Трехфазный ИБП: основные узлы и компоненты

Если Вы эксплуатируете или планируете в ближайшем будущем приступить к использованию трехфазного ИБП и Вас заинтересовало его внутреннее устройство, например, чтобы понимать особенности эксплуатации - напоминаем: не пытайтесь разобрать ИБП самостоятельно, особенно в процессе его работы и сразу после его выключения. Все манипуляции с ИБП пользователь может производить исключительно в рамках руководства по эксплуатации. Обязательно соблюдайте правила техники безопасности при обращении с такими сложными устройствами, как трехфазные ИБП.

А для удовлетворения интереса к конструкции ИБП рассмотрим основные узлы и компоненты и их функционал на примере современных модульных ИБП серии СИП380А МД.

Силовой модуль. «Сердцем» любого трехфазного ИБП является силовой модуль. Это сложное преобразовательное устройство, которое включает в себя выпрямитель, инвертор и зарядное устройство аккумуляторных батарей. Выпрямитель и инвертор осуществляют процесс двойного преобразования электрического тока, из-за которого онлайн ИБП также называют: «ИБП с двойным преобразованием».

Рис.1. Силовой модуль серии СИП380А МД

Задача выпрямителя — из переменного тока на входе, который ИБП получает от внешнего сетевого трехфазного подключения, сформировать постоянный ток для работы остальных компонентов. Выпрямитель ИБП должен стабильно работать с параметрами входного напряжения, которые далеко выходят за диапазон, диктуемый ГОСТом. В процессе преобразования в постоянный ток отсекаются такие проблемы электросети, как отклоняющиеся от стандартных напряжение и частота, искажения формы синусоиды, импульсные помехи и высокочастотный шум.

Инвертор, напротив, преобразовывает постоянный ток, полученный от выпрямителя в переменный. Цель этого преобразования — трехфазное выходное напряжение, полностью соответствующее стандарту. Эталонные напряжение, частота и форма синусоиды на выходе трехфазного онлайн ИБП — это результат работы инвертора. В качестве полезной нагрузки для ИБП может выступать электрооборудование, произведенное в разных странах и с разными стандартами трехфазной сети. В соответствии с подключенным оборудованием, инвертор может быть настроен через общее меню ИБП на требуемые напряжение и частоту выходного переменного тока.

Рис.2. Схема онлайн ИБП

Зарядное устройство предназначено для постоянного поддержания максимального уровня заряда аккумуляторных батарей ИБП. Для того, чтобы эффективно использовать батареи на протяжении всего их жизненного цикла, параметры зарядного тока подчиняется сложному алгоритму. Во-первых, они устанавливаются в зависимости от типа, количества и емкости батарей, а во-вторых, непосредственно в процессе работы зарядного устройства эти параметры должны динамически изменяться, учитывая текущий уровень заряда аккумуляторов и их температуру.

Аккумуляторные батареи. Это неотъемлемая часть ИБП, которая отвечает за такой ключевой параметр, как время автономной работы. В онлайн ИБП аккумуляторы всегда подключены к внутренней шине постоянного тока, в отличие от ИБП других типов. Такая особенность конструкции позволяет реализовать одно из главных преимуществ онлайн архитектуры — нулевое время перехода ИБП в автономный режим.

В трехфазных онлайн ИБП аккумуляторные батареи, как правило, не используются в одиночном варианте. В зависимости от потребляемой мощности нагрузки и требуемого времени автономной работы батарей может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Для удобства эксплуатации их объединяют в группы, например, батарейная кассета может содержать несколько аккумуляторов. Отдельно стоящий или установленный в стойку батарейный модуль может содержать несколько кассет. В случаях, если требуется обеспечить длительное время работы трехфазным ИБП высокой мощности — не обойтись без батарейных шкафов и кабинетов. Таким образом, аккумуляторные батареи — единственный важный компонент трехфазного ИБП, который может находиться не непосредственно внутри его корпуса.

Трехфазный ИБП может использоваться с разными типами батарей. Наибольшее распространение получили свинцово-кислотные аккумуляторы. Помимо широкого разнообразия размеров, емкостей и форм-факторов они могут иметь различную конструкцию. Наиболее подходящими для использования в ИБП являются аккумуляторы, изготовленные по технологиям AGM и Gel, так как они не нуждаются в обслуживании, легко заменяются и могут эксплуатироваться без специальных помещений.

Рис.3. Аккумуляторные батареи для ИБП

Все большее распространение получают литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы. Они оптимальны в тех случаях, когда необходимо получить максимальную плотность энергии и высокую мощность разряда. Еще одно преимущество этого типа — очень высокое количество циклов «разряд-заряд» до выработки ресурса. Модульная конструкция батарейных LFP кабинетов позволяет легко конфигурировать их под нужные параметры емкости и напряжения.

Рис.4 Кабинет LFP

Байпас. Устройство, представляющее собой дополнительную линию передачи энергии в обход преобразующих компонентов ИБП либо всего ИБП в целом. Задача байпаса — обеспечить питание полезной нагрузки ИБП в случае его неисправности или во время проведения сервисных работ. Наличие выделенного модуля байпас дополнительно повышает надежность системы – при неисправности в силовой части электронный байпас может перевести нагрузку на входное электропитание, если оно конечно находиться в допустимых заданных пределах.

Рис.5. Модуль байпас серии СИП380А МД

Кроме того, в трехфазном ИБП предусмотрен ручной (механический) байпас для проведения сервисных работ. При его включении нагрузка полностью переключается на входную электросеть и все узлы ИБП доступны для обслуживания.

Корпус. Важный элемент трехфазного ИБП, гарантирующий безопасность и удобство эксплуатации. Как правило он стандартизируется под форм-фактор 19 или 21-дюймового шкафа для удобства размещения. Кроме того, корпус определяет общую эргономику ИБП, от качества его проектирования зависит удобство размещения и подключения электрических кабелей.

Рис.6 Трехфазный ИБП, вид спереди и сзади

Если корпуса трехфазных ИБП средней и высокой мощности, как правило, представляют собой отдельно стоящие исполнения башенного типа, то младшие по мощности представители этого класса оборудования обладают большей универсальностью в способах своего размещения. Их можно использовать в напольном варианте установки, при этом они занимают относительно небольшую площадь. Также для данных моделей доступен вариант крепления в стандартный 19'' шкаф, при помощи опционального монтажного комплекта.

Рис.7 ИБП СИП380A RT в напольном виде или для горизонтальной установки в 19’’ шкаф

Управление и контроль. За управление трехфазным ИБП и контроль за его состоянием отвечает не один компонент, а целая группа. Обычно в её состав входят:

• Многофункциональный дисплей — часть пользовательского интерфейса, отвечающая за визуализацию важной информации. В современных моделях ИБП в качестве дисплея используются цветные сенсорные экраны. Для улучшения восприятия информации пользователями, визуализация работы ИБП реализована в виде его блок-схемы.
  

  Рис.8. Дисплей трехфазного ИБП

  При помощи дисплея можно настроить или изменить конфигурацию ИБП, контролировать текущие параметры работы и получать информацию о нештатных событиях в работе ИБП.

• Порты параллельной работы. Для реализации совместной работы двух и более ИБП, у них предусмотрены коммуникационные параллельные порты. Они позволяют объединять несколько ИБП в единую систему, работающую как одно целое.
• Если необходимо синхронизировать мощность или фазу на выходе у группы ИБП, работающих не в параллельной системе — используются порты синхронизации шины нагрузки(LBS).
  

  Рис.9 Параллельные порты и разъемы LBS

• Аварийное отключение питания. Этот элемент управления на трехфазных ИБП обычно реализуется как выключатель непосредственно на корпусе (EPO) и как порт для дистанционного выключения (REPO). При использовании последнего возможна реализация одновременного выключения не только одного, но и целой группы ИБП. Это важная функция при возникновении экстренных ситуаций, например, срабатывание пожарной сигнализации.
• Порт мониторинга температуры. Для управления напряжением и током заряда в трехфазном ИБП предусмотрено подключение датчиков, измеряющих температуру окружающей среды на аккумуляторных батареях. Датчик подключается к порту BAT_T и позволяет продлить срок службы батарей поддерживая оптимальные параметры их заряда.
• Интерфейсы дистанционного управления и мониторинга. На трехфазных ИБП используются цифровые коммуникационные порты стандартов USB, RS232 и RS485. С помощью программного обеспечения управления электропитанием можно получать в реальном времени информацию о статусе текущего состоянии ИБП, параметрах его работы и сообщения о нештатной работе оборудования. Кроме этого, программное обеспечение позволяет своевременно завершать работу оборудования при разряде батарей ИБП в случае отключения электропитания.
  

  Рис.10. Интерфейсные разъемы

• Опциональные интерфейсные платы. В трехфазных ИБП предусмотрен внутренний слот для установки дополнительных плат расширения для удаленного мониторинга по протоколу SNMP.
  

  Рис.11. Интерфейсы ИБП с слот для с установленной платой SNMP

  Платы с поддержкой протокола SNMP обеспечивают возможность дистанционного мониторинга и дополнительно имеют возможность подключения датчиков состояния окружающей среды. Доступны настройки отправки сообщения о выходе параметров за заданные пределы, событиях ИБП и электросети, а также ведение журналов данных и событий.

  

  Рис.12 Плата SNMP

  Альтернативой является релейный интерфейс «сухие контакты». При возникновении событий в нем происходит замыкание и размыкание пар контактов. Этот интерфейс может быть реализован в виде опциональных плат или как встроенный модуль. У модульных ИБП СИП380А МД он допускает настройку событий, на которые происходит срабатывание.

  

  Рис.13. Плата сухие контакты

  *Обращаем Ваше внимание: разные модели ИБП совместимы с разными версиями опциональных плат, поэтому перед приобретением рекомендуется уточнять у специалистов компании «Парус электро», какая именно плата подойдет вашему ИБП.

Наиболее востребованными среди трехфазных ИБП становятся модели модульного типа. Они имеют те же основные узлы и компоненты, как и все остальные типы ИБП. Но их существенным преимуществом является то, что каждый элемент конструкции представляет собой отдельный, легко заменяемый функциональный модуль. Это делает модульные трехфазные ИБП очень удобными для проектирования систем защиты, их масштабирования и оперативного ремонта.

Рис.14. Модули в модульном ИБП

Любой из модулей доступен для «горячей» замены, а увеличение мощности системы или её времени автономной работы производится добавлением, соответственно, силовых или батарейных модулей. В настоящее время это самый перспективный тип конструкции, постепенно вытесняющий другие типы из новых проектов систем защиты электропитания средней и высокой мощности.