Какие ИБП подходят для УЗИ аппаратов. Типы и устройство ИБП

При проектировании ИБП возникло множество решений с разными характеристиками, каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее распространены следующие типы ИБП:

• Резервный (Standby)
• Линейно-интерактивный (Line Interactive)
• Резервный онлайн гибридный (Standby on-line hybrid)
• Резервный-Ферро (Standby-Ferro)
• Онлайн с двойным преобразованием (Double Conversion On-Line)
• Онлайн с дельта преобразованием (Delta Conversion On-Line)

ИБП резервного типа

Такие ИБП чаще используются с персональными компьютерами (в домашней бытовой сети). В нормальном режиме, когда перебоев с питанием нет, (сплошная линия на схеме) напряжение сети проходит через устройство защиты от перенапряжений, фильтр и далее через устройство коммутации подключается к нагрузке. При исчезновении напряжения на входе ИБП, коммутирующее устройство переключается в нижнее положение, замыкая цепь батарея-инвертор.

Инвертор включается только при исчезновении входного питания, поэтому данный тип ИБП называется резервным.

ИБП линейно-интерактивного типа

Более сложный тип ИБП, Такие источники применяются в небольших офисах и для подключения Web и ведомственных серверов.

Инвертор здесь постоянно подключен к выходу ИБП.

Пока входное переменное напряжение (из сети) в норме, инвертор эксплуатируется в обратном режиме, таким образом производится заряд батареи.

Когда входное напряжение пропадает, коммутирующее устройство размыкается, и батарея начинает питать нагрузку на выходе ИБП (подключенные электроприборы). Так как инвертор постоянно подключен к выходу, эта схема обеспечивает дополнительную фильтрацию и снижает продолжительность переходных процессов при коммутации (по сравнению с резервными ИБП).

Также, конструкция линейно-интерактивного ИБП обычно включает в себя трансформатор с переключаемыми ответвлениями. Это добавляет регуляцию напряжения с помощью настройки ответвлений трансформатора, так как меняется входное напряжение.

В некоторых инверторах в случае неисправности предусмотрена прямая подача питания от входа ИБП к выходу (сразу на подключенные приборы). Это обеспечивает ИБП двумя независимыми каналами питания нагрузки, повышает надежность системы и позволяет продолжать работу при неисправности инвертора.

Резервный-онлайн гибридный ИБП

“Онлайн” в названии данной схемы говорит о том, что источник в любой ситуации обеспечивает стабильное выходное напряжение, в том числе - в момент переключения с основной линии питания на резервную, что крайне важно для современной точной и чувствительной техники.

Схема используется в основном для ИБП мощностью до 10 кВА с отметкой «On-line». Здесь резервный DC/DC конвертер (выполняет функции дополнительной стабилизации) включается при неисправности сети, как и в резервных ИБП. В корпусе присутствует компактное зарядное устройство для батарей.

Дополнительные конденсаторы в цепи DC исключают или сводят к минимуму переходные процессы при переключении на питание от резервных батарей ИБП.

Основная цепь всегда активна, подключена к инвертору и нагрузке (электроприборам) - это сплошная линия на схеме, вторая цепь (DC-DC конвертор) используется в резервном режиме - она показана пунктирной линией.

В некоторых моделях, построенных по такой схеме, может присутствовать дополнительный переключатель (в т.ч. автоматический) для обеспечения режима bypass, при неисправности ИБП или перегрузке на выходе.

Резервный-Ферро ИБП

Схема построена на специальном трансформаторе с тремя обмотками.

Основная цепь питания (в нормальном режиме) – от сети переменного напряжения, через коммутирующее устройство и трансформатор к выходу ИБП. Она показана непрерывной линией. При неисправности в сети коммутирующее устройство открывается, основная цепь размыкается и инвертор в резервной цепи подбирает выходную нагрузку. Резервная цепь показана пунктирной линией. Инвертор питается только когда пропадает входное напряжение и открывается коммутатор.

Феррорезонансные свойства трансформатора обеспечивают ограниченную регулировку, но влияют на форму выходного напряжения. Такой трансформатор защищает нагрузку от сетевых переходных процессов гораздо лучше, чем многие фильтры, но в то же время создает серьезные искажения формы выходного напряжения, что может нанести гораздо больший вред, чем плохой контакт с сетью.

К недостаткам данной схемы можно отнести и существенное тепловыделение, и большие размеры трансформатора. Фактически схема является крайне неэффективной, но ключевым минусом резервных-ферро ИБП является влияние передаточной характеристики на работу ИБП при переходе из нормального режима в резервный. Другими словами, при переключении на питание от батареи и обратно в выходном сигнале могут возникать колебания, что недопустимо для онлайн-ИБП.

Более того, ИБП данного типа практически не используются в настоящее время, так как они могут быть крайне нестабильны, при подключении в качестве нагрузки современных компьютеров.

Все крупные серверы и маршрутизаторы имеют в своем составе блоки питания с коррекцией коэффициента мощности и отрицательным дифференциальным сопротивлением в некотором диапазоне частот, в сочетании с высоким резонансным импедансом феррорезонансного трансформатора, это может привести появлению спонтанных повреждающих колебаний.

Онлайн ИБП с двойным преобразованием

Это наиболее распространенная схема построения ИБП мощностью более 10кВА. Структура аналогична ИБП резервного типа, Отличие заключается в том, что основная цепь питания проходит через инвертор.

Схема применяется довольно часто. Такие ИБП рекомендованы к использованию с высокоточным, чувствительным, и в то же время очень мощным оборудованием, где важно не только постоянное наличие питание, но и полное отсутствие каких либо колебаний. Поэтому ИБП с двойным преобразованием рекомендуется устанавливать в мед. кабинетах, клиниках и диагностических центрах, где используются УЗИ аппараты, рентген-установки, КТ, МРТ, флюрографы, и тд.

Даже несмотря на то, что конструкция крайне надежна, все же неизбежен износ силовых компонентов, поэтому данные ИБП требуют ухода и внимания, что в любом случае оправдано. Как правило, осмотр и проверка состояния ИБП входит в перечень работ по техническому обслуживанию медицинского оборудования клиники.

Многие относят к недостаткам данной схемы и невысокий КПД, он на самом деле надежность и качество выходного сигнала того стоят, ведь от 30% до 50% всех неисправностей приходится именно на перебои или низкое качество питания аппаратов. О качестве и важности правильно спроектированной проводки стоит помнить еще и потому, что входная мощность, потребляемая большим зарядным устройством ИБП с двойным преобразованием, часто носит нелинейный характер.

В онлайн ИБП с двойным преобразованием неисправность в сети питания не служит причиной активации коммутатора, потому что напряжение непосредственно из бытовой сети подается на нагрузку (подключенные приборы и аппараты) только в крайнем (резервном) случае - при неисправности в схеме самого ИБП, то есть: если откажет зарядное устройство, батарея, инвертор.

Таким образом, при неисправности питающей сети отсутствуют переходные процессы а время перехода на питание от батарей равно нулю.

Переходные процессы проявляются с данной схеме только при включении режима bypass, то есть при подаче питания на нагрузку напрямую из бытовой сети или при превышении значений допустимой нагрузки, при пусковом токе. В основном «bypass»-линия строится на тиристорах, в результате время переключения составляет 4-6 миллисекунд.

И выпрямитель, и инвертор работают в штатном режиме постоянно и пропускают через себя всю потребляемую мощность.

Онлайн ИБП с дельта-преобразованием

В условиях неисправности сети питания эта схема ведет себя так же, как и в ИБП с двойным преобразованием.

В ИБП с дельта-преобразованием, сам дельта-конвертор имеет двойное назначение. С одной стороны – для управления входными параметрами. Это обеспечивает оптимальные условия для генераторных систем и уменьшает нагрев и износ системы в системе распределения энергии. С другой стороны – для зарядки батареи, путем конвертирования переменного напряжения в требуемое постоянное напряжение.

ИБП с дельта-преобразованием обеспечивают такие же выходные характеристики, как и ИБП с двойным преобразованием. Однако входные характеристики сильно различаются. С коэффициентом контроля мощности, дельта-преобразование обеспечивает контроль и выходных и входных параметров. Наиболее важный выигрыш заключается в значительном снижении потерь энергии. Входной контроль питания также делает этот тип ИБП совместимым со всеми генераторными сетями и снижает необходимость прокладки дополнительных кабелей и увеличения генератора. Технология онлайн дельта-преобразования является единственной, на сегодняшний день защищенной патентом. Таким образом, далеко не все производители могут изготавливать такие ИБП.

Сравнение ИБП. Таблица - виды и особенности ИБП

Какой ИБП выбрать для УЗИ аппарата

Как видно из сравнительных таблиц, наиболее подходящими, для защиты УЗИ аппаратов, являются онлайн ИБП с двойным преобразованием. Их свойства включают в себя отличное качество выходного сигнала, постоянное подключение инвертора к нагрузке и нулевое время переключения. При этом низкий КПД не должен влиять на выбор ИБП для УЗИ аппарата, так как мощность большинства стационарных аппаратов 1 – 1,5 кВА. Его стоит учитывать при мощностях выше 5кВА.

Для подключения УЗИ аппаратов и другой точной диагностической медицинской техники подходят только онлайн ИБП с двойным или с дельта преобразованием, поскольку, только в их строении цепь инвертора постоянно подключена к нагрузке в штатном режиме, таким образом, время переключения равно нулю, а форма выходного сигнала - идеальная. Онлайн ИБП с дельта-преобразованием не используется при мощностях меньше 5кВА. То есть, единственным ИБП, пригодным для УЗИ-аппаратов является онлайн ИБП с двойным преобразованием, причем следует доверять только авторитетным производителям.

{pdfprint}