Связанные одной цепью

Производители источников бесперебойного питания постоянно совершенствуют их конструкцию и схемы, добиваясь лучших показателей эффективности работы, экономичности и удобства обслуживания. Один из вариантов схемотехнических решений – бестрансформаторные ИБП.

В отрасли гарантированной защиты электропитания кардинальные технологические изменения происходят не столь часто, как в области телекоммуникаций или сетевых технологий, однако за последние десятилетия конструкция и схемотехнические решения источников бесперебойного питания претерпели значительные изменения. Предложенные ведущими производителями усовершенствования стали возможны во многом благодаря развитию элементной базы, на которой создаются компоненты ИБП, чем обеспечиваются лучшие значения ключевых рабочих параметров этих агрегатов. В частности, достижению таких результатов способствовал выпуск усовершенствованных биполярных транзисторов с изолированным затвором (Isolated Gate Bipolar Transistor, IGBT).

КАКИМ ДОЛЖЕН БЫТЬ ИБП?

Требования, предюявляемые к источникам бесперебойного питания, связаны с различными аспектами их функционирования – с параметрами входной сети, требованиями по питанию нагрузки, режимами эксплуатации батарей, условиями обслуживания самих агрегатов. Как отмечает Константин Соколов, руководитель экспертного отдела компании «Абитех», в отношении входной сети ИБП должен иметь минимальные искажения формы тока на входе, максимальный коэффициент мощности (в идеальном случае cos о?=1) и минимальный ток в нейтральном проводнике. Хорошо спроектированные ИБП обеспечивают плавный старт, наилучшую совместимость с дизель-генераторными установками и минимизируют паразитные наводки на входные цепи, осложняющие работу систем автоматического регулирования напряжения генератора.

В отношении подключенной нагрузки агрегат бесперебойного питания должен гарантировать отсутствие в выходном сигнале составляющей постоянного тока, низкий коэффициент гармонических искажений формы напряжения, высокие динамические характеристики, способность работать при несимметричной нагрузке на фазах, а также осуществлять питание нелинейной нагрузки, поддерживая при этом высокие статические и динамические параметры выходного сигнала.

При выборе ИБП немаловажными факторами становятся его технические характеристики – надежность, уровень акустического шума, КПД, электромагнитная совместимость, вес, габариты, удобство технического обслуживания, а также цена и стоимость эксплуатации.

ПОЧУВСТВУЙТЕ РАЗНИЦУ

Наиболее жестким требованиям отвечают ИБП, работающие в соответствии с принципом двойного преобразования (см. Рисунок 1). Эти источники можно разделить на два класса – трансформаторные и бестрансформаторные. Первые основаны на классической схеме, в которой выходной каскад инвертора нагружен на первичную обмотку выходного трансформатора (имеющего топологию «треугольникб-звезда»). Вторые не имеют трансформатора на выходе инвертора, который через пассивный фильтр LC подключается непосредственно к нагрузке.

Рисунок 1. Схема построения трансформаторного ИБП (с двойным преобразованием).

Бестрансформаторные агрегаты большой мощности стали появляться в модельных рядах различных производителей лишь в последние четыре года. В данной статье рассматриваются только бестранформаторные ИБП с двойным преобразованием.

Как отмечает фрий Копылов, менеджер технической поддержки компании Eaton, желание убрать трансформатор из принципиальной схемы ИБП с двойным преобразованием у производителей было всегда. Изюятие этого компонента дает выигрыш в весе, занимаемой площади, КПД, стоимости. Идея не получила реального воплощения еще десятилетие тому назад лишь из-за отсутствия качественных и доступных по цене транзисторов, рассчитанных на большие токи и высокое напряжение. Появившиеся же в семидесятые годы транзисторы IGBT поначалу были весьма дороги, а построенные с их использованием компоненты и системы в целом уступали в надежности компонентам и системам на базе тиристоров и диодов. Все это довольно долгое время препятствовало массовому распространению таких решений, особенно в регионах с нестабильным напряжением.

Ныне картина заметно изменилась: полупроводники стали более совершенны в плане технических характеристик, цены же на них заметно снизились, в то время как стоимость металла б- меди, электротехнической стали б- выросла многократно. Как отмечает Сергей Сперанский, президент компании ИНЭЛТ, в значительной степени этому способствовал и «китайский бум» б- многие производители компьютерной техники перенесли свои производства на территорию Китая, где в последнее время заметно выросли цены на электроэнергию.

Первые бестрансформаторные ИБП относились к установкам начального уровня – мощностью до 3б-5 кВА. Сегодня в линейках практически всех ведущих производителей отрасли представлены модели бестрансформаторных ИБП среднего и старшего диапазона, и спрос на них неуклонно растет.

Исторически сложилось так, что бестрансформаторная схема ИБП с двойным преобразованием сначала широко применялась в моделях средней мощности – от 6 до 30 кВА (поскольку для них минимальные габариты и вес имеют принципиально важное значение). Среди таких устройств встречаются все возможные комбинации фаз на входе и выходе ИБП: 3/3, и 3/1, и 1/1. В настоящее время «потолок» мощности подавляющего числа бестрансформаторных ИБП составляет 150б-200 кВА и определяется наличием электронных компонентов соответствующего уровня надежности. Впрочем, это не предел: с этого года компания Newave выпускает бестрансформаторные ИБП мощностью 300 кВА.

Игорь Андрющенко, руководитель департамента инженерных систем компании «Копитан», считает, что разбиение на трансформаторные и бестрансформаторные модели обосновывается, в конечном счете, экономическими соображениями. Если стоимость бестранформаторных источников при мощностях до 150б-200 кВА ниже, чем трансформаторных, то в случае превышения этого порога ситуация меняется на противоположную (см. Рисунок 2). К сожалению, добавляет он, некоторые компании уже перестали поддерживать модельные ряды трансформаторных источников при мощностях ниже 150 кВА, оставив только бестрансформаторные модели, в результате чего заказчик лишается свободы выбора. Новые модели выпускаются с прицелом на максимальную эффективность с точки зрения соотношения цена/мощность. Поэтому на малых мощностях уже не выпускаются новые трансформаторные модели, а на больших б- пока не разрабатываются бестранформаторные.

Рисунок 2. Стоимость трансформатора растет нелинейно по мере увеличения выходной мощности агрегата.

Что касается надежности агрегатов, выполненных с применением трансформатора на выходе инвертора и без него, то Андрей Москалев, ведущий сервис-инженер компании NeuHaus, отмечает следующее: «Надежность силовых цепей и схем контроля/управления ИБП не зависит от наличия или отсутствия трансформатора. Но на надежность ИБП как системы влияет любой компонент, в том числе комплект батарей. В силовой схеме бестрансформаторных машин (по крайней мере, наиболее распространенных моделей) шина постоянного тока имеет более высокий уровень напряжения (в общем случае – в два раза) по сравнению с ИБП, оснащенным выходным трансформатором. Этот фактор предопределяет большее количество элементов батарей, включенных последовательно. Соответственно, вероятность отказа возрастает».

Вопрос о соотношении цен на трансформаторные и бестрансформаторные ИБП не столь очевиден, как может показаться на первый взгляд. Во всяком случае, при сравнении агрегатов одинаковой мощности сопоставление цен на ИБП не позволяет однозначно утверждать, что бестрансформаторные модели намного дешевле. Конечная цена для потребителя не находится в прямой зависимости от количества металла, потраченного на изготовление облегченной модели.

ЕСЛИ СБРОСИТЬ ЛИШНИЙ ВЕС

В отношении веса и габаритов преимущества бестрансформаторных моделей очевидны. Трансформатор – довольно тяжелый компонент ИБП, для замены которого в агрегате мощностью, например, 30 кВА, приходится прибегать к помощи автопогрузчика. Иногда, стремясь избежать сильного давления на перекрытия здания, вместо трансформаторного ИБП большой мощности устанавливают несколько параллельно подключенных ИБП требуемой суммарной мощности – это позволяет распределить физическую нагрузку более равномерно. Насколько же легче агрегаты, выполненные без использования выходного трансформатора? К примеру, выигрыш в весе только системных блоков бестрансформаторных ИБП Eaton мощностью 80, 100, 150 кВА без учета батарей составляет около 300 кг.

Уменьшение габаритов устройства и зоны его обслуживания позволяет сэкономить пространство и снизить расходы по оплате аренды помещений. Для обслуживания трансформаторных агрегатов, как правило, требуется многосторонний доступ, в то время как современные бестрансформаторные модели с фронтальным доступом довольствуются малой площадью сервисной зоны (например, серия LP33 производства GE Consumer&Industrial). Еще одна проблема эксплуатации ИБП связана с расходом средств на отвод тепла, выделяемого выходным трансформатором, б- его температура в рабочем режиме составляет 60б-70б?C.

Важный показатель – стоимость эксплуатации устройства. Многие специалисты отрасли подчеркивают, что в бестрансформаторном варианте, вне зависимости от производителя, КПД будет выше, чем в трансформаторном, поскольку в последнем потери неизбежны, а в бестрансформаторном варианте потери высокочастотного тракта на вольт-добавку (повышение постоянного напряжения) совсем невелики. Типичный КПД для классического трансформаторного ИБП составляет 89б-91%, а для бестрансформаторного ИБП это значение обычно равняется 94б-95%. При разнице КПД в 5% (что эквивалентно 100 кВА для ИБП мощностью 2 МВА) экономия составит 2500 долларов в год (учитывая, что стоимость 1 кВxч для организаций равняется 1,67 рублей).

По мнению К. Соколова, хотя у бестрансформаторного агрегата КПД выше, но характеристика эта нелинейная и во многом зависит от схемотехнических решений. Например, его значение может достигать максимума при 100% мощности нагрузки, а при неполной нагрузке существенно уменьшаться: при нагрузке в 25% КПД может снизиться до 50%, и тогда половина потребляемой мощности будет расходоваться на обогрев помещения. В качестве возражения Н. Трипольский, начальник отдела систем специализированного питания компании «Экопрог», приводит в пример модельный ряд Conceptpower компании Newave: в паспортных данных всех моделей указано, что при 25% КПД источников бесперебойного питания равен 90%. На КПД заметное влияние оказывают и многие другие факторы – нелинейная нагрузка, коэффициент нелинейных искажений по входу и т. д.

Сравнивая две схемы построения ИБП, следует учитывать и такой фактор, как возможность совместной работы с дизель-генераторной установкой (ДГУ). В бестранформаторных ИБП, инвертор и выпрямитель которых созданы на основе IGBT-транзисторов, коэффициент сопряжения с дизель-генератором (превышение мощности дизель-генератора по отношению к мощности источника), как правило, составляет 1,25, что является весьма неплохим показателем. Избыточный запас мощности плох не только тем, что за нее приходится переплачивать. В установившемся режиме работы ДГУ его недогрузка весьма неблагоприятно сказывается на эксплуатационных характеристиках дизеля, приводя к быстрому износу. Чрезмерное превышение мощности ДГУ над мощностью ИБП грозит достаточно неприятными последствиями: появляющиеся липкие отложения на металлических поверхностях несгоревших фракций топлива в дальнейшем могут воспламениться (см. статью автора «Последний рубеж защиты питания», опубликованную в январском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2003 г.).

АРХИТЕКТУРНОЕ ИЗЛИШЕСТВО

Массовое производство бестрансформаторных ИБП налажено практически всеми ведущими производителями отрасли, и в связи с этим неизбежно возникает вопрос: каковы ключевые функции трансформатора выходной цепи и последствия его изюятия из принципиальной схемы классического трансформаторного агрегата?

Одна из наиболее важных функций трансформатора в выходной цепи ИБП – гальваническая развязка (изоляция) между нагрузкой и источником напряжения промышленной сети в целях устранения создающих помехи наводок во внешних цепях на кабели питания. Хотя гальваническая изоляция не гарантирует решение всех проблем (некоторые всплески могут ретранслироваться и через воздушное пространство), ее отсутствие недопустимо в сетях, где наблюдается плохая электромагнитная обстановка. Отсутствие изолирующего трансформатора может приводить к тому, что при определенных отказах бестрансформаторных аппаратов на нагрузку будет подаваться постоянное напряжение, и, как следствие, велика вероятность – а в бестрансформаторных вариантах она существует всегда – выхода из строя подключенных устройств.

Гальваническая изоляция выполняет также роль барьера в защите от сюема информации по сетям питания. Через вторичные цепи блоков питания часть информации может «просачиваться» в первичные цепи и быть считана специализированными устройствами – фильтрами для сюема питания. Иногда гальваническая изоляция применяется в качестве защиты от преднамеренного повреждения аппаратуры, установленной внутри здания. Злонамеренное воздействие на электроприборы осуществляется с помощью генератора импульсных помех, продуцирующего мощный электромагнитный импульс. Этот импульс вызывает наведенный бросок напряжения в сетях питания, в результате в здании могут выйти из строя все электрические устройства. В специальной литературе такие приемы получили название «электромагнитные войны».

Выходной трансформатор выполняет функции согласования напряжения инвертора с необходимым напряжением на выходе источника (различают трансформаторы повышающие, понижающие и с единичным коэффициентом). Инвертор бестрансформаторных ИБП должен обеспечивать более высокое выходное напряжение, поэтому в них эта функция возложена на устанавливаемые в цепи постоянного тока бустеры, повышающие напряжение.

Поскольку любой трансформатор включается по схеме «треугольникб-звезда», все гармоники, кратные трем, подавляются, а значит, он выполняет роль пассивного фильтра, работающего в соответствии с принципами широтно-импульсной модуляции. При отсутствии выходного трансформатора возникает необходимость в сглаживании формы синусоиды. Для этого в схему бестрансформаторного ИБП включают интегрирующее звено – каскад LC-фильтров, состоящих из емкостных и индуктивных элементов.

Бестрансформаторные схемы насчитывают большее число электронных компонентов (транзисторов, дросселей), а стало быть, и вероятность отказов выше. Убирая трансформатор, его функции приходится частично заменять более легкими элементами, но технические решения в таком случае оказываются сложнее.

Трансформаторы могут использоваться и во входной цепи ИБП. Искажения, порождаемые нелинейной нагрузкой, характеризуются суммарным коэффициентом нелинейных искажений КНИ. Традиционно в трехфазных ИБП применяют 6-импульсные выпрямители, а для снижения уровня нелинейных искажений б- 12-импульсные (в состав схемы последних входят два трехфазных моста). Чтобы избавиться от трансформатора на входе, применяют выпрямители с зеркальным преобразованием, реализованные в соответствии с принципами обратной широтно-импульсной модуляции. Для их производства используются не тиристоры, а IGBT-транзисторы. При всех достоинствах IGBT-транзисторов у ИБП, построенных по зеркальной схеме, КПД достаточно низкий.

Сергей Ермаков, технический эксперт компании ИНЭЛТ, подчеркивает, что к сравнению коэффициента нелинейных искажений (КНИ) двух типов архитектур ИБП (с трансформатором на выходе и без него) необходимо подходить с осторожностью – все зависит от конкретной реализации аппарата. КНИ выходного тока определяется исключительно нагрузкой и не зависит от наличия или отсутствия выходного трансформатора. Требования соответствующих стандартов жестко определяют КНИ только для входного тока, но при этом его конкретные значения зависят от схемы выпрямителя и применяемых схемотехнических решений. Если требования стандарта не будут выполняться, то ИБП не получит сертификат соответствия и вообще не сможет попасть на рынок.

Одной из первых ИБП с зеркальным преобразованием, в которых и инвертор, и выпрямитель построены на IGBT-транзисторах, представила на рынок компания MGE UPS Systems. В настоящее время подобные устройства поставляют практически все ведущие производители. Так, компания Chloride выпустила однофазный ИБП Linear Plus и новые трехфазные аппараты 70-Net и 80-Net. Для ИБП с зеркальным преобразованием характерны меньшие габариты и вес, однако цена на такие агрегаты остается высокой.

К особенностям некоторых моделей трансформаторных ИБП относится и следующее обстоятельство: процедура тестирования АКБ более безопасна для нагрузки, поскольку инвертор имеет достаточный диапазон входного напряжения, и питание нагрузки не будет прервано даже в случае выхода батареи из строя.

Трансформатор обеспечивает к тому же подавление синфазной помехи, возникающей на проводах относительно заземляемой шины. В бестранформаторных аппаратах синфазная помеха подавляется намного хуже.

Кроме гальванической изоляции выходной трансформатор позволяет подключаться к средней точке «звезды» в качестве нейтральной точки (если внешний нейтральный провод находится далеко по входу либо разомкнут). Вторичная обмотка выходного трансформатора содержит нейтральный вывод, поэтому нейтраль входной сети оказывается полностью гальванически изолированной от нейтрали на выходе ИБП. Наличие нейтральной точки в схеме «звезда» имеет большое значение при «перекосе» фаз, поскольку ток нагруженной фазы должен замыкаться по нейтральному проводу. Это преимущество имеет практический смысл, хотя используется нечасто.

Когда используется трансформатор гальванической изоляции, офисные нагрузки можно подключать даже при «проблемной» нейтрали (на многих предприятиях нейтраль сильно «загрязнена»). У некоторых производителей предложение такого рода называется «комплект для создания (модификации) нейтрали» (kit neutral modification). Трансформатор гальванической изоляции, подключаемый по схеме «звезда», может быть установлен и на байпасной линии.

ПАРАД МОДЕЛЕЙ

Рисунок 3. С точки зрения классической архитектуры все ИБП с дельта-преобразованием производства APC – бестрансформаторные.

APC. Как разюясняет Михаил Балкаров, системный инженер компании APC, с точки зрения классической архитектуры все источники бесперебойного питания APC, где применяется принцип дельта-преобразования (см. Рисунок 3), б- бестрансформаторные, а кроме того, все они построены на IGBT-транзисторах. У агрегатов APC трансформатор принципиально не разрывает цепь и не обеспечивает гальваническую изоляцию – он лишь поднимает или понижает напряжение (исключение – использование трансформатора в байпасной цепи источников с трехфазным входом и однофазным выходом для предупреждения неприятных последствий «перекоса» фаз).

В устройствах, основанных на принципе дельта-преобразования, посредством трансформатора производится повышение напряжения при пониженном входном напряжении или его понижение при повышенном входном напряжении. Отличительная черта этой схемы в том, что входной сигнал сети проходит на выход через так называемый дельта-трансформатор – он меняет напряжение только на определенное значение (дельта). Конвертор работает в нормальном режиме только на ту часть энергии, которая необходима для подюема напряжения или его снижения. За счет этого достигаются возможность корректировки коэффициента мощности и высокая эффективность агрегата. По такому принципу выполнены все модели APC линейки Silcon и новые Symmetra MW, их можно собрать в параллель до 4 МВА или заказать в виде единого конструктива. Если установка ИБП на обюекте требует гальванической изоляции, в качестве дополнительной опции отдельно предлагается внешний изолирующий трансформатор, устанавливаемый либо на входе устройства, либо на выходе перед нагрузкой.

Chloride. Однофазные ИБП Linear Plus производства Chloride поставляются без трансформатора, но предусмотренные в корпусе посадочные места позволяют установить трансформатор на выходе инвертора. Однофазные источники Linear Plus – полностью бестрансформаторные. Однако если трансформатор все же требуется, компания готова доукомплектовать агрегат внешним трансформатором. Например, ИБП 70-Net в штатной комплектации выпускается без выходного трансформатора, но существует T-версия в комплекте со встроенным выходным трансформатором. В качестве опции как обычная, так и T-версия могут быть доукомплектованы входным трансформатором гальванической изоляции, устанавливаемым в отдельном шкафу. В результате ИБП 70-Net можно приобрести в бестрансформаторном варианте, с одним или двумя трансформаторами б- на входе и на выходе, а также с внешними трансформаторами, предлагаемыми в качестве опции.

ИБП Chloride 90-Net стандартно имеют трансформатор на выходе инвертора. Однако возможна комплектация с трансформатором гальванической изоляции, установленным на входе байпаса. Все ИБП Chloride 90-Net поставляются в двух вариантах б- с 6-импульсными и 12-импульсными выпрямителями.

Новая серия ИБП Chloride 80-Net, выпуск которой планируется в сентябре, по диапазону мощностей пересекается со старшими моделями серии 70-Net и младшими моделями серии 90-Net, охватывая диапазон от 40 до 200 кВА. Chloride 80-Net имеет бестрансформаторный выход и выполнен по новейшей технологии зеркального преобразования, но при желании может быть укомплектован трансформатором гальванической изоляции: он будет установлен либо на вход, либо на выход, в зависимости от решаемой задачи.

Рисунок 4. ИБП GE Consumer&Industrial серии LP мощностью от 8 до 120 кВА – бестрансформаторные.

GE Consumer&Industrial (новое название компании General Electric Digital Energy). Модельный ряд производства DE CI включает устройства серии LP (ранее она называлась LAN Pro). Девять агрегатов мощностью до 8 кВА выполнены по трансформаторной схеме, а начиная от 8 и до 120 кВА все модели LP построены по бестрансформаторной схеме (см. Рисунок 4). Бестрансформаторные ИБП LP мощностью 10, 20, 30 кВА выпускаются компанией с 1998 г. За это время они претерпели ряд модификаций, но все еще пользуются стабильным спросом. Изучив потребности рынка, эксперты GE CI приняли решение расширить диапазон мощностей до 120 кВА и позже выпустили еще пять моделей LP: на 40, 60, 80, 100 и 120 кВА. В диапазоне от 10 до 120 кВА агрегаты бесперебойного питания представлены как бестрансформаторными моделями серии LP, так и трансформаторными ИБП Site Pro SG. Среди новинок – устройства LP 33-40 и LP33-80 мощностью 40 и 80 кВА, соответственно.

Рисунок 5. Бестрансфор-маторный ИБП. Powerware 9390 мощнос-тью от 40 до 160 кВА имеет опцию подключе-ния внешнего трансфор-матора, установка которого может быть оптимизирована на вход и на выход устройства.

Eaton. В модельном ряду Eaton Electrical новые агрегаты Powerware 9155 от 10 до 15 кВА, Powerware 9355 и Powerware 9390 – бестрансформаторные (см. Рисунок 5). Новая серия Powerware 9390 и 9355 поставляется как в однофазном, так и в трехфазном исполнении, модель 9155 выпускается только в однофазном варианте. Если заказчик нуждается в гальванической развязке, то в качестве опции ему предоставляется возможность подключения внешнего трансформатора, установка которого может быть оптимизирована одновременно на вход и на выход устройства – схемотехнические решения позволяют применять оба варианта. В разных моделях это решено по-разному: например, в ИБП PW 9120 изолирующий трансформатор устанавливается на выход, в более мощных предусмотрена возможность установки на выход либо на вход. По бестрансформаторной технологии выполнен и Powerware 9120 мощностью от 700 ВА до 6 кВА. Популярная модель Powerware 9305 мощностью до 160 кВА, на замену которой до конца года будет выпущена новая модель, также бестрансформаторная.

Еще одна интересная модель 9315 в диапазоне мощностей – от 40 до 150 кВА поставляется как на американский рынок, так и на европейский. Это устройство обеспечивает гальваническую развязку байпасной цепи. (У большинства производителей изолирующий трансформатор установлен в основной цепи ИБП.)

Для большинства бестрансформаторных ИБП производства Eaton предусмотрены опции поставки трансформаторов, что подразумевает наличие в конструктиве посадочных мест. Кроме того, в непосредственной близости от устройства можно установить внешний шкаф с трансформатором и с его помощью изолировать заодно и байпасную линию. Учитывая, насколько важны вес и габариты ИБП в среднем диапазоне мощностей, проектировщики Eaton разработали новую модель ИБП с двойным преобразованием мощностью 20 кВА и 30 кВА с трехфазным входом и трехфазным выходом, которая призвана дополнить диапазон мощностей между устройствами Powerware 9x55 и 9390. В настоящее время устройство проходит тестовые испытания, продажи планируется начать в ноябре.

Liebert-Hiross (принадлежит группе компаний Emerson Network Power, входящих в состав корпорации Emerson). Новая линейка ИБП Liebert-Hiross NXA представлена модельным рядом от 10 до 120 кВА. Уже налажено производство трехфазных агрегатов NXA 30, 40, 60, 80, 100 и 120 кВА (три фазы на входе и три на выходе), а в ближайшее время будут анонсированы модели с двойным преобразованием мощностью NXA 10, 15, 20 кВА – также в бестрансформаторном исполнении.

Модель NXA 30 кВА без батарей весит 312 кг, NXA 40 кВА б- 341 кг, NXA 60 кВА б- 401 кг, NXA 80 кВА б- 445 кг. Ширина устройств всего 60 см. Все агрегаты допускают установку внутренних батарей. В моделях на 30 и 40 кВА имеется опция установки трансформатора, для которого предусмотрены посадочные места.

Рисунок 6. Модель Comet EX RT производства MGE UPS Systems выполнена по схеме с зеркальным преобразованием.

MGE UPS Systems. В 2000 г. MGE UPS Systems выпустила на рынок Galaxy 3000 с выпрямителем на входе ИБП, построенным на IGBT-транзисторах (первая реализация «зеркальной» схемы). Принцип работы данного выпрямителя обратно симметричен принципу работы инвертора. Все выпускаемые однофазные ИБП двойного преобразования в MGE UPS Systems построены на основе бестрансформаторных схем. В модельном ряду ИБП с двойным преобразованием представлены следующие агрегаты с бестрансформаторной архитектурой: Сomet S31 мощностью 5б-20 кВА, Galaxy 3000 мощностью 10б-30 кВА, Comet Extreme мощностью 4,5б-12 кВА, Comet EX RT мощностью 5б-11 кВА (см. Рисунок 6). В моделях Galaxy PW мощностью 40б-200 кВА и Galaxy мощностью 250б-800 кВА на выходе инвертора ИБП применяется трансформатор.

Рисунок 7. Бестрансфор-маторный ИБП PowerSystem Multi RM предназначен для установки в 19-дюймовую стойку.

NeuHaus. В линейке производства российской компании NeuHaus в бестрансформаторном варианте поставляются модели ИБП NeuHaus Power System Multi и Power System Multi RM. Последний агрегат имеет особый конструктив и предназначен для монтажа в стандартную 19-дюймовую стойку (см. Рисунок 7). Отсутствие трансформатора дает немалое преимущество, в основном благодаря сокращению габаритов. Модели могут быть укомплектованы трансформатором, как только в этом возникнет необходимость. Простое сравнение примерно равных по номинальной мощности моделей показывает, что вес бестрансформаторных машин Power System Multi в стандартной комплектации, без учета батарей, в два раза меньше по сравнению с классическими трансформаторными моделями аналогичной мощности. Как считает А. Москалев, для некоторых заказчиков вес оборудования является фактором первостепенной важности, однако нельзя утверждать, что более низкий вес – основополагающий критерий выбора. По его словам, разница в цене сопоставимых по мощности агрегатов, выполненных по альтернативной технологии, может достигать 20б-30% и зависит от модели и мощности.

Рисунок 8. В модульных ИБП Conceptpower производства Newave вес бестрансфор-маторных модулей позволяет выполнять их замену вручную.

Newave. Все источники бесперебойного питания Conceptpower Modular производства Newave выполнены без использования трансформатора в выходной цепи (см. Рисунок 8). Модель Classic Frame комплектуется унифицированными модулями от 10 до 40 кВА.

Модель Gemini Frame укомплектована бестрансформаторными модулями от 10 до 30 кВА, но, в отличие от Classic Frame, в ней предусмотрено место для установки двух модулей ИБП. В системе Upgrade Frame предусмотрено размещение трех модулей ИБП, максимальная мощность одного модуля – 40 кВА. Вес модулей (от 40 до 58 кг) различается: в менее мощных используются более легкие силовые компоненты. Уже налажено производство модулей мощностью 60, 80 и 100 кВА для установки в более крупную стойку Upgrade. Каждый модуль состоит из пассивной и активной части, каждая из которых, в свою очередь, весит не более 60 кг. С заменой такого модуля персонал может справиться вручную. Без учета батарей вес модульного ИБП Conceptpower Uprgade мощностью 120 кВА – 306 кг, Conceptpower Uprgade мощностью 300 кВА – 700 кг.

фрий Анисимов, главный специалист сектора ИБП компании «Экопрог», отмечает, что благодаря схемотехническим решениям в ConceptPower Modular удалось добиться хороших характеристик устройств: КПД составляет до 95%, коэффициент мощности б- 0,98, коэффициент сопряжения с ДГУ – 1,25, а коэффициент нелинейных искажений на входе примерно сопоставим с аналогичным параметром лучших представителей классических трансформаторных схем.

Powercom. Менеджер по работе с системными интеграторами российского представительства Powercom Олег Соколов указывает, что применение трансформатора гальванической развязки (ТГР) на выходе ИБП обязывает производителя устанавливать более мощные IGBT-транзисторы в инвертор, что неизбежно сказывается на стоимости. Раньше такой трансформатор был необходим для того, чтобы сгладить выбросы гармоник мощных транзисторов, работающих на более низких частотах, чем нынешние инверторы, но теперь, когда технология шагнула вперед, необходимость в этом отпала.

Ввиду вышеизложенных соображений трансформаторы гальванической развязки для бестрансформаторных ИБП малой мощности серий Vanguard и Ultimate (700б-3000 ВА) являются внешней опцией, для модели Ultimate 6000 LCD ТГР может быть опционально установлен внутрь конструктива, и лишь начиная с 8 кВА ИБП Powercom оснащены ТГР по умолчанию, что, впрочем, суммарно по цене для конечного потребителя необременительно ввиду традиционно невысоких цен на оборудование Powercom больших мощностей вплоть до 200 кВА.

ЗАКЛфЧЕНИЕ

Интерес к бестрансформаторным ИБП подогревается выпуском все новых схемотехнических решений. Используемая элементная база позволяет конструировать и выпускать такие решения. Выбор архитектуры ИБП в конечном счете определяется требованиями заказчика, зависит от нагрузки, а также от особенностей конкретного обюекта. К сожалению, минимизация затрат нередко ставится во главу угла, иногда даже в ущерб надежности и грамотности всего технического решения. Для достижения оптимального результата каждый проект должен рассматриваться индивидуально.