Аппроксимированная синусоида что это

Аппроксимированная синусоида – что это и как с ней бороться

Для чего нам нужна аппроксимированная синусоида и что она может дать? Какими бы надежными ни были линии электропередач, снабжающие нас энергией от ГРЭС (КЭС), АЭС и ТЭС, всегда может случиться авария или рядовая поломка, что приведет к обесточиванию жилья и/или предприятия, организации, учреждения. И вот здесь зачастую потребитель переключается на автономные источники питания – ИБП или генератор (если они есть).

На первый взгляд все просто: при отключении света автоматически или вручную запускается какой-то дизельный или другой генератор и подача электроэнергии возобновляется, но это не совсем так. Загвоздка в том, что не все инверторы способны выдавать синусоидальное переменное напряжение, необходимое для бытового и промышленного оборудования. Конечно, в любом случае оно будет переменным, но без чистой синусоидальной формы. Если еще проще, то источник бесперебойного питания, предназначенный для лампы накаливания, не подойдёт для любого котла отопления.

О синусоиде

Давайте разберемся, чем чистая синусоида отличается от аппроксимированной, и для этого посмотрите на изображение вверху. Вы видите, что у чистого синуса линия ровная, без каких-либо сдвигов. Это очень важно, потому что большинство электродвигателей, индукционных катушек, дросселей и т.п. могут работать только в том случае, если форма выходного напряжения имеет чистый, гладкий синус. Конечно, идеально ровным он не может быть и на деле коэффициент гармонии должен быть менее 8%, но об этом чуть ниже.

Если на каком-либо ИБП или генераторе вы видите английский текст «Total Harmonic Distortion», а после него число с процентами, значит, вы столкнулись с добросовестным производителем. Дело в том, что приборы с аппроксимацией синусоиды зачастую продаются без информации об этом факте, так как такое устройство проще продать неосведомленному покупателю. А вот на устройствах или их документах с чистой синусоидой обязательно будет подтверждение, что это так и есть.

Видео описание

Обман от производителей инверторов.

Вот какими могут быть коэффициенты по отклонениям (обозначаются в процентах):

В сопроводительных документах или на наружной маркировке (на корпусе) резервных ИБП (1) можно встретить обозначение «Back», но если оно двойное и выглядит, как «Back-UPS», то о гладкой синусоиде можно забыть. Здесь технические параметры полностью зависимы от инвертора, а в недорогих моделях такого типа встроенного преобразователя попросту не может быть. Если инвертор все-таки есть, то стоимость прибора значительно возрастет.

Когда вы выбираете линейно-активный источник бесперебойного питания line-interactive (2), то возможность купить прибор с преобразователем на чистый синус значительно увеличивается. По визуальным признакам наличие такого инвертора можно определить, если в документах или на наружной маркировке (на корпусе) увидите обозначение «Smart», но это только предположение, так как «Back-UPS» тоже стали порой использовать эти символы. Более точно вы сможете узнать у продавца или при тщательном изучении технических характеристик от завода-изготовителя.

И, наконец, модели on-line (3), в которых обязательно есть двойной инвертор на чистую синусоиду. Неоспоримое преимущество такого прибора в том, что он работает на выравнивание аппроксимированной синусоиды не только во время отключения ЛЭП (от аккумуляторов), но и в обычном режиме. Главный недостаток on-line модификаций, это их высокая цена.

Примечание: ИБП с двойным преобразователем позволяют производить подключение внешнего питания, что в значительной степени увеличивает автономный ресурс агрегата.

Видео описание

Как проверить форму напряжения ИБП без осциллографа.

Варианты применения ИБП с аппроксимированной синусоидой

Как вы уже поняли, можно допускать применение инверторов ИБП: синусоидальная аппроксимация присутствует и с чистой синусоидой. Все зависит от оборудования, которое будет получать электроэнергию через такие источники.

Где ступенчатая синусоида не мешает

Если оборудование не имеет в своей схеме диммеров (электронных приборов регулировки), конденсаторов, индуктивных катушек и использует активную нагрузку, то оно не восприимчиво к той или иной синусоиде. Таких приборов не очень много, но они все-таки есть, и мы их широко используем в быту:

• обычные лампы накаливания;
• простые электроплиты;
• утюги, фены, паяльники;
• электрообогреватели типа каминов;
• электробойлеры (не все).

Негативное влияние аппроксимации

В Сети иногда проскакивает мнение, что все осветительные приборы могут функционировать от ИБП с аппроксимированной синусоидой, но это только полуправда. В большинстве случаев мы не используем не «лампочку Ильича», а более современные светильники с преобразователем напряжения ≈220-230 V. Подавляющее большинство людей даже не задумываются над принципами работы таких осветительных приборов, но посмотрите результаты теста некоторых из них, которые представлены в таблице ниже.

В таблице сравниваются параметры разных моделей светильников при подключении к обычной сети ≈220-230 V и к источнику бесперебойного питания, где присутствует ступенчатая аппроксимация синусоиды. Для эксперимента был использован ИБП компании APC с мощностью 500 V*A.

Даже неискушенный пользователь заметит, что электрические характеристики приборов освещения становятся другими при модифицированной синусоиде и эти изменения происходят с негативом – потребляемый ток возрастает, а КПД (яркость) падает. Возможна также ещё одна реакция, например, когда для ограничения мощности добавляют конденсатор, он соберет все реактивные токи, что одновременно будут делать диоды, и мощность, конечно же, увеличится в несколько раз, но это очень быстро выведет лампу из строя. Но при подключении к другому автономному ИБП 12/220 V такой картины не наблюдается, и лампа работает нормально.

Отсюда можно сделать вывод: подключение светодиодов или люминесцентных ламп на квази-синус зависит от случая: может сгореть, но может функционировать в нормальном режиме. Если говорить о правильной работе приборов, где в значительной степени присутствуют реактивные токи, а также для устройств, которые чувствительны к помехам, то придется использовать только источники типа on-line, выдающих чистую синусоиду.

Читайте также:
Советский бензиновый генератор АБ 2 Т 230 м1

Среди агрегатов, которым в любом случае противопоказана аппроксимированная синусоида можно назвать:

• все котлы отопления с электрическим циркуляционным насосом и электронным управлением;
• насосы для водоснабжения, в том числе гидрофоры и погружные модели;
• вентиляторы промышленного и бытового типа;
• вся техника с трансформаторами.

Видео описание

Чистый и модифицированный синус. В чем отличие.

Заключение

Подводя итоги можно сказать, что использование ступенчатой синусоиды для приборов, генерирующих реактивные токи, в лучшем случае обернется невозможностью их запуска, а худшие варианты – это падение коэффициента мощности и даже быстрый выход из строя. Потому источники бесперебойного питания типа on-line, где на выходе чистый синус, это лучший вариант бесперебойника как на промышленном, так и на бытовом уровне.

Когда можно использовать ИБП с аппроксимированной синусоидой

Понятие «аппроксимированная синусоида» обозначает форму выходного сигнала ИБП, условно приближенную к синусоидальной форме. В обозначениях производителей также встречаются наименования «модифицированная синусоида», «квази-синусоида» и другие. Форма сигнала аппроксимированной синусоиды может быть трапецеидальной или ступенчатой. Аппроксимированным считается сигнал, отличающийся по форме от синусоиды более чем на 8%. Эта разница называется коэффициентом нелинейных искажений.

Варианты применения источников питания с аппроксимированной синусоидой

Жмите для подписки на в Фейсбуке!

Достижение высокой степени приближения к графику синуса обозначает усложнение конструкции ИБП и увеличение его цены. Правильный сигнал выдают источники бесперебойного питания типа on-line (с двойным преобразованием тока), наиболее качественные off-line и line-interactive. В ряде случаев целесообразно использование менее дорогостоящих off-line или line-interactive моделей. Это справедливо для большинства бытовой электроники с импульсными блоками питания и приборов с активной нагрузкой: компьютеров и компьютерной периферии;

• телевизионного и звукового оборудования;
• кухонных приборов;
• электрических обогревателей;
• ламп накаливания и иных средств освещения.

Когда ИБП с аппроксимированной синусоидой применять нельзя?

Для устройств со значительной реактивной составляющей расходуемой мощности, индуктивной нагрузкой и для помеховосприимчивых приборов подойдёт только чистый сигнал. К таким устройствам относятся асинхронные двигатели и оборудование, содержащее их – насосы, отопительные котлы, трансформаторы и старая электроника с трансформаторными блоками питания. ИБП с модифицированной синусоидой генерируют помехи, дают низкий эффективный ток (среднее напряжение), превышение силы потребляемого тока.

На практике это означает, в лучшем случае, невозможность включения оборудования, в худших вариантах – нехватку мощности при возрастающей силе тока, перегрев, быстрый выход приборов из строя или значительное уменьшение жизненного цикла. У лучших линейно-интерактивных ИБП коэффициент искажений не превышает 3–5%, у источников с двойным преобразованием синусоида чистая – сигнал формируется инвертором заново.

В каталоге интернет-магазина 220 Volt имеются сотни моделей ИБП оффлайн, интерактивного и онлайн типов в широчайшем ценовом разнообразии. Если вы сомневаетесь в том, какой ИБП купить, – специалисты магазина ответят на все вопросы и помогут в выборе бесперебойника и другой электротехники.

Нажмите и читайте в Фейсбуке!

Источник бесперебойного питания PowerCom Phantom PTM 600AP

С продукцией PowerCom российские потребители уже знакомы, да и мы не раз писали о ее представителях. В прошлый раз, например, в фокус нашего внимания попал достаточно серьезный аппарат PowerCom Smart King XL : весьма качественный, но объективно избыточный для большинства домашних применений. На этот раз в нашу лабораторию поступил компактный источник бесперебойного питания из новой серии Phantom, который как раз и должен в первую очередь заинтересовать тех, кто собирается обеспечить надежным питанием одно рабочее место.

Описание

Данная модель является линейно-интерактивным ИБП, то есть имеет встроенный AVR-регулятор, позволяющий при отклонении напряжения в достаточно широком диапазоне обойтись без перехода на батарейное питание и при этом поддерживать выходное напряжение в стандартном диапазоне.

У нас на тестировании побывала средняя (600 В·А) модель из линейки производителя, включающей варианты с мощностью от 500 до 1000 В·А. Производитель заявляет следующие характеристики изделия:

Входное напряжение, частота

Выходное (при работе от батарей) напряжение, частота

Автоматический регулятор напряжения

Выходная мощность (заявленная)

Выходная мощность (активная, измеренная)

Форма выходного сигнала при работе от батарей

Время автономной работы от батареи для стандартного ПК

Функция запуска оборудования без подключения к электросети

Тип, напряжение и емкость батареи

Время перезарядки батареи

Фильтрация импульсных помех

Защита от перегрузки

Защита линий передачи данных

Комплектация и гарантия

• инструкция по эксплуатации на русском языке
• гарантийный талон
• интерфейсный кабель USB
• кабель для сети Ethernet с разъемами RJ-45
• CD с программным обеспечением

Гарантийный срок эксплуатации: 2 года

Внешний вид

ИБП имеет классическую «башенную» компоновку, достаточно узкий корпус (10 см) и умеренный вес. Обращает на себя внимание черная передняя панель с единственной кнопкой включения по центру, которая при включении подсвечивается синим индикатором питания.

На задней панели имеются 3 стандартные евророзетки, что несомненно порадует домашних пользователей. Они хоть и занимают больше места на корпусе, чем розетки «компьютерного формата» IEC 320, но зато никаких проблем при подключении как самого компьютера, так и периферии не возникнет. Для взаимодействия с компьютерным ПО служит USB-интерфейс. Также имеются разъемы для защиты сетевого оборудования, подключаемого к сети Ethernet, и автоматический предохранитель.

Внутреннее устройство

Внутри корпуса обнаруживается минимум электронных компонентов, способ охлаждения пассивный, для чего силовые транзисторы прикручены к двум радиаторам (точнее: тепловым аккумуляторам). Соответственно, устройство практически бесшумное: как в пассивном режиме, так и при задействовании схем AVR и при работе от аккумуляторов, а также, что очень важно, и во время их заряда. Незначительный шум от самой электроники возникает лишь при работе с максимальной нагрузкой от батарей. Но этот режим, естественно, очень кратковременный, и даже тут шум с запасом укладывается в заявленные 40 дБА. Так что устройство 100-процентно домашнее.

Переключением между ступенями AVR-регулятора занимаются механические реле, рассчитанные на максимальный ток 7 А, что также означает солидный запас прочности. Инвертор построен на 4 транзисторах UTC UT108N03L производства компании Unisonic.

Трансформатор этому ИБП достался также достаточно адекватный, способный выдержать заявленную нагрузку.

Так выглядит фильтр импульсных помех в цепи передачи данных, имеется контакт с заземлением.

Батарея

Для замены аккумулятора пользователю придется отсоединить заднюю панель и разделить корпус самого ИБП на две половинки (в верхней находится электроника, а нижнюю занимает трансформатор и аккумулятор). В качестве аккумулятора компания PowerCom традиционно предпочитает изделия Yuasa. И этот выбор, надо сказать, достаточно неплохой из того, что есть сейчас на рынке.

В ИБП установлен аккумулятор модели NPW36-12 емкостью 7 А·ч, нормированной для режима 10-минутного разряда.

Тестирование

Работа от электросети

Мы использовали регулируемый автотрансформатор (ЛАТР), для того чтобы определить пороги переключения и фактическое напряжение на выходах при входном напряжении в диапазоне 0—263 В. Тестирование проводилось при полностью заряженном аккумуляторе и подключенной нагрузке около 100 Вт. Это типичное значение для современного компьютера в режиме простоя (или редактирования текста) с включенными опциями энергосбережения, учитывая, что значительную часть из этого потребляет включенный 20-дюймовый монитор.

• Я думаю что с появлением мощных транзисторов все добросовестные производители должны были бы перейти на импульсные блоки питания. Для импульсника вообще без разницы какая там форма входящего сигнала, он все равно первым делом превращает ее в постоянку. Я бы вообще ввел стандарт для бытовой сети к примеру 12V постоянного тока. Это позволило бы унифицировать приборы для автомобилей и для дома, упростить подключение бесперебойников и альтернативных источников. При этом вероятно все таки следует сохранить мощную высоковольтную сеть для передачи больших мощностей. Просто на входе в квартиру ставим один выпрямитель / преобразователь, отдельную подводку для плиты или кондиционера, а все остальное от 12V. Однако я пока не видел ни одной микроволновки чтобы в ней не было громоздкого трансформатора весом ни как не меньше 5 кг. Кстати, электродвигатели тоже можно было бы существенно уменьшить в размерах если бы питать их от высокочастотных преобразователей многофазным током. Но похоже все дело в инерции мышления.
• Инерция мышления? Вы представьте себе провода для утюга 3Квт при питании от 12 вольт! Проводку в квартирах вы собираетесь медной шиной прокладывать?! Если в среднем взять нормальное потребление квартиры на уровне 1,5 кВт, то при 12 вольтах в сети получаем всего-то 125 Ампер ток, что при норме 4,5 А/кв.мм. дает провод сечением 27 кв.мм. ничего себе, отсутствие инерции мышления!
• Появятся, когда импульсники для микроволновки станут дешевле трансформатора. Когда-то и микроволновок не было. Про 12 вольтовую сеть уже писали. Хотелось бы, чтобы инерция мышления относительно этой идеи продолжалась как можно дольше.
• Новое не значит лучшее. Идеальный стабилизатор или точней близкий можно создать на основе механического преобразователя эл.двигатель- генератор. 12 в. никто даже не будет рассматривать как бытовой стандарт. Как компромис существует стандарт 28 вольт. Импульсный блок питания сам большая проблема. Экономия в весе выливается в высокочастотные помехи и почти нерегулируемое напряжение на выходе.
• =Незарегистрированный;150554] Однако я пока не видел ни одной микроволновки чтобы в ней не было громоздкого трансформатора весом ни как не меньше 5 кг. Позвольте не согласиться-а инверторные модули м/в Панасоник?
• Есть у панасоника микроволновки с высоковольтными импульсными блоками питания. На выходе удвоитель стоит — с 1.5 кВ до 3 повышает. Чуть магнетрон подседает диоды со свистом летят. А магнетрон специфический. Другим не заменишь и по цене проще новую купить. Помехи тоже имеются. А насчет 12 В на проводах разоришься. Такого типа феррорезонансные стабилизаторы хорошо работают.
• То, что вы не видели, говорит только о том, как мало вы знаете. И СВЧ-печи, и кондиционеры, и холодильники уже давно придуманы, называются «инверторные», используют выпрямленное сетевое напряжение и преобразователь. Правда пока цена высоковата.
• Вместо философии нужно теорию хотя-бы немного читать. В микроволновке трансформатор не понижающий а наоборот повышающий. Магнетрон от 12 вольт работать не будет. Напряжение чем выше, тем меньше ток при той же передаваемой мощности, и соответственно меньше потери на тепловыделение в проводах, и меньше расход материала на их изготовление.
• Высокое напряжение позволяет экономить на проводах, а то обстоятельство, что ток переменный, позволяет, для изменения напряжения, использовать простой, надежный и весьма эффективный элемент — трансформатор.
• Купил инвертор типа на 2 квт. Работает но смущает что стали трещать автомат и некоторые лампы. Это из за пилы? Как ее сгладить?
• Экспериментировал с дросселями и ёмкостями, добился нормальной синусоиды. Но при изменении нагрузки меняется напряжение. Если постоянная нагрузка в каких то приделах то можно попробовать дросселями.
• А схемку дадите?
• В начале темы дана ссылка на статью, в которой описан способ решения проблемы формы и стабильности напряжения. Там же есть схема, перечень деталей и методика настройки. Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 1 Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 2
• Я эту схему брал за основу и подбирал дросселя. Которая схема в этой теме не пробовал. Будет время или прежмет отключение электро-энергии тогда займусь.
• Это фильтр Отто. Его имеет смысл использовать только с фиксированной нагрузкой. Например, для питания асинхронного двигателя. Фильтр Отто
• У меня нагрузка освещение, то есть переменная мощность. Не устраивает: лампы горят тусклее чем от сети (любые накаливания, светодиодные и ртутные) трещит автомат и лампы некоторые.

Пост дня

Многие ошибочно считают, что рисовая лапша – выдумка китайских или, в крайнем случае, японских кулинаров. Однако придумали это сытное и питательное блюдо тайцы – любители всего необычного. Тонкая, полупрозрачная лапша.

Ступенчатая аппроксимация синусоиды: описание, особенности, общие храктеристики

Ступенчатая аппроксимация синусоиды — один из распространенных видов неидеального переменного напряжения. Хотя она и имеет ряд преимуществ, ее применение не всегда безопасно для электрооборудования. Давайте разберемся, что из себя представляет ступенчатая аппроксимация синусоиды, как она влияет на работу техники и какие меры защиты стоит предпринять. Эта информация поможет сэкономить нервы и деньги на ремонт поломок.

Описание ступенчатой аппроксимации синусоиды

Ступенчатая аппроксимация синусоиды — это сигнал переменного напряжения, состоящий из отдельных ступеней прямоугольной формы, которые приближенно повторяют форму идеальной синусоиды.

Такой сигнал формируется с помощью инверторов напряжения на основе транзисторных ключей. При переключении транзисторов выходное напряжение изменяется скачкообразно между определенными уровнями, образуя ступеньки.

Графически ступенчатая аппроксимация синусоиды выглядит как ломаная линия, близкая по форме к плавной синусоидальной кривой. Количество ступеней может варьироваться от 2 до нескольких десятков. Чем больше ступеней, тем ближе форма сигнала к идеальной синусоиде.

В отличие от плавной синусоиды, ступенчатый сигнал содержит высшие гармоники, которые могут вызывать резонанс и перегрев в электрооборудовании. Поэтому применение такого сигнала ограничено.

Ступенчатая аппроксимация часто используется в источниках бесперебойного питания, преобразователях напряжения, устройствах регулирования скорости электродвигателей. Ее преимущества — простота формирования, высокий КПД, низкая стоимость. Недостаток — повышенное искажение формы сигнала.

Физические характеристики ступенчатой аппроксимации синусоиды

К основным физическим характеристикам ступенчатого периодического сигнала относятся:

• Амплитуда — максимальное значение напряжения.
• Частота — количество периодов в секунду.
• Фаза — сдвиг по времени относительно опорного сигнала.
• Период — время одного полного колебания.
• Длительность фронта импульса.
• Коэффициент гармоник — отношение амплитуды основной гармоники к амплитуде высшей.

Амплитуда ступенчатого напряжения равна напряжению одной ступени:

Частота ступенчатого сигнала совпадает с частотой идеальной синусоиды и определяется количеством периодов в секунду:

f = 1/T , где T — период.

Период ступенчатой аппроксимации равен периоду синусоиды, для которой она является аппроксимацией.

Длительность фронта импульса зависит от количества ступеней и длительности периода.

Фаза ступенчатого сигнала также совпадает с фазой аппроксимируемой синусоиды.

Влияние на электрооборудование

Ступенчатое напряжение может негативно влиять на работу различных типов электрооборудования.

Особенно чувствительны к нему:

• Асинхронные электродвигатели.
• Трансформаторы.
• Катушки индуктивности.
• Оборудование с емкостными фильтрами.

Причины влияния заключаются в следующем:

• Высшие гармоники в спектре сигнала могут создавать резонанс в элементах оборудования.
• Большие скорости нарастания напряжения вызывают выбросы в цепях.
• Импульсные токи перегружают обмотки двигателей и трансформаторов.

• Перегрев и пробой изоляции.
• Ускоренное старение изоляции.
• Увеличение потерь и снижение КПД.
• Ухудшение моментных характеристик двигателей.
• Сбои в работе электронных схем.

Так, например, в асинхронных двигателях при питании ступенчатым напряжением возможен пробой изоляции обмоток и выход двигателя из строя.

Применение в источниках бесперебойного питания

Ступенчатая аппроксимация синусоиды часто используется в дешевых моделях источников бесперебойного питания (ИБП).

Основные типы ИБП:

• Офлайн (резервные) ИБП.
• Интерактивные (линейно-интерактивные) ИБП.
• Онлайн (двойного преобразования) ИБП.

В офлайн и интерактивных ИБП для снижения стоимости часто используется ступенчатое напряжение. В online ИБП применяется правильная синусоида.

Резервные ИБП вообще выдают на выход только ступенчатое напряжение из-за простоты схемы. Они подходят для защиты компьютеров, но не годятся для ответственных потребителей.

Интерактивные ИБП в режиме работы от сети выдают синусоиду, а при переходе на батареи — ступенчатое напряжение от инвертора. Их можно использовать для защиты более широкого круга оборудования.

Online ИБП обеспечивают на выходе стабильную синусоидальную форму напряжения вне зависимости от режима работы. Они наиболее предпочтительны для ответственных потребителей, но и стоят дороже других типов.

Методы улучшения характеристик

Существует несколько способов улучшения характеристик ступенчатой аппроксимации синусоиды и приближения ее к идеальной форме:

• Увеличение числа ступеней.
• Применение сглаживающих LC-фильтров.
• Использование ШИМ-модуляции напряжения.
• Многоуровневые инверторы.
• Повышение рабочей частоты инверторов.
• Активная фильтрация гармоник.

Например, в инверторах ИБП Luxeon устанавливаются сглаживающие дроссели на выходе для улучшения формы сигнала. Это позволяет применять такие ИБП для защиты более широкого класса оборудования.

Применение активной фильтрации с обратной связью по высшим гармоникам позволяет получить выходной сигнал, очень близкий к синусоидальному.

Такие методы усложняют схему и увеличивают стоимость ИБП, но расширяют области его применения за счет улучшения качества выходного напряжения.

Измерение параметров ступенчатой аппроксимации синусоиды

Для контроля качества сигнала ступенчатой аппроксимации синусоиды необходимо производить измерение его параметров.

Используются следующие средства измерения:

• Осциллографы
• Анализаторы спектра
• Ваттметры
• Измерители гармоник и коэффициента нелинейных искажений

Стандартные методики тестирования описаны в ГОСТ 30804.4.30-2013 и ГОСТ 30804.4.7-2013.

Они включают в себя:

• Оценку отклонения формы сигнала от идеальной синусоиды
• Анализ спектра гармонических составляющих
• Измерение коэффициента искажения синусоидальности кривой
• Проверку предельных значений выбросов напряжения

Полученные данные сравниваются с допустимыми нормами для оценки качества исследуемого сигнала ступенчатой аппроксимации синусоиды.

Меры защиты электрооборудования

Для предотвращения вредного влияния ступенчатой аппроксимации синусоиды на работу чувствительного электрооборудования могут применяться следующие меры защиты:

• Установка сглаживающих фильтров
• Применение стабилизаторов напряжения
• Использование разделительных трансформаторов
• Подключение резервного питания от ИБП с правильной синусоидой

Выбор средств защиты зависит от типа защищаемого оборудования, требований к качеству электропитания и имеющегося бюджета.

Например, для защиты чувствительной электронной аппаратуры лучше всего подойдет online ИБП с выходом стабилизированного напряжения правильной синусоидальной формы.

Модулированная синусоида ступенчатая аппроксимация синусоиды

Ступенчатая аппроксимация синусоиды иногда также называется модулированной синусоидой. Это связано с тем, что по сути такой сигнал представляет собой амплитудную модуляцию идеальной несущей синусоиды ступенчатым сигналом.

Ступенчатая аппроксимация синусоиды газового котла

В газовых котлах отопления используются циркуляционные насосы, питание которых должно осуществляться стабилизированным напряжением правильной синусоидальной формы. Питание ступенчатым напряжением аппроксимации синусоиды может привести к перегреву и выходу из строя насоса. Поэтому для газовых котлов рекомендуется применять источники бесперебойного питания с выходом чистой синусоиды.

Аппроксимированная синусоида в источниках бесперебойного электропитания

Аппроксимированная синусоида представляет собой форму сигнала переменного тока, которая условно приближается к чистой синусоиде. Она может иметь ступенчатую форму огибающей, быть представлена последовательностью импульсов прямоугольной или трапецеидальной формы разной полярности. Сигнал переменного тока, имеющий форму аппроксимированной синусоиды, присутствует на выходе большинства применяемых источников бесперебойного питания (ИБП).

Назначение источников бесперебойного питания

Основной задачей ИБП является сохранение питающего потребителей переменного напряжения при его внезапном пропадании в сети. Они не выполняют функцию стабилизации напряжения сети, а являются аварийными источниками напряжения переменного тока с аппроксимированной синусоидой. Бесперебойники не предназначены для продолжительной работы подключенного к ним оборудования в случае аварии на линиях сетевого напряжения.

ИБП должны обеспечить работу потребителей в течение времени, достаточном для завершения процессов, которые нельзя прерывать внезапно. Во время работы ИБП с аппроксимированной синусоидой будут созданы условия для штатного отключения нагрузки. Это сохранит его работоспособность при дальнейшем использовании. Часто можно встретить ссылку на UPS-источник бесперебойного питания. UPS в ней является аббревиатурой английского обозначения ИБП.

Классификация источников

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питающего переменного напряжения, UPS-источники бесперебойного питания можно разделить на несколько видов:

• off-line источники, являющиеся аварийными источниками резервного типа;
• line-interactive или линейно-интерактивные источники, способные стабилизировать сетевое напряжение при незначительных его отклонениях от номинального значения, и переходящие в режим аварийного источника питания с аппроксимированной синусоидой при его полном пропадании;
• on-line, или ИБП с двойным преобразованием электрической энергии, обеспечивающие подключенную нагрузку стабилизированным сетевым напряжением при значительных его перепадах и выполняющие функции аварийного источника при полном его отключении.

В состав бесперебойного источника любого вида входит аккумуляторная батарея, которая является накопителем электрической энергии. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству питания устройств, являющихся нагрузкой ИБП с аппроксимированной синусоидой, применяются те или иные схемотехнические решения.

ИБП вида off-line

Пассивный ИБП этого вида является источником резервного действия. Его устройство коммутации при нормальных параметрах качества сетевого напряжения обеспечивает непосредственное подключение нагрузки к питающей сети. В случае кратковременного пропадания напряжения на входе ИБП коммутирующее устройство переводит питание потребителей на аварийный (резервный) режим. Источником электрической энергии в этом случае является встроенный аккумулятор.

Его напряжение постоянного тока инвертором преобразуется в модифицированную синусоиду напряжения переменного тока, которое через контакты электромагнитного реле коммутатора поступает для питания нагрузки. Для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) служит выпрямитель напряжения внешней питающей сети. Для ее защиты от высокочастотных помех, возникающих при работе импульсного инвертора, в ИБП предусмотрен фильтр. Его элементы также защищают устройства нагрузки от кратковременных скачков превышения сетевого напряжения.

Линейно-интерактивные источники

Line-interactiv ИБП, в отличие от источника резервного действия, способен стабилизировать напряжение сети при непосредственном подключении нагрузки к ней через контакты электромагнитного реле. Это обеспечивается использованием автотрансформатора во входной цепи. Переключение его обмоток производится автоматически в зависимости от величины сетевого напряжения. При его увеличении или уменьшении переменное напряжение на его выходе сохраняет номинальное значение 220 В. Автотрансформатор наиболее распространенных ИБП этого вида осуществляет регулирование в диапазоне (150-270) В изменения напряжения внешней питающей сети.

Переключение контактора и переход на аварийный режим питания нагрузки модифицированной синусоидой происходит при чрезмерном изменении сетевого напряжения, выходящим за диапазон регулирования. Точность регулирования определяется числом отводов (ступеней) автотрансформатора. В аварийном режиме питания устройств нагрузки переменным напряжением аппроксимированной синусоиды работа происходит так же, как в ИБП вида off-line.

ИБП вида on-line

Двойное преобразование электрической энергии в источниках бесперебойного питания этого вида позволяет получать аппроксимированную синусоиду выходного переменного напряжения, приближающуюся по форме к чистому синусу. Сетевое напряжение, преобразованное в постоянное напряжение выпрямителем, затем претерпевает обратное преобразование инвертором в переменное напряжение, которое используется для питания нагрузки.

Встроенный аккумулятор заряжается постоянным током выпрямителя и включается в работу в аварийном режиме. Накопленная им энергия постоянного тока преобразуется инвертором в выходное переменное напряжение, питающее оборудование нагрузки. Схема источника такого вида допускает подключения дополнительной внешней АКБ для ИБП.

При восстановлении сетевого напряжения в пределах его нормального значения происходит переключение питания нагрузки от первичной сети переменного тока. Электрическая емкость АКБ для ИБП определяет время, в течение которого потребители могут работать при внезапном пропадании сетевого напряжения.

Технические характеристики ИБП

Выбор ИБП производится на основе его технических характеристик. К техническим характеристикам, определяющим качество выполнения требований, предъявляемых к изделиям этого назначения относятся:

• мощность на выходе источника с подключенной нагрузкой, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт);
• диапазон выходного напряжения с подключенной нагрузкой, измеряемый в вольтах (V);
• время переключения, определяющее время перехода питания нагрузки в резервном режиме от АКБ, измеряемое в миллисекундах (ms);
• диапазон входного сетевого напряжения, в пределах которого ИБП способен стабилизировать выходное напряжения без перехода на резервный режим питания от АКБ;
• коэффициент нелинейных искажений, определяющий в процентном соотношении отличие формы выходного сигнала от чистой синусоиды;
• время работы в автономном резервном режиме питания от АКБ при подключенной нагрузке, определяемое электрической емкостью внутреннего аккумулятора;
• срок службы собственных АКБ, зависящий от технологии их изготовления.

При выборе ИБП не последнюю роль играет и цена бесперебойника. Она напрямую зависит от схемотехнических решений, примененных разработчиком при создании выбранной потребителем модели, и составляет от двух до десятков тысяч рублей.

Области применения

UPS источники бесперебойного питания могут использоваться совместно с активной нагрузкой — устройствами, в состав которых входят импульсные блоки питания.

ИБП не применяются для питания потребителей, имеющих значительную реактивную индуктивную составляющую (силовые сетевые трансформаторы электронных устройств старых моделей, обмотки двигателей, насосы отопительных бытовых котлов). Каждая из существующих схем бесперебойных источников питания рассчитана на определенный круг потребителей с учетом своих преимуществ и недостатков.

Заключение

В статье дан краткий обзор существующих на сегодняшний день источников бесперебойного питания с модифицированной синусоидой. Рассмотрены схемотехнические решения, примененные разработчиками при их создании. После ознакомления с изложенным материалом, читатель, заинтересованный в приобретении ИБП для решения своих проблем, сможет изучать комплект документации к нему, не испытывая при этом затруднений. Следует при этом не забывать, что высокое изделия предполагает и более высокую его цену при покупке.