов для каждого ИБП, так и общего комплекта батарей. ИБП серий Mega-Vision (6-20 kVA), Pro-Vision Black (6-20 kVA), Power-Vision Black 3/3 и N-Power Evo компании N-Power могут быть объединены в параллельную систему.

Надёжность параллельной системы N+X имеющей единый батарейный кабинет возрастает, так как в батарейном режиме в случае выхода из строя X ИБП все батареи остаются в работе. В этих же условиях в схеме с раздельными батарейными кабинетами – все батарейные кабинеты всех X ИБП отключаются и их ёмкость теряется для системы.

ИБП N-Power также могут поддерживать логику работы с автоматическим определением нагрузки.

Активная мощность P (Вт, кВт)

  • Active Power (W, KW) – англ.
  • Real Power (W, KW) – англ.

Активная мощность (Вт, кВт) – это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, стабилизатором или любым другим устройстом из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.).

Активная мощность вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).

Активная мощность вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания

Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания (трансформаторам, стабилизаторам, ИБП, ДГУ), а также применительно к нагрузке (освещению, нагревательным устройствам и др.) является полезной мощностью, которую отбирает нагрузка и преобразует в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, световую, звуковую, химическую, электрическую, электромагнитную и др.). Таким образом, активная мощность безвозвратно потребляется нагрузкой. Она необратимо уходит в нагрузку и не возвращается обратно в сеть.

Примеры: в паспорте ИБП обязательно указана его выходная нагрузочная способность в кВт, то есть максимальная мощность активной нагрузки, которую он способен запитать. На лампе накаливания, на бытовом обогревателе указана их активная мощность в Ваттах.

Само собой разумеется, системы типа «ИБП + нагрузка» или «стабилизатор + нагрузка» так же могут рассматриваться относительно сети (источника питания), как единая нагрузка, имеющая активную мощность. При таком подходе надо иметь ввиду особенность описанную ниже:

Для устройств преобразующих электроэнергию (например ИБП, стабилизаторы) параметр «входная активная мощность» включает 2 составляющие:

  1. Основной поток мощности, проходящий транзитом на выход, то есть в активную нагрузку на выходе ИБП или стабилизатора.
  2. Дополнительный поток мощности, идущий на потери в самом устройстве (ИБП, стабилизатор). Это тепловая мощность (потери на КПД), то есть идущая на нагрев радиаторов и трансформаторов, механическая мощность вентиляторов охлаждения и др., а также мощность преобразуемая в химическую энергию при заряде аккумуляторов (ИБП).

Активная мощность применительно к области устройств передачи, распределения, хранения энергии (например, линии электропередач, конденсаторы) является паразитной мощностью, которая теряется при передаче её от источника к нагрузке (или при хранении энергии). Например, для ЛЭП – это потери энергии (мощности) на коронный разряд (включает потери на тепло, свет, звук), нагрев проводов (тепло Джоуля-Ленца), токи Фуко в окружающих проводящих средах и др. Для фазных конденсаторов – это потери на электрическое сопротивление изоляции диэлектрика, поверхностные утечки Rd.

Многочастотные системы

Для вычисления активной мощности, казалось бы, мы должны вычислить произведение тока и напряжения (причем и ток и напряжение есть сумма нескольких синусоид с разными частотами) и усреднить его. Тем не менее, если внимательно посмотреть на одно из слагаемых, полученных в результате перемножения тока на напряжение, мы придём к интересному результату.

формула

Конечно усреднение по времени функции вида cos(ωt + k) есть ноль при условии, что ω не равно нулю. Поэтому единственные слагаемые, которые не будут равны нулю после усреднения – это те, для которых частота напряжения равна частоте тока (в примере выше это второе слагаемое, которое при ω1 = ω2 не зависит от времени и поэтому при усреднении не равно нулю). Другими словами, активную (усреднённую) мощность можно вычислить просто вычислив активные мощности для каждой частоты(гармоники) по отдельности, а затем все полученные мощности сложить:

Активная мощность:

P = P1 + P2 + P3 + ... Pn

где: n – номер гармоники, — усреднение за период

Полная мощность S (ВА, кВА)

  • Apparent Power (BA, KVA) – англ.

Полная мощность (ВА, кВА) – это кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической.

Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: ВА (вольт × ампер).

Полная мощность (ВА, кВА) – это кажущаяся потребляемая нагрузкой (например, ИБП) суммарная мощность с учетом активной и реактивной ее составляющих, а также отклонения формы тока и напряжения от гармонической.Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания

Многочастотные системы

Приведённое выше определение полной мощности применимо и к многочастотным системам, так как среднеквадратичное значение (СКЗ / англ. RMS) тока и напряжения может быть вычислено для любой формы волны и следовательно отсюда может быть вычислена полная мощность.

Реактивная мощность Q (ВАр, кВАр)

  • Reactive Power (BAr, KVAr) – англ.

Реактивная мощность (ВА, кВА) – это мощность или поток энергии, циркулирующий через реактивное сопротивление электрической цепи (емкостное или индуктивное).

Рассеяния энергии на реактивных элементах не происходит, так как полученная ими энергия от источника и энергия и возвращенная обратно в сеть в течение периода эквивалентны.

Считается, что в большинстве случаев реактивная энергия (мощность), циркулирующая в электрической цепи, является паразитной и приводит к нежелательному разогреву проводников, а также к перегреву и ухудшению режимов работы прочих устройств сети, как генерирующих электричество, так и его потребителей.

Реактивная энергия (мощность)

где к – коэфф. мощности, S – полная мощность, P– активная мощность.

В системах передачи и распределения энергии прилагаются значительные усилия для контроля и уменьшения реактивной мощности. Обычно это делается автоматически путем подключения и отключения дроссельных массивов (реакторов) или конденсаторов системы компенсации реактивной мощности, настройкой системы возбуждения генератора и другими методами. Описанные меры являются общепринятой практикой на всех больших предприятиях эксплуатирующих высоко индуктивные / емкостные нагрузки или просто большое количество реактивных электроустановок, например, моторов насосных станций, металлообрабатывающих станков и др.

Коэффициент амплитуды сигнала (крест-фактор)

  • Crest Factor*, Crest-factor* – англ.
  • Cross Ratio – англ.
  • Peak-to-average ratio (PAR) – англ.
  • Peak-to-average Power Ratio (PAPR) – англ.
  • *Crest – вершина, гребень, пик – англ.

Коэффициент амплитуды (крест-фактор) – это показатель, характеризующий способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.

Определяется как отношение амплитуды импульсного тока в нелинейной нагрузке Im (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Im (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности (см. рисунки). ИБП компании N-Power способны питать нелинейную нагрузку с крест-фактором до 3.5:1.

Крест-фактор нагрузки. Форма напряжения и тока на линейной нагрузкеКрест-фактор нагрузки. Форма напряжения и тока на нелинейной нагрузке
Крест-фактор нагрузки. Форма напряжения и тока на линейной нагрузкеКрест-фактор нагрузки. Форма напряжения и тока на нелинейной нагрузке

Крест-фактор

Определение коэффициента амплитуды

Коэффициент амплитуды сигнала равен отношению амплитуды (максимального значения) сигнала к действующему (эффективному, среднекв.,скз/rms) значению сигнала.

Ка = Amax / Arms= Aмакс. / Aэфф.

В электротехнике наиболее часто термин применяется для характеристики сигнала тока нагрузки или характеристики сигнала нагрузочного тока ИБП допустимого для данного типа ИБП. Таким образом коэффициент амплитуды характеризует способность ИБП питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный (нелинейный) ток.

Ниже представлены различные примеры форм сигнала и их коэффициенты амплитуды:

Прямоугольный сигнал (Ка=1)Синусоидальный сигнал (Ка=√2~=1.41)Реальная форма тока (Ка=~3)
Прямоугольный сигнал (Ка=1)Синусоидальный сигнал (Ка=√2~=1.41)Реальная форма тока (Ка=~3)

С достаточной точностью коэффициент амплитуды (Crest-factor) также может быть определён как отношение амплитуды импульсного тока в реальной нелинейной нагрузке Iмакс (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Iмакс (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности.

Так же форму сигнала может характеризовать коэффициент формы кривой, равный отношению действующего значения сигнала к среднему за полупериод: Kф = Aэфф. / Aсредн.

В случае синусоидальных сигналов:

Kф = Iэфф. / Iсредн. = (Iмакс. / √2) * (π / 2 Iмакс) = π / ( 2 √2 ) = ~1.11)

Однако, в силовой электротехнике этот термин коэффициент формы кривой используется редко.

Дополнительная информация для технических специалистов из учебника Г.И. Атабекова «Основы теории цепей»

В радиотехнике и электротехнике пользуются также коэффициентами формы кривой (Kф) и амплитуды (Kа).

Коэффициент амплитуды определяется как отношение максимального значения функции к действующему значению:

Коэффициент амплитуды определяется как отношение максимального значения функции к действующему значению

Для гармонической функции:

Ka = √2 = ~1.41

Коэффициент формы кривой определяется как отношение действующего значения функции к среднему значению функции, взятой по абсолютной величине:

Коэффициент формы кривой определяется как отношение действующего значения функции к среднему значению функции, взятой по абсолютной величине

Для гармонической функции:

Kф = π / ( 2 √2 ) = ~1.11

Коэффициент мощности. Power Factor (PF). Смещённый коэффициент мощности. Displacement Power Factor (DPF)

  • Power Factor (PF) – коэффициент мощности – англ. 
  • Displacement Power Factor (DPF) – смещенный коэффициент мощности – англ.

Коэффициент мощности – это комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП).

Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной.

Типовые значения коэффициента мощности:

  • 1 – идеальное значение.
  • 0.9 – хороший показатель.
  • 0.8 – типовая промышленная нагрузка.
  • 0.7 – компьютерная нагрузка.
  • 0.65 – двухполупериодный выпрямитель.

В случае линейной нагрузки коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от характера нагрузки может носить емкостной или индуктивный характер.

В случае активной нелинейной нагрузки коэффициент мощности определяется отношением активной мощности первой гармоники тока к полной мощности, потребляемой нагрузкой (это определение справедливо только в частном случае, когда напряжение имеет чистую синусоидальную форму).

Необходимо заметить, что реальная промышленная нагрузка является нелинейной и носит преимущественно индуктивный характер (PF=0.8).

Активная мощность вычисляется как усредненный по периоду сигнала определенный интеграл произведения мгновенных значений входного тока и напряжения. Единица измерения: Вт (ватт).Активная мощность применительно к первичным и вторичным источникам питания

Терминология, используемая в измерительных приборах (например, анализаторе HIOKI3197)

Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут применяться два различных термина обозначающих коэффициента мощности:

Power Factor (PF) – коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) всех гармоник сигнала.

Displacement Power Factor (DPF) – смещённый коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) только основной (первой / фундаментальной) гармоники сигнала. То есть он равен косинусу (cos) фазового сдвига между током и напряжением основной гармоники.

PF=DPF при гармонических (синусоидальных) сигналах.

Коэффициент мощности несинусоидальных токов и напряжений

Коэффициент мощности токов и напряжений, в которых присутствуют гармонические (нелинейные) искажения, вычисляется так же как и в случае синусоидальных сигналов (см. «Г.И. Атабеков Основы Теории Цепей» с.176, 434 с):

Коэффициенты, характеризующие периодические несинусоидальные функции. По аналогии с гармоническими функциями отношение активной мощности при несинусоидальных токах к полной мощности называется коэффициентом мощности и обозначается χ:

Коэффициент мощности

Среднеквадратичное значение (СКЗ). Действующее или эффективное значение. Истинное среднеквадратичное значение (ИСКЗ)

  • Root-mean-square (RMS) − среднеквадратичное значение – англ.
  • True Root-Mean-Square (TRMS) − истинное среднеквадратичное значение – англ.

Для любой периодической функции (например, тока или напряжения) вида f = f(t) среднеквадратичное значение функции определяется как:

среднеквадратичное значение функции

Если функция задана в виде суммы гармоник (как например в случае тока нелинейной нагрузки)

функция задана в виде суммы гармоник

то действующее значение периодической несинусоидальной функции выражается формулой

Действующее значение периодической несинусоидальной функции

Поскольку Fn − амплитуда n-ой гармоники, то Fn / √2 − действующее значение гармоники. Таким образом, полученное выражение показывает, что действующее значение периодической несинусоидальной функции равно корню квадратному из суммы квадратов действующих значений гармоник и квадрата постоянной слагающей.

Например если, несинусоидальный ток выражается формулой:

несинусоидальный ток

то среднеквадратичное значение тока равно:

функция задана в виде суммы гармоник

Все приведённые выше соотношения используются при вычислении в тестерах измеряющих ИСКЗ, в цепях измерения тока ИБП, в анализаторах сети и в др. оборудовании.

Истинное среднеквадратичное значение (ИСКЗ), True Root-Mean-Square (TRMS)

Большинство простых тестеров не могут точно измерять среднеквадратичное значение несинусоидального сигнала (то есть сигнала с большими гармоническими искажениями, например, прямоугольной формы). Они правильно определяют СКЗ напряжения только для синусоидальных сигналов. Если таким прибором измерить СКЗ напряжения прямоугольной формы, то показание будет ошибочным. Причина ошибки – обычные тестеры при вычислении учитывают основную гармонику (для обычной сети – 50 Гц), но не берут в расчет высшие гармоники сигнала.

Для решения данной проблемы существуют особые приборы, точно измеряющие СКЗ с учётом высших гармоник (обычно до 30-50 гармоник). Они маркируются символом TRMS или ИСКЗ (true root-mean-square) – истинное среднеквадратичное значение, True RMS, истинное СКЗ.

Так, например, обычный тестер может измерить с ошибкой напряжение на выходе ИБП с аппроксимированной синусоидой, в то время как тестер «APPA 106 TRUE RMS MULTIMETER» измеряет напряжение (СКЗ) правильно.

Замечания

Для синусоидального сигнала, фазное напряжение в сети (нейтраль – фаза, phase voltage) равно:

UСКЗф = Uмаксф / (√2)

Для синусоидального сигнала, линейное напряжение в сети (фаза – фаза, interlinear voltage) равно:

UСКЗл = Uмаксл / (√2)

Соотношение между фазным и линейным напряжением:

UСКЗл = UСКЗф * √3

Обозначения:

ф – линейное (напряжение)

л – фазное (напряжение)

СКЗ – среднеквадратичное значение

макс – максимальное или амплитудное значение (напряжения)

Примеры:

Фазному напряжению 220 В соответствует линейное напряжение 380 В

Фазному напряжению 230 В соответствует линейное напряжение 400 В

Фазному напряжению 240 В соответствует линейное напряжение 415 В

Фазное напряжение:

Напряжение в сети 220 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±310 В

Напряжение в сети 230 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±325 В

Напряжение в сети 240 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±340 В

Линейное напряжение:

Напряжение в сети 380 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±537 В

Напряжение в сети 400 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±565 В

Напряжение в сети 415 В (СКЗ), - амплитудное значение напряжения около ±587 В

Ниже приведён обычный пример фазных напряжений в 3-фазной сети:

Пример фазных напряжений в 3-фазной сети

Феррорезонансный трансформатор. Феррорезонансный регулятор напряжения

  • Ferroresonant transformer – англ.
  • Ferroresonant voltage regulator (FERRO) – англ.

Ферроререзонансные трансформаторы используются в феррорезонансных ИБП, феррорезонансных стабилизаторах и др. оборудовании. Данная технология является устаревшей. Она была популярна в середине 20 века до момента появления импульсных источников питания, когда в аппаратуре использовались обычные выпрямительные блоки.

Принцип работы заключается в особенности поведения кривой зависимости выходного напряжения трансформатора от входного. Эта характеристика имеет ярко выраженный пологий вид из-за эффекта насыщения ферро-магнитного сердечника, что позволяет использовать феррорезонансные трансформаторы и дроссели в качестве устройств, стабилизирующих напряжение. Феррорезонансный регулятор напряжения может быть частью как феррорезонансного ИБП, так и стабилизатора напряжения.

Трансформатор напряжения с постоянным коэффициентом трансформации

  • Constant voltage transformer (CVT) – англ.

Наиболее распространённое, правильное значение термина:

CVT – феррорезонансный трансформатор, так же известный как Constant Voltage Transformers (CVT) или "ferro". Название произошло от следующей особенности поведения трансформатора (а также дросселя) с ферромагнитным сердечником: при достижении насыщения ферромагнитного сердечника вольт-амперная характеристика имеет пологий характер, напряжение постоянно (стабилизировано) при изменении тока.

Этот эффект применялся в феррорезонансных стабилизаторах напряжения (устаревший тип).

CVAT – феррорезонансный автотрансформатор или дроссель.

The ferroresonant transformers, which are also known as Constant Voltage Transformers (CVTs) or ferros, are also good surge suppressors, as they provide high isolation and inherent short-circuit protection.A ferroresonant transformer can operate with an input voltage range ±40% or more of the nominal voltage.
http://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_Voltage_Regulator

В настоящее время в связи с редким использованием феррорезонансных трансформаторов возможно другое значение термина:

CVT – это обычный трансформатор напряжения, широко применяемый в электротехнике, энергетике, а также различной аппаратуре.

Существуют два основных типа трансформаторов:

  • С постоянным коэффициентом трансформации – Constant Voltage Transformer (CVT). Схожий термин: Constant Voltage Autotransformer (CVAT).
  • С регулируемым коэффициентом трансформации Variable Voltage Transformer (VVT). Схожий термин: Variable Voltage Autotransformer (VVAT).

Все типы указанных трансформаторов и автотрансформаторов находят широкое применение в силовых установках. Причем, регулируемые трансформаторы и автотрансформаторы используются в стабилизаторах напряжения, а постоянные в более широком спектре оборудования.

Регулятор постоянного напряжения

  • Constant voltage regulator – англ.

Данным термином может обозначаться целый спектр различного оборудования. Например, регулятор постоянного напряжения, регулятор стабилизированного напряжения, а также просто стабилизатор напряжения.

Электромеханический стабилизатор напряжения. Электромеханический регулятор напряжения. Электродинамический стабилизатор. Сервоприводный стабилизатор.

  • Electromechanical voltage stabilizer – англ.
  • Electromechanical voltage regulator – англ.
  • Motorized variable transformer – моторизированный регулируемый трансформатор,
  • трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации – англ.
  • Servo voltage regulator – сервоприводный регулятор напряжения – англ.
  • Servo voltage stabilizer – сервоприводный стабилизатор напряжения –англ.

Электромеханический (электродинамический) сервоприводный стабилизатор напряжения является одним из самых распространенных в мире типов стабилизатор переменного напряжения. Он состоит из двух главных силовых элементов: регулируемого автотрансформатора (вариатора) и вольтодобавочного трансформатора, а также схемы управления.

Трехфазный электромеханический стабилизатор Oberon Y
Трехфазный электромеханический стабилизатор Oberon Y

Основные виды электромеханических стабилизаторов:

  • Однофазые
  • Трехфазные с регулировкой среднефазного значения выходного напряжения
  • Трехфазные с независимой стабилизацией каждой фазы

Преимущества электродинамических стабилизаторов: высокая точность, плавная регулировка.

Под электромеханическим регулятором напряжения чаще всего понимают один из главных силовых составных блоков электродинамического стабилизатора. В большинстве случаев он представляет собой автоматический сервоприводный регулируемый автотрансформатор. В некоторых случаях в литературе под термином электромеханический регулятор напряжения может пониматься просто стабилизатор напряжения целиком.

Электронный регулятор напряжения

  • Electronic voltage regulator (EVR) – англ.
  • Micro Electronic voltage regulator (MEVR) – англ.
  • Solid State voltage regulator – твердотельный регулятор напряжения – англ.

Данный термин обозначает электронный индустриальный (бытовой или общего назначения) стабилизатор напряжения (или электронный сетевой кондиционер).

В более редких случаях термин обозначает основной силовой рабочий блок электронного стабилизатора. Блок отвечает за регулировку (стабилизацию) напряжения, например: многовыводный трансформатор с блоком тиристоров / симисторов. Конечно, этот узел практически и представляет собой функциональный электронный стабилизатор, но его выделение необходимо, так как сам стабилизатор может включать и другие блоки, например, автоматы защиты, управляемый выходной контактор, блоки защиты от перенапряжения и др.

В зарубежной терминологии термины «регулятор напряжения» и «стабилизатор напряжения» являются полными синонимами или разделяются по принципу:

  • стабилизатор это бытовой / промышленный стабилизатор переменного напряжения;
  • регулятор напряжения это более общий класс устройств (в том числе стабилизаторы) использующийся для поддержания напряжения постоянного уровня и включающий стабилизаторы постотоянного тока, электронные стабилизаторные микросхемы например LM7912 и др.
  • Stabilizer, a kind of voltage regulator in electronics.

В отечественной терминологии эти термины могут являться синонимами в переведённых документах, но так же часто под регулятором напряжения имеется ввиду не весь стабилизатор, а только сам блок, ответственный за выработку «вольтодобавки» («вольтоубавки»).

Стабилизатор напряжения с регулируемым магнитным потоком. Регулятор напряжения с изменяемым магнитным потоком.

  • Magnetic induction voltage stabilizer – англ.
  • Magnetic induction voltage regulator – англ.

Это стабилизатор напряжения на базе вольтодобавочного трансформатора с регулируемым магнитным потоком. Соответственно, регулятор напряжения с изменяемым магнитным потоком является главным составным элементом такого стабилизатора.

Магнитопровод трансформатора построен из 2-х частей: ротора и статора. При смещении ротора увеличивается / уменьшается амплитуда магнитного потока в трансформаторе, что в результате меняет напряжение во вторичной вольтодобавочной обмотке. Таким образом осуществляется регулировка (стабилизация) выходного напряжения. Конструкция такого устройства схожа с электромотором, за исключением того, что ротор не вращается постоянно. Его максимальный угол поворота составляет 130°. Магнитное взаимодействие или трансформаторная связь между ротором (шунтовая обмотка) и статором (последовательная обмотка) приводит к генерации напряжения в последовательной обмотке. В результате выходное напряжение повышается или понижается в зависимости от угла поворота ротора относительно статора.

Пример оборудования данного вида: http://www.ashleyedison.com/downloads/1002/MVSI-H-100to1500kVA-1002.pdf

Ashley-Edison, MVSI Series Voltage Stabiliser / Regulator utilizes the latest in Magnetic Induction technology to ensure the mains voltage remains constant at all times. As a Magnetic Induction based solution, MVSI stabilisers utilise a simple, yet highly reliable, rotor and stator design principle to increase or reduce the magnitude of the voltage in a series transformer winding, thereby delivering and maintaining a constant output voltage. The arrangement is similar to a motor, except that the rotor does not rotate continuously. Its maximum rotation is only 130 degrees. The magnetic coupling between the rotor (the shunt winding) and stator (series winding) will cause the magnitude of the voltage in the series winding to increase or decrease, depending on the angle or position of the rotor to the stator. For example, when the input voltage drops, the rotor will rotate clockwise to such an angle to make up for the drop in voltage, rotating anti-clockwise to correct for a high voltage.

Есть основания полагать, что стабилизаторы данного типа обладают множеством недостатков.
Например, низкий КПД из-за рассеивания магнитного потока. Громоздкость регулятора при большой выходной мощности.
Не технологичность. Возможно, именно поэтому они не получили широкого распространения.

Переключатель обмоток трансформатора. Переключатель ответвлений трансформатора.

  • Tap changer (Tap switch) – переключатель ответвлений трансформатора или переключатель обмоток – англ.
  • Tap-switching voltage regulator – регулятор напряжения с переключаемыми обмотками – англ.
  • On load tap changer (OLTC) – разновидность переключателя ответвлений, работающего под нагрузкой – англ.
  • Mechanical tap changing regulator – механический регулятор с переключателем ответвлений – англ.
  • Electronic tap switching voltage regulator – регулятор напряжения с электронным переключением обмоток трансформатора (автотрансформатора) – англ.
  • Step voltage regulator – ступенчатый регулятор напряжения – англ.

Переключатель ответвлений трансформатора или переключатель обмоток – это общий термин, обозначающий блок переключения обмоток трансформаторов и автотрансформаторов со ступенчатой регулировкой коэффициента передачи. В зависимости от типа используемых компонентов может быть механическим или электронным (тиристорным / семисторным).

Чаще всего термин применяется для электронных стабилизаторов.

Электронный стабилизатор напряжения Oberon E (LC)

Электронный стабилизатор напряжения Oberon E (LC)
Другими возможными значениями данного термина являются:
  • Переключатель отводов (например, трансформатора).
  • Переключатель секций (например, трансформатора), переключатель ответвлений.
  • Переключатель выходных обмоток (трансформатора).
  • Секционный переключатель.

Tap-switching voltage regulator – регулятор напряжения с переключаемыми обмотками. Под этим термином понимается комплексный блок, состоящий как из переключателя обмоток, так и и многоотводный автотрансформатор + устройство управления и защиты.

On load tap changer (OLTC) – разновидность переключателя ответвлений, работающего под нагрузкой, переключатель обмоток трансформатора под нагрузкой; переключатель числа витков трансформатора под нагрузкой; устройство переключения отводов под нагрузкой. Все электротехническое стабилизирующее оборудования комплектуется именно этим типом переключателя ответвлений, т.к. оно обязано осуществлять переключение обмоток и стабилизацию напряжения независимо от коэффициента загрузки оборудования (0-100% – любая нагрузка).

Mechanical tap changing regulator – механический регулятор с переключателем ответвлений или механический регулятор с переключаемыми обмотками или релейный регулятор с переключаемыми обмотками. Релейные стабилизаторы также можно назвать самым простым типом из электронных стабилизаторов.

Electronic tap switching voltage regulator – регулятор напряжения с электронным переключением обмоток трансформатора (автотрансформатора).

Step voltage regulator – ступенчатый регулятор напряжения.

Переключатели обмоток современных электронных стабилизаторов могут быть построены на базе различных ключей, например:

  • Traditional SCR tap changer-based regulators – традиционные переключатели обмоток на тиристорах (симисторах).
  • IGBT tap changer-based regulators – переключатели обмоток на базе БТИЗ/IGBT (биполярные транзисторы с изолированными затворами).

Регулируемый автотрансформатор. Регулируемый трансформатор.

  • Motorized variac – англ.
  • Motor-driven variable autotransformer – регулируемый автотрансформатор с электроприводом (сервоприводом) – англ.
  • Variable autotransformer - регулируемый автотрансформатор – англ.

Регулируемый автотрансформатор – один из главных составных элементов регулятора напряжения электродинамического стабилизатора напряжения.

В тоже время, в электронных стабилизаторах используются ступенчатые переключаемые автотрансформаторы.

Регулятор напряжения в линии. Стабилизатор напряжения питания

  • Line voltage regulator – регулятор напряжения в линии – англ.

Line voltage regulator – регулятор напряжения в линии, устройство защиты от бросков электрического напряжения, регулятор напряжения линии электропередачи, стабилизатор напряжения питания. Основной функцией данного устройства является стабилизация напряжения в линии электропередачи.

Также термин часто означает СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ. Термин характерен для обозначения индустриальных стабилизаторов большой мощности.

Допускаются и другие трактовки термина.

Компенсатор падения напряжения в линии. Бустер.

  • Line drop compensator (LDC) – англ.
  • Booster – англ.

Line drop compensator (LDC) – компенсатор падения напряжения в линии, компенсатор падения напряжения при передаче тока по линии, бустер.

Автоматический повышающий регулятор напряжения.

  • Auto-boost regulator – англ.

Auto-boost regulator – автоматический повышающий регулятор напряжения или автоматический стабилизатор напряжения. Простейший ступенчатый регулятор напряжения (AVR) имеет одну ступеньку на повышение (Boost) и одну на понижение (Buck). Он широко применяется в конструкциях простейших маломощных стабилизаторов напряжения, а также линейно-интерактивных ИБП.

Так же этим термином могут обозначаться и более совершенные конструкции.

Термин так же используется для обозначения блока регулятора напряжения в мощных стабилизаторах, как электронных так и электромеханических.

Нужно так же отметить, что даже в маломощных ИБП автоматический стабилизатор напряжения иногда строится по многоступенчатой схеме. Пример – 5-ти ступенчатые AVR / ABR в ИБП серии Smart-Vision S. Это позволяет повысить точность поддержания напряжения по сравнению с другими линейно интерактивными ИБП.

Электронный стабилизатор с двойным преобразованием напряжения.

  • Double conversion electronic voltage regulator – англ.

Double conversion electronic voltage regulator – электронный регулятор (или стабилизатор) с двойным преобразованием напряжения. Принцип работы такого устройства полностью аналогичен принципу работы классического On-Line ИБП с двойным преобразованием (Double conversion) в сетевом режиме. Отличием является отсутствие аккумуляторных батарей, батарейных преобразователей и зарядных устройств. Схемотехника и функционирование выпрямителя и инвертора остаются неизменными. Стабилизатор данного типа обладает всеми основными особенностями и преимуществами схемы On-Line: полная фильтрация паразитных гармоник напряжения за счет повторного синтеза синусоиды выходного напряжения (см. статью On-Line ИБП).