Системы On-Line и с дельта-преобразованием: преимущества и недостатки

ИБП с двойным (например Powerware) и дельта-преобразованием (например APC Silcon): преимущества и недостатки

Согласно общепринятой классификации структур источников бесперебойного питания выпускаемые в настоящее время ИБП относят к трем основным категориям: резервные (Off-Line), линейно-интерактивные (Line-Interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line). Последние характеризуются наивысшим уровнем защиты нагрузки от неполадок в сети, и подавляющее большинство современных моделей средней и большой мощности выполняются именно по этой схеме. Между тем отдельные устройства (например, Silcon DP300), в которых использован принцип дельта-преобразования, имеют заметные отличия от классических схем построения ИБП и нередко представляются поставщиками как дальнейшее развитие технологии On-Line.

Западные аналитики, следуя стандартам EN50091-3 и IEEE100, относят агрегаты с дельта-преобразованием к категории усовершенствованных линейно-интерактивных. Основанием для этого служит схожесть реализованного в них принципа действия.

И в тех, и в других ИБП в отличие от систем типа On-Line в нормальном режиме нагрузка связана с электрической сетью через входной трансформатор. В устройствах с дельта-преобразованием он имеет дополнительную обмотку, на которую с дельта-инвертора подается корректирующее напряжение, пропорциональное отклонению входного напряжения от номинального значения, но противоположное по фазе. Таким образом за счет обратной связи восстанавливается уровень и форма напряжения на нагрузке и устраняется фазовый сдвиг между напряжением и током. Процесс носит плавный, а не ступенчатый, как в линейно-интерактивных устройствах, характер и, следовательно, обеспечивает более стабильное питание нагрузки. Тем не менее прямая связь между сетью и нагрузкой (отсутствующая в ИБП с двойным преобразованием напряжения) не позволяет без дополнительных средств эффективно защитить нагрузку от сетевых помех и высоковольтных импульсов, а также избежать загрязнения электросети высокочастотными помехами, присутствующими в цепях питания компьютеров и компьютерных сетей. Кроме того, такой ИБП в нормальном режиме не способен компенсировать отклонения частоты сетевого напряжения.

Главное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий КПД. Однако достигается он при вполне определенных условиях — когда параметры напряжения сети соответствуют номинальным значениям, входной импеданс нагрузки имеет только активную составляющую, а сам ИБП нагружен на полную мощность. При невыполнении этих условий повышается нагрузка на основной (ОИ) и дельта-инвертор (ДИ) или снижается эффективность использования входного трансформатора, что так или иначе ухудшает КПД. К тому же эффекту приводит расширение диапазона входных напряжений для нормального режима работы. В итоге, имея преимущество по КПД (2-3%) в идеальных условиях, ИБП с дельта-преобразованием проигрывают системам типа On-Line в условиях реальных.

По той же самой причине не всегда удается получить обещаемый поставщиками подобных агрегатов выигрыш при выборе генераторной установки. Рекомендуемый коэффициент запаса мощности ДГУ 1.3 … 1.5 можно взять за основу лишь в том случае, если нагрузка является чисто линейной. На практике это бывает крайне редко и поэтому правильнее закладывать в расчеты коэффициент 1.5 … 1.8 — точно такой же как при использовании ИБП с двойным преобразованием, снабженных относительно экономичным корректирующим THD-фильтром.

Следует также отметить, что ИБП с дельта-преобразованием отличаются более высокой сложностью по сравнению с системами типа On-Line, так как для обеспечения двунаправленной работы основного инвертора в них применяются устройства четырехквадрантного типа. Это сказывается на стоимости и надежности агрегата. Кроме того, в нормальном режиме основной и дельта-инвертор должны работать синхронно с сетью. Поэтому переход ИБП из автономного режима в нормальный происходит лишь после восстановления синхронизации двух инверторов с сетевым напряжением. Сбой любого элемента системы в этом случае может стать причиной повреждения целой группы блоков. Процесс синхронизации особенно усложняется при параллельной работе нескольких ИБП.

Подводя итог, можно констатировать, что ИБП с дельта-преобразованием более пригодны для использования в странах с относительно хорошим качеством электросети.
В условиях, характерных для большинства регионов России и стран СНГ, они проигрывают системам с двойным преобразованием напряжения по эффективности.

Достоинства и недостатки двух технологий

Краткие выводы

По мнению иностранных аналитиков, а также российский специалистов, самой надежной защитой нагрузки, критичной к качеству сетевого электропитания, являются ИБП, построенные по схеме On-Line с двойным преобразованием напряжения (например ИБП Powerware). Данный факт нашел отражение в соответствующих нормативных документах (стандартах, классификациях и др.).