Новая технология на рынке UPS (ИБП) - "Дельта-преобразование"


Нарастающая потребность и необходимость в качественном электропитании приводит к широкому использованию источников бесперебойного питания (ИБП), как единственного средства для защиты компьютерной, телекоммуникационной и др. техники от неполадок в системе электроснабжения.

В настоящее время существуют три основные схемы построения ИБП: off-line, line-interactive и on-line, которые находят применение в зависимости от предъявленных к ИБП требований и условий их эксплуатации. В централизованных системах бесперебойного электропитания, когда прерывание подачи электроэнергии для работы большинства единиц оборудования, составляющих одну информационную или технологическую систему недопустимо, характерно применение мощных ИБП типа on-line со схемой двойного преобразования. Схема двойного преобразования является наиболее популярной и широко используемой многими производителями мощных ИБП и позволяет обеспечить пользователя электроэнергией высокого качества без отключений, высоковольтных помех, провалов, т. п.

Рис. 1
Рис. 1

Схема ИБП On-line типа содержит два преобразователя (Рис. 1). Первый преобразователь превращает нестабильное входное напряжение в постоянное, а второй вырабатывает из постоянного, сглаженного и отфильтрованного напряжения переменное синусоидальное, которое беспрерывно подается на нагрузку и не зависит от состояния питающей электросети. Если параметры входного напряжения выходят за допустимые пределы, то происходит переключение на питание от батареи без какой-либо задержки.

Мощные системы бесперебойного электропитания, работающие в режиме On-line, гарантируют защиту от большинства неисправностей на линиях питающей электросети, позволяют фильтровать помехи, обеспечивают на выходе чисто синусоидальное напряжение.

За многолетнюю историю существования технологии двойного преобразования были разработаны источники бесперебойного питания, имеющие повышенную надежность, гарантирующие высокое качество выходного напряжения и долговечность своей работы. За это время потери энергии на тепловыделение, объем и масса их сократилась в несколько раз. Ярким примером последних разработок в системах электропитания с двойным преобразованием является массив электропитания Symmetra производства АРС.

SYMMETRA — воплощение новой концепции ИБП

Symmetra — массив электропитания, предназначенный для защиты групп серверов и критичных для бизнеса приложений. Symmetra предоставляет четыре главных преимущества по сравнению с традиционными ИБП: высокий уровень масштабируемости, избыточности, управляемости и удобства эксплуатации.

Symmetra, аналогично массиву дисков в отрасли хранения данных, представляет собой большой ИБП, состоящий из меньших модульных компонентов. Symmetra состоит из двух основных типов модулей: модулей-ИБП мощностью 4 кВА и модулей-батарей. Модули каждого типа подключаются параллельно, распределяя между собой нагрузку. "Мозгом" системы является модуль Main Intelligence. В системе с избыточностью N+1 он дублируется модулем Redundant Intelligence. Масштабируемость массива обеспечивает защиту капиталовложений, так как позволяет расширить или перестроить конфигурацию, добавляя или удаляя модули. Возможность увеличения мощности позволяет наращивать систему при приобретении дополнительного оборудования.

В современных центрах данных для организации улучшенного доступа на серверах и дисках используется избыточность. В серверах применяется кластерная и зеркальная технологии, а устройства хранения используют RAID-технологию для обеспечения дублирования носителя в случае сбоя диска или ОЗУ. Symmetra обеспечивает избыточность класса N+1 или даже выше за счет добавления дополнительных модулей того или иного типа, что исключает риск сбоя системы. При такой избыточности, если один модуль удален или поврежден, то вся нагрузка немедленно и равномерно распределяется между оставшимися. В этом случае все звенья информационной системы (ИС), включая энергоснабжение, с избытком гарантируют максимальную надежность функционирования системы.

Symmetra — это первая система защиты средней мощности, разработанная специально для информационных систем и современных центров данных с возможностью дистанционного управления.

Можно приобрести массив питания Symmetra с мощностью от 4 до 16 кВА. Выбрав нужную конфигурацию, администратор сможет затем наращивать мощность или понижать ее, добавляя или удаляя модули. Если вам нужно защитить компьютерное оборудование или центр обработки данных — "умнее" и надежнее источника бесперебойного питания вам не найти. Symmetra — однофазный источник бесперебойного питания. Если же вам необходим трехфазный ИБП с высоким КПД обратите внимание на оборудование производства датской компании Silcon.

Увеличение КПД источника бесперебойного питания для многих производителей ИБП с традиционной схемой двойного преобразования становится первостепенной задачей. За последние несколько лет в области ИБП-технологий появилось много интересных технических решений. Эти новшества направлены на совершенствование существующей схемы двойного преобразования и позволяют получить большую производительность ИБП и низкие энергопотери.

Принципиально новый подход к решению проблемы минимизации потерь электроэнергии при сохранении принципа двойного преобразования предложила компания Silcon (Дания), недавно приобретенная АРС. Основная идея заключается в следующем. Подобно волнам, существующими только на поверхности океана, в потоке электроэнергии пристутсвуют всевозможные помехи и искажения. Тогда, чтобы добиться ровной и чистой поверхности, нет смысла преобразовывать всю "массу" энергии, достаточно успокоить ее "верхний слой". Эта идея составляет основу нового принципа преобразования, который был назван "Дельта-преобразование" и запатентован компанией Silcon.

ИБП с технологией "Дельта-преобразование" работает в режиме On-Line, как схема с двойным преобразованием, но при этом он преобразует не всю электроэнергию, а только ее "зашумленную" и нестабильную часть, которая приводит к снижению ее качества.

Новая технология устраняет недостатки, присущие ИБП традиционного двойного преобразования и близка к идеальному решению принципов преобразования тока, используемых в ИБП. Структура ИБП с "Дельта-преобразованием", из двух инверторов, выполненных по специальной 4-х квадрантной схеме и системы управления.

В идеальных условиях, когда параметры электросети соответствуют требованиям качества питания нагрузки (напряжение и ток соответствуют номиналу, отсутствуют всевозможные провалы, выбросы, помехи и шум) электроэнергия полностью передается в нагрузку, а не преобразуется дважды, как в ИБП с двойным преобразованием, в этом случае потерь на преобразование нет.

В реальной ситуации, когда параметры сети не идеальны, происходит традиционное двойное преобразование электроэнергии. Но система с "Дельта-преобразованием" намного "умнее", чем классическая схема двойного преобразования, так как преобразует не всю энергию, а только ту часть, которую необходимо. Так, например, при отклонениях входного напряжения на 15% , двойному преобразованию подвергнется только 15% электроэнергии. Если принять суммарные потери как в традиционном ИБП двойного преобразования равными 10%, то в схеме с "Дельта-преобразованием" энергопотери составят: 0,15 х 10% = 1,5%.


Рис. 3

В случае аварии электросети, основной инвертор получает энергию от аккумуляторной батареи, и схема работает по тому же принципу, что при классическом двойном преобразовании.

Таким образом, ИБП с "Дельта-преобразованием" работает в режиме on-line, как традиционная схема двойного преобразования и имеет все присущее ей достоинства, но при этом обладает большим коэффициентом полезного действия (КПД источника равен 97%) и меньшими энергопотерями (см. Рис. 3).

Увеличение входного коэффициента мощности

Как известно, в цепях переменного тока только при активной нагрузке напряжение и ток совпадают по фазе. Во всех остальных случаях существует фазовый сдвиг между током и напряжением. Из-за этого сдвига снижается эффективность доставки электроэнергии, что приводит ее к дополнительным энергопотерям. Степень фазового сдвига измеряется коэффициентом мощности. Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше сдвиг по фазе между током и напряжением, а, следовательно, выше эффективность ИБП.


Рис. 4

Особенностью новой технологии "Дельта-преобразование" является возможность передачи электроэнергии требуемой мощности от питающей сети к потребителю наиболее экономным способом. В ИБП с "Дельта-преобразованием" коэффициент мощности равен практически единице в широком диапазоне изменения нагрузки. Уникальное схемное решение, реализованное в новом ИБП, не требует применения дополнительных дорогих устройств, так как схема "Дельта-преобразование" не вносит дополнительную реактивную составляющую в электросеть, обеспечивает синфазность протекания тока и напряжения и равенство кВА = кВт (Рис. 4).

Уменьшение величины гармонических искажений в питающей сети

Следует отметить еще один важный момент, связанный с эксплуатацией ИБП. Это возрастающие требования по электромагнитной совместимости. Практически все электронное оборудование, в том числе и ИБП, является поставщиком гармонических помех, которые выбрасываются в электросеть и способны повредить электронное оборудование.

Новая технология "Дельта-преобразование" обеспечивает ИБП отличную электромагнитную совместимость с электросетью и не нарушает работу другого электронного оборудования, подключенного к этой сети. Гармонические искажения, вносимые в сеть, сведены практически к нулю, в силу того, что сама схема "Дельта-преобразование", выполняя свою основную функцию, второстепенно является двунаправленным фильтром. Благодаря передовым техническим решениям ИБП с "Дельта-преобразованием" не является источником генерации гармонических помех. Более того, новая технология обеспечивает защиту электросети от нелинейных искажений, вносимых компьютерной нагрузкой на выходе ИБП.

ИБП с "Дельта-преобразованием"

Рис. 5

Новая технология "Дельта-преобразование" впервые была реализована в ИБП производства компании Silcon. Новый ИБП сочетает в себе преимущества систем двойного преобразования и новые качества, появившиеся за счет технологии "Дельта-преобразование".

Что же дает эта технология пользователю ИБП с "Дельта-преобразованием"? Во-первых, за счет высокого КПД ИБП имеет высокую эффективность. При эксплуатации такого ИБП происходит значительная экономия электроэнергии и средств. Во-вторых, из-за низких потерь энергии ИБП с "Дельта-преобразованием" имеет гораздо меньшее тепловыделение и существенно более низкие затраты на систему кондиционирования помещений, где установлены ИБП.

В-третьих, ИБП с "Дельта-преобразованием" имеет прекрасную электромагнитную совместимость с электросетью и значительно лучше ослабляет гармоники тока, как со стороны входа, так и со стороны выхода.

Многочисленные испытания и тестирования ИБП с технологией "Дельта-преобразование" как за рубежом, так и в России (в лаборатории испытаний силовых электронных устройств и электрических аппаратов Московского Энергетического института (МЭИ)), подтвердили его декларируемые показатели и характеристики. ИБП, построенные по принципу "Дельта-преобразование", на сегодняшний день являются очень перспективными.

В заключении следует отметить, что дальнейшее развитие и совершенствование ИБП-технологий неизбежно, поскольку на сегодняшний день пока еще не создан источник бесперебойного питания, имеющий идеальные характеристики и полностью устраняющий недостатки присущие этому классу устройств.




  • Поделиться:
Дополнительно

ВИКТОРИНА HIGHSCREEN

Каких смартфонов НЕТ в актуальной линейке Highscreen?

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.