Самые популярные из классических ИБП – дизель-генераторные – имеют ряд недостатков. Они слишком громоздки, требуют поддержания температурного режима в помещении (от 20 С до 25 С), а также частой замены АКБ.

Как известно, стоимость аккумуляторной батареи порой достигает 40-50 % от цены всей системы бесперебойного электроснабжения, а срок эксплуатации может составлять не больше 3-4 лет. Кроме того, АКБ массивны, требуют много места, а после отработки их необходимо утилизировать.

Еще одним недостатком считается обстоятельство, способствующее уменьшению времени резервирования, – комбинированное последовательно-параллельное подключение АКБ. При выходе из строя одного аккумулятора это тут же сказывается на качестве функционирования всей системы.

Именно поэтому ученые давно и настойчиво работают над альтернативой агрегатам обеспечения стабильного электропитания с подключенными аккумуляторами. Как результат – представленные сегодня на рынке принципиально новые роторные (они же динамические) ИБП.

Ротор вместо аккумулятора?

В основе конструкции роторных ИБП – вращающийся маховик, способный сохранять энергию, а затем отдавать ее при выходе напряжения за рамки заданных значений либо прекращении подачи электроэнергии в центральную сеть. Раскрутка и поддержание вращения производится посредством электричества.

Такие накопители могут последовательно подключаться к обычным ИБП и быть заменой традиционным UPS. Возможно также параллельное подключение в качестве дополнения к аккумуляторам (такие модели ИБП снабжаются преобразователями). Таким образом получается классический агрегат двойного преобразования, снабженный роторным или аккумуляторно-роторным накопителем.

Такая схема применяется также в чисто роторных агрегатах с отсутствием характерных для статических генераторных установок элементов – инвертора, выпрямителя, АКБ и т. д. Обычно в конструкцию динамического ИБП, помимо накопителя, входит синхронная машина.

Появление динамических ИБП обусловлено желанием отказаться от привычных статических схем. Разработчики рассматривали два конструкционных варианта таких агрегатов. В первом динамический накопитель и генераторный двигатель представляют собой два независимых устройства и связаны только посредством электричества. Во втором варианте все элементы конструкции (ДГ, rotor-накопитель, двигатель-генератор) связаны между собой механически. Накопитель и ротор в такой системе имеют жесткое соосное соединение.

Принцип действия и терминология роторных ИБП

По мнению большинства специалистов, ключевым элементом конструкции таких агрегатов является маховик, он же накопитель кинетической энергии. Между тем отдельные эксперты склонны считать, что ИБП вполне могут работать и без маховиков, более того – в статических агрегатах в тандеме с АКБ они будут более эффективны. Отсюда и рекомендации многих поставщиков оборудования: использовать маховики вместе с аккумуляторами. Динамические накопители в этом случае принимают на себя нагрузку при непродолжительных перебоях в сети, а АКБ задействуются реже, и это увеличивает срок их службы.

Ключевой частью динамических ИБП сторонники этой точки зрения считают мотор-генератор или синхронную электромашину. Путем раскрутки двигателя поступающим из магистральной сети «грязным» напряжением можно использовать вырабатываемое генератором «чистое» напряжение и подключать к нему высокочувствительных потребителей. Если дополнить такую схему любым другим источником питания (АКБ, ДГ, маховиком), можно получить традиционный динамический ИБП.

Вплоть до 80-х гг. п. в. генератор и электрический двигатель существовали параллельно как два разных агрегата и лишь позднее появились комбинированные решения. Генераторы нового поколения для динамических ИБП имеют на одном роторе обмотки электрического генератора и электрического мотора. Это конструкционное новшество позволило уменьшить количество элементов и размеры агрегатов.

Касаемо маховика, то его можно использовать в качестве кратковременного источника электроэнергии как в динамических, так и статических агрегатах. При наличии в сети напряжения маховик набирает обороты, накапливает энергию, а с его исчезновением начинает отдавать накопленное потребителям. Среднее время резерва при этом составляет порядка нескольких минут.

На сегодняшний день термины, относящиеся к динамическим (роторным) ИБП, нельзя считать устоявшимися либо общепринятыми.

Виды rotors ИБП

1. Дизель-роторные ИБП представляет собой конструкцию, в которой на одном валу расположены маховик, электромагнитная муфта, дизель-мотор и синхронная электромашина. Еще одна часть конструкции – особый дроссель, соединяющий вход магистрального напряжения и выход «чистого» электротока ИБП и нормализующий процессы перехода нагрузки.
   Плюсы ДР ИБП: высокий КПД (до 96 %), надежная система управления, значительный эксплуатационный ресурс.
2. Гибридные динамические ИБП снабжены генератором, АКБ, выпрямителем и инвертором. Главный путь подачи электротока в них проходит через ротор-генератор (напряжение из центральной сети поступает на обмотки двигателя, а чистое снимается с генератора). Обычно ГД ИБП функционируют по этой схеме до того момента, пока входное напряжение не отклоняется более 8 % в ту или иную сторону. При выходе за пределы этих значений до 15 % происходит переключение на цепь двойного преобразования, а далее – на АКБ.
3. Конструкция Ride-through ИБП схожа и ДР ИБП, отличие состоит лишь в отсутствии дизельного мотора. Такие агрегаты обеспечивают аварийное питание всего на несколько минут (пока держит маховик). Подобные системы не выделяют вредных для здоровья человека газов и прочих опасных веществ (к примеру, кислотных паров). Такой вариант незаменим при высоких экологических требованиях, когда использование свинцовых АКБ или другого оборудования с содержанием химических соединений невозможно.