• Как устроены и работают источники бесперебойного питания (ИБП). Источники бесперебойного питания: попытка выработки комплексной методики тестирования

    Промышленное решение: ИБП, вместе с защищаемым оборудованием, смонтирован в 19-дюймовую стойку

    Источники бесперебойного электропитания развивались параллельно с компьютерами и другими высокотехнологическими устройствами для надежного питания этого оборудования, чего стандартные сети электроснабжения обеспечить не могут. :128 Наиболее широко распространены конструкции в качестве отдельного устройства, включающего в себя аккумулятор и преобразователь постоянного тока в переменный. Также в качестве резервного источника могут применяться маховики и топливные элементы. В настоящее время мощность ИБП находится в диапазоне 100 Вт … 1000 кВт (и более), возможны различные величины выходных напряжений. :142

    Причины использования

    Кратковременные нарушения нормальной работы электрической сети являются неизбежными. Причиной большинства кратковременных нарушений электроснабжения являются короткие замыкания. Полностью защитить электрическую сеть от них практически невозможно или, во всяком случае, это стоило бы очень дорого. :с. 6 Кратковременные перерывы питания случаются значительно чаще, чем длительные. Длительного перерыва питания возможно избежать используя автоматический ввод резерва (АВР) . При этом кратковременные перерывы питания будут не только при коротком замыкании на любой из питающих АВР линий, но и на линиях, питающих соседних потребителей. :с. 8

    Бесперебойное от гарантированного электропитания отличается тем, что в случае гарантированного электропитания допускается перерыв на время ввода в действие резервного источника. В случае бесперебойного электропитания требуется «мгновенный» ввод в действие резервного источника. Это важное требование ограничивает круг пригодных к применению в источниках бесперебойного питания резервных источников. На практике обычно может быть применен только один такой источник - аккумуляторная батарея.

    Основной функцией ИБП является обеспечение непрерывности электропитания посредством использования альтернативного источника энергии. Кроме того, ИБП повышает качество электропитания, стабилизируя его параметры в установленных пределах. В ИБП в качестве накопителя энергии обычно используются химические источники тока. Кроме них могут применяться и иные накопители. :п. 1.1 В качестве первичного источника может использоваться электропитание, поступающее от электросети или генератора. :п. 3.1.3

    Промышленность

    Сложное технологическое оборудование современного промышленного производства не может нормально функционировать, если электроснабжение не бесперебойное. Для многих промышленных предприятий перерыв питания на несколько секунд или даже на десятые доли секунды ведет к нарушению непрерывного технологического процесса и к остановке производства. :с. 5

    Если допустимое время перерыва питания меньше 0,2 с возможно только использование источников бесперебойного питания, защита автоматическими выключателями цепи с коротким замыканием для уменьшения времени перерыва питания в таком случае невозможна или неэффективна. Если допустимое время более 0,2 с возможно использование защит электросети или использование источников бесперебойного питания. При допустимом времени 5…20 с возможно отказаться от источников бесперебойного питания и использовать АВР. :с. 61

    Для электродвигателей провалы напряжения в сети 0,4 кВ длительностью 0,3…0,5 с могут привести к тому, что векторы остаточной ЭДС электродвигателей могут оказаться в противофазе с векторами напряжения сети. В результате при восстановлении питания произойдет срабатывание электромагнитных расцепителей автоматических выключателей и окончательное отключение электродвигателей. При этом провалы напряжения длительностью менее 0,3 с не представляют опасности, поэтому для электродвигателей борьба с провалами напряжения обычно направлена на предотвращение отключения контакторов в цепи главного питания 0,4 кВ. Одной из таких мер является питание цепей управления контактора от источника бесперебойного питания. :с. 251

    Восприимчивость промышленных контролёров на логических микросхемах к провалам напряжения аналогична восприимчивости компьютеров. :160

    Нарушение работы контакторов и реле может произойти при прерывании напряжения 5…10 мс и 80…120 мс. Разница в работе одного и того же устройства возникает из-за разницы в мгновенной величины напряжения переменного тока, когда начался провал напряжения. При прохождении напряжения через ноль устойчивость более чем в 10 раз больше. :165

    В быту и офисах

    Наиболее распространенное в быту и офисах применение - выключение компьютера без потери данных при отключении электроэнергии. При провалах напряжения длительностью 0,2 с происходит остановка процедур чтения/записи компьютера; 0,25 c - блокировка операционной системы; 0,4 c - перезагрузка. :158

    Аварийное

    Источники питания, которые используются в случае перерыва нормального питания делятся на резервные и источники питания для систем безопасности.

    Регулирование

    Международной электротехнической комиссией принята группа стандартов:

    Международная классификация ИБП

    История электронных ИБП переменного тока начинается с изобретения в 1957 году тиристоров . В 1964…1967 гг. были созданы ИБП с резервированием мощностью до 500 кВА. К настоящему времени основное изменение в конструкции состоит в замене тиристоров на IGBT транзисторы. :130

    Резервная схема

    Недостатки: в режиме «от сети» не выполняет функцию фильтрации пиков, и обеспечивает только крайне примитивную стабилизацию напряжения (обычно 2-3 ступени автотрансформатора, переключаемые релейно, функция называется «AVR»).

    В режиме «от батарей» некоторые, особенно дешёвые, схемы выдают на нагрузку частоту куда выше 50 Гц, и осциллограмму переменного тока, имеющую мало общего с синусоидой. Это связано с применением классического трансформатора крупного размера в схеме (вместо инвертора на полупроводниковых ключах). В связи с тем, что трансформатор данного габарита имеет (в связи с возникновением гистерезиса в сердечнике) ограничение на передаваемую мощность, которое линейно растет с частотой, данного трансформатора (занимает 1/3 объёма всего ИБП) хватает для питания цепи зарядки батарей на 50 Гц в режиме «от сети». Но, в режиме «от батарей», через этот трансформатор нужно пропустить уже сотни ватт мощности, что возможно только путём повышения частоты.

    Это приводит к невозможности питания приборов, использующих, например, асинхронные двигатели (почти вся бытовая техника , включая отопительные системы).

    По сути, от такого ИБП можно питать только приборы, нетребовательные к качеству питания, то есть, например, все приборы с импульсными БП, где питающее напряжение немедленно выпрямляется и фильтруется. То есть компьютеры и значительная часть современной бытовой электроники. Также можно питать осветительные и обогревательные приборы.

    Схема двойного преобразования

    Режим двойного преобразования (англ. online , double-conversion, онлайн) - используется для питания нагруженных серверов (например, файловых), высокопроизводительных рабочих станций локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании (double conversion) рода тока. Сначала входной переменный ток преобразуется в постоянный , затем обратно в переменный ток с помощью обратного преобразователя (инвертора). При пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно (т. н. буферный режим работы аккумулятора) и для этих ИБП параметр «время переключения» не имеет смысла. В маркетинговых целях может использоваться фраза «время переключения равно 0», правильно отражающая основное преимущество данного вида ИБП: отсутствие промежутка времени между пропаданием внешнего напряжения и началом питания от батарей. ИБП двойного преобразования имеют невысокий КПД (от 80 до 96,5 %) в режиме on-line, из-за чего отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. Однако у современных ИБП средних и высоких мощностей ведущих производителей предусмотрены разнообразные интеллектуальные режимы, позволяющие автоматически подстраивать режим работы для повышения КПД вплоть до 99 %. В отличие от двух предыдущих схем, способны корректировать не только напряжение, но и частоту (VFI по классификации МЭК).

    Достоинства:

    • отсутствие времени переключения на питание от батарей;
    • синусоидальная форма выходного напряжения, то есть возможность питать любую нагрузку, в том числе отопительные системы (в которых есть асинхронные двигатели).
    • возможность корректировать и напряжение, и частоту (более того, такой прибор одновременно является и самым лучшим из возможных стабилизаторов напряжения).

    Недостатки:

    • Низкий КПД (80-94 %), повышенная шумность и тепловыделение. Практически всегда прибор содержит вентилятор компьютерного типа, и потому не бесшумен (в отличие от line-interactive ИБП).
    • Высокая стоимость. Примерно вдвое-втрое выше, чем line-interactive.

    ИБП постоянного тока

    Характеристики ИБП

    Конструкция

    Устройства хранения электроэнергии

    Химические

    Реализация основной функции достигается работой устройства от аккумуляторов , установленных в корпусе ИБП, под управлением электрической схемы, поэтому в состав любого ИБП, кроме схемы управления , входит зарядное устройство , которое обеспечивает зарядку аккумуляторных батарей при наличии напряжения в сети, обеспечивая тем самым постоянную готовность к работе ИБП в автономном режиме. Для увеличения времени автономного режима работы можно оснастить ИБП дополнительной (внешней) батареей.

    В источниках бесперебойного электропитания могут быть использованы химические источники тока (ХИТ):

    Динамические

    Конденсаторы

    При использовании АВР постоянного тока с использованием релейной схемы можно использовать для исключения перерывов питания на время переключения конденсатор большой ёмкости. :с. 229

    Байпас

    Байпасом называется один из составляющих ИБП блоков. Режим байпас (англ. Bypass , «обход») - питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass выполняется автоматически или вручную (ручное включение предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки). Может делать т. н. фазануль («сквозной нуль»). Применяется в online-схемах, более того, выключенный кнопкой OFF online UPS остаётся в режиме байпаса, то же самое происходит при разрушении силовых компонентов схемы, определённом управляющими цепями, а также при аварийном отключении схемы по перегрузке выхода. В line-interactive UPS режим работы «от сети» и есть байпас.

    Стабилизатор переменного напряжения

    Используется в ИБП, которые работают по интерактивной схеме. Часто ИБП оснащается только повышающим «бустером» (англ. booster ), который имеет всего лишь одну либо несколько ступенек повышения, но есть модели, которые оснащены универсальным регулятором, работающим и на повышение (boost), и на понижение (buck) напряжения. Использование стабилизаторов позволяет создать схему ИБП, способную выдержать долгие глубокие «подсадки» и «проседания» входного сетевого напряжения (одной из наиболее распространённых проблем отечественных электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи, что позволяет значительно увеличить срок «жизни» аккумуляторной батареи.

    Инвертор

    Инвертор - устройство, которое преобразует род напряжения из постоянного в переменное (аналогично переменное в постоянное). Основные типы инверторов:

    • инверторы, которые генерируют напряжение прямоугольной формы;
    • инверторы с пошаговой аппроксимацией;
    • инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) .
    • преобразователь с импульсно-плотностной модуляцией (ИПМ, англ. Pulse-density modulation )

    Показатель, который характеризует степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоидальной формы - коэффициент нелинейных искажений (англ. ). Типовые значения:

    • 0 % - форма сигнала полностью соответствует синусоиде;
    • порядка 3 % - форма, близкая к синусоидальной;
    • порядка 5 % - форма сигнала, приближенная к синусоидальной;
    • до 21 % - сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму (модифицированный синус или меандр);
    • 43 % и свыше - сигнал прямоугольной формы (меандр).

    Для уменьшения влияния на форму напряжения в питающей электросети (если входным узлом ИБП, построенного по схеме с двойным преобразованием, является тиристорный выпрямитель, элемент нелинейный и потребляющий большой импульсный ток, такой ИБП становится причиной появления гармоник высшего порядка) во входной цепи ИБП устанавливается специальный THD-фильтр . При использовании транзисторных выпрямителей коэффициент нелинейных искажений (англ. Total Harmonic Distortion, THD ) составляет порядка 3 %, и фильтры не используют.

    Трансформатор

    Гальваническую развязку между входом и выходом (как правило, в ИБП таковая не делается вообще из принципиальных соображений пропуска «сквозного нуля» на нагрузку, то есть отсутствия любой коммутации провода нейтрали от входа UPS до его выхода) осуществляет установленный во входной цепи ИБП (между электросетью и выпрямителем) входной изолирующий трансформатор . Соответственно, в выходной цепи ИБП между преобразователем и нагрузкой размещён выходной изолирующий трансформатор , который обеспечивает гальваническую развязку между входом со схемы ИБП и выходом на подключенную нагрузку.

    Интерфейс

    Для расширенного мониторинга состояния самого ИБП (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) применяются различные интерфейсы : для подключения к компьютеру - последовательный (COM) порт или USB , при этом производителем ИБП поставляется фирменное программное обеспечение , которое позволяет, проанализировав ситуацию, определить время работы и дать оператору возможность безопасно выключить компьютер, завершив работу всех программ. Для наблюдения за состоянием источников бесперебойного питания и другого оборудования через локальную вычислительную сеть используется протокол SNMP и специализированное программное обеспечение.

    Для того, чтобы повысить надёжность всей системы в целом, применяется резервирование - схема, которая состоит из двух или более ИБП.

    Производители

    Распределение продаж ИБП по производителям (2017 г., «IT Research»).

    ИБП расшифровывается как "источник бесперебойного питания". Аббревиатура на английском - UPS (Uninterruptible Power Supply) , поэтому распространены также названия УПС, ЮПС, упсник.

    Основная функция источника бесперебойного питания - обеспечить подачу электроэнергии на подключенную к нему технику на время отключений в основной сети. Но, в зависимости от типа оборудования, параметры такого автономного питания могут требоваться кардинально разные. Соответственно, рынок ИБП предлагает разные типы устройств, которые отличаются массой параметров:

    • принципом работы: оффлайновые, линейно-интерактивные, онлайновые;
    • типом автоматической регулировки напряжения;
    • качеством фильтрации помех сети;
    • емкостью (количество ампер-часов, или другими словами - на какое время автономной работы его хватит);
    • временем переключения на батареи при отключении электроэнергии;
    • возможностью подключения дополнительных внешних батарей;
    • различными дополнительными функциями (фильтрующие розетки, розетки для телефонного и сетевого кабеля, LCD-дисплей, синхронизация с ПК) и т. д.

    Как выбрать ИБП при таком многообразии моделей? Как понять, чем они отличаются? В этой статье мы рассмотрим основные типы источников бесперебойного питания, их отличия, и какими дополнительными функциями производители оснащают ИБП. В следующей - как подобрать UPS в зависимости от особенностей вашего оборудования, как рассчитать его необходимую мощность и т. д.

    Три основные типа ИБП

    Off-line (Back-UPS, резервный, Standby) источник бесперебойного питания

    Пример резервного ИБП: модель .

    Принцип действия бесперебойника такого типа очень простой:

    Пока в сети есть электроэнергия в пределах установленных значений, ИБП подает на подключенные устройства напряжение напрямую от сети, одновременно подзаряжая батарею. Питание, проходящее через UPS, при этом не регулируется, фильтрация импульсов и помех происходит на самом простом уровне, с помощью пассивных фильтров. Форма сигнала соответствует сигналу сети, т. е. синусоиде.

    Как только напряжение в сети пропадает, ИБП переходит на питание от батарей. Инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный ток на выходе, в UPS этого типа установлен один из самых простых, поэтому форма сигнала не соответствует правильной синусоиде. Максимум, что предпринимают производители - несколько приближают ее к синусоиде, делая ступенчатой.

    На автономное питание off-line УПС переходит также в том случае, если уровень напряжения в сети падает ниже или поднимается выше пороговых значений, они могут быть разными в зависимости от марки бесперебойника.

    Время переключения на аккумуляторы в различных моделях составляет от 5 до 20 мс. Это сравнительно много, и для некоторых моделей оборудования такая долгая задержка может неблагоприятно сказаться на работе. Длительное срабатывание реле связано с тем, что устройству необходимо, чтобы в момент включения автономного питания фазы напряжений сети и батарей совпадали, а поскольку они не синхронизированы, на это уходит некоторое время.


    Схема работы источника бесперебойного питания резервного типа.

    Плюсы Standby UPS:

        • недорогая цена,
        • высокий КПД,
        • бесшумная работа.

    Недостатки:

        • долгое переключение на работу от батареи (от 5 до 20 мс);
        • форма выходного сигнала - не синусоида;
        • фильтрация помех, шумов и импульсов на линии довольно грубая;
        • нет регулировки напряжения и частоты при работе от сети.

    Линейно-интерактивные ИБП

    Пример линейно-интерактивного ИБП: модель

    Этот тип источников бесперебойного питания покупатели выбирают чаще всего, так как он оптимально сочетает функциональность и цену.

    В принципиальную схему работы линейно-интерактивных UPS включен AVR - модуль автоматической регулировки входящего напряжения сети. То есть, в отличие от UPS резервного типа, он не просто пропускает сквозь себя питание, но и стабилизирует его, правда не плавно, а ступенчато.

    При работе от сети при нормальном уровне напряжения линейно-интерактивный источник бесперебойного питания пропускает входящий сигнал через пассивные фильтры помех и шумов, одновременно заряжается батарея.

    При повышении или понижении напряжения в сети, линейно-интерактивный ИБП производит его ступенчатую корректировку. При достижении напряжением определенного порога, AVR понижает или понижает его на фиксированную величину (или процент). Таких порогов-ступеней в схеме работы AVR может быть прописано несколько, также для работы с пониженным и повышенным уровнем может быть предназначено разное количество ступеней корректировки (например, 2 - для повышения, и 1 - для понижения).

    Если напряжение в сети падает или поднимается до значений, которые лежат вне доступного входного диапазона бесперебойника, устройство переходит на работу от батарей, так же как и в случае полного отключения электроэнергии. Эти минимумы и максимумы могут различаться в зависимости от загруженности ИБП. К примеру, если UPS загружен на 70%, а вольтметр показывает 160В в сети, бесперебойник переключается на аккумуляторы. А при загрузке на 30% и напряжении в 150В он все еще производит регулировку при помощи AVR-трансформатора.

    Часть линейно-интерактивных моделей ничем не отличаются по форме выходного сигнала от бесперебойников резервного типа: у них ступенчатая синусоида. Некоторые производители, особенно с ростом спроса ИБП для котлов, оснащают свои бесперебойники инверторами, выдающими правильную синусоиду.

    Время переключения на работу от аккумуляторов в линейно-интерактивных ИБП с чистой синусоидой меньше, чем у его резервных собратьев. Причина в том, в УПС-ах этого типа совпадают формы кривой напряжения (и от сети, и от батареи это синусоида), что ускоряет синхронизацию фаз и, соответственно, запуска автономного питания.

    Плюсы line-interactive ИБП:

        • разумная цена,
        • бесшумная работа,
        • автоматическая регулировка входящего напряжения,
        • в некоторых моделях - чистая синусоида на выходе,
        • время переключения меньше, чем в резервных (в среднем 4-8 мс, в некоторых моделях 2-4 мс).

    Недостатки:

        • отсутствует регулировка частоты,
        • недостаточно полная фильтрация помех, шумов и импульсов сети,
        • регулировка напряжения не плавная, а ступенчатая,
        • КПД ниже, чем в off-line источнике бесперебойного питания.

    ИБП двойного преобразования (on-line)

    Пример ИБП с двойным преобразованием: модель .

    Это самый дорогой, но и самый лучший вид ИБП. Он оптимально подходит для дорогого капризного оборудования, для которого важно не только постоянное напряжение, но и частота, а также эффективная фильтрация шумов, сигнал в форме чистой синусоиды и отсутствие задержек при переключении на работу от батарей.

    Фактически, такой источник бесперебойного питания работает постоянно, стабилизируя, фильтруя входящий сигнал, выравнивая частоту и форму выходного сигнала.

    В режиме работы от сети, поступающее переменное напряжение стабилизируется и превращается в постоянное выпрямителем и распределяется между батареей (для подзарядки, если необходимо) и инвертором. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, выдавая на выходе сигнал в форме чистой синусоиды, правильной частоты, правильного напряжения. Помехи и шумы полностью отсутствуют - их просто не остается после двойного преобразования.

    Такое постоянное "включение" бесперебойника в сеть дает одно из его весомых преимуществ: мгновенное переключение на работу от батарей . Собственно, это даже сложно назвать "переключением", так как питание проходит через выпрямитель, батарею (во время зарядки) и инвертор постоянно. В момент падения напряжения в сети ниже пороговых значений или полного отключения электроэнергии инвертор просто начинает забирать часть энергии от батареи, а не от выпрямителя. Это происходит мгновенно.

    ИБП с двойным преобразованием обычно имеют еще один режим работы: байпас. Это резервная линия, которая идет напрямую от входа к выходу UPS, в обход выпрямителя, батареи и инвертора. Она позволяет в критические для ИБП моменты: перегрузка (например, стартовыми токами), выход из строя инвертора и другие - пустить электроэнергию к подключенным устройствам напрямую, избежав выхода из строя элементов устройства.

    Постоянная работа ИБП имеет определенный недостаток: повышенное теплоотделение, которое требует эффективного охлаждения. Поэтому UPS online чаще всего оснащены вентиляторами, что делает их эксплуатацию в жилых помещениях не такой комфортной, как бесшумных бесперебойников других типов.

    Плюсы онлайн ИБП:

        • постоянная стабилизация напряжения,
        • постоянная стабилизация частоты,
        • чистая синусоида на выходе,
        • эффективная фильтрация шумов, импульсов и помех,
        • мгновенное переключение на батареи.

    Недостатки:

        • высокая цена,
        • повышенный уровень шума,
        • наиболее низкий КПД среди всех типов ИБП.

    Выбирая бесперебойник, нужно учитывать, что существуют и исключения. Некоторые линейно-интерактивные ИБП могут стоить дороже, чем онлайн-модели другого производителя, время переключения на работу от батарей в резервном UPS может быть не больше, а даже меньше, чем в каком-нибудь линейно-интерактивном UPS и т. д. Поэтому в любом случае необходимо читать характеристики конкретной модели.

    Дополнительный функционал ИБП

    Помимо определения типа источника бесперебойного питания, который вам нужен, при выборе ИБП также стоит обратить внимание - какой функционал в него в ключен. UPS может иметь различные дополнительные функции и конструктивные особенности:

    Синхронизация с ПК . Эта функция присутствует в не самых дешевых моделях, однако она очень удобна. С помощью специального программного обеспечения ИБП передает данные в реальном режиме на компьютер о состоянии электролинии, уровне заряда батарей. Помимо чисто информационной составляющей, есть также такие возможности, как например, автономное выключение компьютера с сохранением данных во всех приложениях при отключении электроэнергии.

    Холодный старт . Источник бесперебойного питания, оснащенный такой функцией, можно включить при отсутствии электроэнергии в сети. К примеру, погас свет, вы сохранили документы, выключили компьютер и UPS, но спустя некоторое время появилась срочная необходимость скопировать документ на флешку. ИБП с поддержкой холодного старта можно включить, даже если электроэнергии в сети все еще нет, и сделать работу.

    Раньше разъемы для подключения устройств в бесперебойнике выглядели, в основном, так:

    Этот разъем стандарта IEC 320 отлично подходит для подключения различной компьютерной техники. Однако оборудование с обычным шнуром питания, тот же WiFi роутер, в него не подключишь. Для этих целей можно использовать сетевой фильтр с аналогичным разъемом, который подсоединяется к ИБП, а уже в него включать различное оборудование. Но это не всегда удобно.

    Поэтому сейчас многие модели стали просто дополнять розетками типа Schuko (у нас их часто называют евророзетками), чтобы технику можно было включить напрямую:

    Розетки для фильтрации помех. ИБП может быть оснащен розеткой или несколькими для чувствительного оборудования, которые не обеспечивают поддержку питания во время отключения электроэнергии, но защищают подключенное оборудование от помех электросети.

    Розетки для телефонной линии, витой пары . Высоковольтные импульсы могут передаваться не только непосредственно по электрическому силовому кабелю, но и в случае различных аварий и поломок - и по телефонному кабелю, и по витой паре. Для защиты телефонного, сетевого и компьютерного оборудования некоторые производители предусматривают специальные разъемы, (вход/выход), куда можно подсоединить телефонную или интернет-линию.

    Продолжение - в следующей статье.


    сайт

    Всем привет! При подборе источника бесперебойного питания, необходимо быть подготовленным, знать и понимать несколько важных моментов, на которые стоит обращать внимание. Обо всем этом и не только, пойдет речь в данном материале.

    Источник бесперебойного питания - это устройство со встроенным(и) аккумулятором(ами) для резервного питания различных приборов во время отключения электроэнергии.

    На практике ИБП применяют на предприятиях, в различных учреждениях, реже в быту. Через источник бесперебойного питания запускают не только персональные компьютеры, но и сетевое – коммуникационное оборудование. Например, благодаря ИБП, можно успеть безопасно завершить работу персонального компьютера с предварительным сохранением всех документов.

    Для того чтобы правильно подобрать источник бесперебойного питания, определитесь с несколькими параметрами:

    1) Где и для чего будет использоваться ИБП (здесь мы выбираем тип устройства )?
    2) Суммарная мощность подключаемых устройств, необходимое количество и вид розеток.
    3) Как долго должен работать ИБП без электроэнергии?

    Пожалуй, это самые основные параметры при выборе. Разберем каждый более подробно.

    Резервный

    Из-за невысокой стоимости, данный тип ИБП доступен массовому потребителю. Как только электроэнергия пропадает, либо «переваливает» за установленные нормы, ИБП переводит питание нагрузки в автономный режим, т.е. от аккумулятора. Как только питание в сети нормализуется, устройство переходит в штатный режим и заряжает «подсевшие» аккумуляторные батареи. Конструкция и схемотехника устройств проста, а время перехода на питание от АКБ варьируется от 4 до 15 мс. Такие ИБП подойдут тем, кому другие типы ИБП будут не по карману.

    Линейно – интерактивный

    Линейно-интерактивный тип ИБП отличается более сложной схематехникой. Здесь присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения (AVR). Он поддерживает стабильное выходное напряжение при существенных отклонениях входного, когда резервный ИБП при скачках напряжения будет постоянно переходить в автономный режим. Именно поэтому такие ИБП служат намного дольше. Время переключения на АКБ составляет в данном случае 4-7 мс.

    Линейно-интерактивные ИБП на сегодняшний день являются распространенным типом, сфера применения в данном случае чуть шире чем у резервных. К такому ИБП можно подключить несколько компьютеров, сетевое и телекоммуникационное оборудование, использовать не только дома, но и на производствах и предприятиях.

    ИБП с двойным преобразованием

    Принцип работы намного сложнее: переменное напряжение сети благодаря выпрямителю преобразуется в постоянное, затем, инвертор вновь преобразует напряжение в переменное. Поэтому данный тип и называется "с двойным преобразованием" или "on-line". Благодаря такому подходу, любые изменения во внешней сети не страшны, и никак не отражаются на функционировании запитанного оборудования от ИБП.

    ИБП с двойным преобразованием больше подходят для установки в серверных или производственных помещениях, где качество питания – это один из важных параметров при работе всего оборудования (сервера, шлюзы, сетевое и коммуникационное оборудование, аудио-видеоаппаратура).

    В данном случае у ИБП все аккумуляторные батареи всегда подключены к установленному инвертору, поэтому при потере питания в электрической сети, все потребители автоматически начинают питаться от аккумуляторных батарей.

    ИБП с двойным преобразованием обладают большой мощностью, из-за этого у многих ИБП данного типа высокий уровень шума и повышенное тепловыделение, к тому же очень дорого стоят.

    Мощность ИБП

    Основным параметром при выборе ИБП является его выходная мощность, которую производители указывают в вольт-амперах VA. Как понять какая мощность нужна?

    1. Выясняем мощность вашего оборудования, которое вы собираетесь подключить к ИБП. Посмотреть потребляемую мощность можно в паспорте/инструкции или на корпусе любого электроприбора.
    2. Суммируем её.
    3. Т.к. мощность ИБП полная и указана в вольт-амперах (ВА, VA), а мощность приборов указана в ваттах (Вт, W), нужно нашу суммарную мощность перевести так же в ВА. Для этого делим полученную суммарную мощность на коэффициент мощности, который равен 0,6.
    4. Накидываем сверху 20% для запаса, чтобы ИБП не работал постоянно на пределе.

    Для большей наглядности приведу примеры расчета:

    Пример №1. Типовой бюджетный ПК

    Суммируя мощность каждого устройства, получаем, что общая мощность составит 340 W.

    Далее переводим мощность из ватт в вольт-ампер. Пользуемся формулой Pva = Pw/0,6 . В нашем случае, получается, что 340 / 0,6 *1,2 = 680 VA. Откуда взялся параметр 1,2 спросите вы? Все очень просто, мощность ИБП должна быть всегда больше суммарной мощности как минимум на 20%. Учитывая все параметры, получается, что для данного примера необходим источник бесперебойного питания мощностью минимум 680 VA, для этого вполне подойдет ИБП резервного типа который способен проработать не больше 10 минут под нагрузкой. Этого времени вполне хватит для успешного завершения работы и выключения ПК.

    Пример №2. Игровой ПК

    Суммируя мощность снова, получаем, что общая мощность равна 850 Вт. Следуя приведенному примеру выше, производим расчеты: 850 / 0,6 * 1,2 = 1700 VA. Для данного примера необходим источник бесперебойного питания мощностью как минимум 1700 VA, прекрасно подойдет ИБП линейно-интерактивного типа. Такие ИБП прекрасно поддерживают автономную работу на протяжении 15-30 минут при полной нагрузке.

    Виды разъемов и интерфейсы

    В момент выбора ИБП необходимо заранее подумать о том сколько приборов будет подключено к ИБП, и какие типы разъемов нужны?

    К ИБП подключают не только ПК, но и зачастую прочую периферийную технику. Самое главное, чтобы число разъемов било с количеством подключаемого оборудования, лучше выбирать всегда с запасом в 1-2 разъема.

    У ИБП, как правило, встречаются разъёмы двух типов:

    CEE 7 Schuko (вилка под «евророзетку»);
    - IEC 320 C13 (компьютерная вилка);

    Важно, чтобы все разъемы соответствовали типу разъемов подключаемой техники. Например, если у оборудования разъёмы типа - CEE 7 Schuko, а у ИБП лишь пару разъемов типа IEC 320 C13, то вы просто не сможете подключить к нему нужное устройство. Придется купить дополнительный переходник под такой разъем, а это лишняя трата денег. Чтобы не попасть в просак, внимательно смотрите на типы разъемов приобретаемого ИБП.

    В зависимости от модели ИБП количество разъемов варьируется от 1 до 10, однако количество которые осуществляют бесперебойное питание везде разное, их увеличение ведет к удорожанию прибора. Лучше подбирать модели, у которых есть в наличии несколько выходных разъемов прямого питания (SURGE ONLY ), так как через разъемы UPS (невысокой мощности ) можно питать не все электроприборы. Таким образом, ИБП также будет являться неким "тройником-удлинителем" для подключения техники "напрямую".

    Служебные разъемы USB-В или RS-232 предназначены для конфигурирования ИБП, с помощью специального ПО можно управлять режимами работы ИБП, осуществлять мониторинг или настройку автоматического завершения ИБП при определенной тактике работы.

    В последнее время актуальны ИБП для дома, у которых есть в наличии разъемы типа USB-А, с их помощью можно заряжать различные устройства (смартфоны, планшеты, мр3-плеер и прочие девайсы).

    Время автономной работы

    Время автономной работы ИБП напрямую зависит от емкости используемых аккумуляторных батарей. Чтобы не приобрести излишек «свинца», заранее подумайте какое количество времени вам нужно для выполнения задач при отключении электроэнергии. Производители в своих технических характеристиках устройств приводят примеры продолжительности работы ИБП от аккумуляторных батарей. Однако это время, как правило, указано при задействованной максимальной нагрузке, на практике такое редко когда бывает, и данное время существенно выше. Например, если ИБП с мощностью в 700 VA, имеет выходную мощность 405 W, то время работы ИБП под нагрузкой 405 W составит 4 минуты, но если через такой ИБП запущен системный блок и монитор общей мощностью в 320W, то естественно время реальной работы от АКБ будет чуть больше. За 10 минут такой работы можно спокойно сохранить все документы, проекты и выключить ПК.

    Чтобы ИБП поддерживало постоянную и бесперебойную работу подключенного оборудования, нужно делать выбор в сторону ИБП с возможностью подключения дополнительных аккумуляторных батарей. Это может быть либо отдельные корпуса, либо прямое подключение аккумуляторов с помощью специальных проводов. В таком случае купите нужное количество дополнительных аккумуляторных батарей.

    Некоторые объекты, на которых установлены дорогие источники бесперебойного питания с дополнительными аккумуляторными модулями, нельзя отключать даже для технического обслуживания. Поэтому столь важно чтобы у таких ИБП была обеспечена возможность горячей замены аккумуляторных батарей, без выключения оборудования.

    Дисплей, охлаждение и уровень шума

    Источник бесперебойного питания оснащен кнопками управления? Тогда стоит обратить внимание на наличие дисплея, ведь с его помощью легче пользоваться устройством. На ЖК-дисплее отображается вся полезная информация: входное-выходное напряжение, процент заряда батареи, время работы от батареи, мощность и частота.

    У источников питания резервного типа, уровень шума низкий, как и его тепловыделение, чего не скажешь о ИБП с двойным преобразованием и некоторых моделей линейно-интерактивного типа. Такие устройства оснащаются дополнительными вентиляторами, которые способствуют охлаждению. Именно поэтому у них высокий уровень шума и тепловыделение.

    Прежде чем купить новый ИБП, следует ознакомиться с некоторыми «внутренними» аспектами его функционирования. А для того чтобы источник бесперебойного питания служил вам как можно дольше и вложение ваших средств оказалось максимально эффективным, постарайтесь следовать приведенным ниже советам.

    Какие батареи используются в ИБП

    Во всех ИБП, производимых АРС (и другими известными крупными производителей ИБП), используются свинцовые кислотные аккумуляторные батареи, очень похожие на самые обычные автомобильные аккумуляторы. Разница заключается в том, что, если уж приводить подобное сравнение, то батареи, используемые АРС, изготовлены по одной технологии с самыми дорогими из доступных на сегодняшний день автомобильными аккумуляторами: содержащийся внутри электролит находится в гелеобразном состоянии и не разливается при повреждениях корпуса; батарея герметизирована, вследствие чего она не требует ухода, не выделяет при эксплуатации вредных и взрывоопасных газов (водорода), ее можно «кантовать» как угодно, без опасения пролить электролит.

    Насколько долговечны батареи ИБП

    Несмотря на то что в различных ИБП используется, казалось бы, одна и та же батарейная технология, наблюдаются колебания срока эксплуатации батарей ИБП разных изготовителей в широких пределах. Это весьма важно для пользователей, поскольку замена батарей стоит дорого (до 30% первоначальной стоимости ИБП). Выход батарей из строя снижает эффективность системы, является источником простоев и лишней головной боли. На надежность батареи значительное влияние оказывает температура. Дело в том, что естественные процессы, вызывающие старение батареи, во многом зависят от температуры. Подробные данные испытаний, предоставленные изготовителями батарей, показывают, что срок эксплуатации батареи при повышении температуры на каждые 10°C снижается на 10%. Это означает, что конструкция ИБП должна предусматривать минимальный нагрев батареи. Все ИБП с топологией online и гибридные online-источники нагреваются сильнее, нежели резервные или линейно-интерактивные (вот почему первым требуется вентилятор). Это важнейшая причина, в силу которой ИБП резервного и линейно-интерактивного типов реже нуждаются в замене батарей, чем ИБП с топологией online.

    Стоит ли обращать внимание на конструкцию зарядного устройства при выборе ИБП?

    Зарядное устройство является важным компонентом ИБП. Условия подзарядки батарей оказывают существенное влияние на их долговечность. Срок службы батареи ИБП максимален в том случае, если она непрерывно подзаряжается от зарядного устройства с постоянным или «плавающего» типа напряжением. Фактически срок эксплуатации подзаряжаемой батареи значительно превышает срок простого хранения. Это происходит потому, что некоторые естественные процессы старения приостанавливаются постоянной подзарядкой. Поэтому необходимо подзаряжать батарею, даже если ИБП отключен. Во многих случаях ИБП отключают регулярно (если защищаемая нагрузка отключена, то незачем держать включенным и ИБП, поскольку он может сработать и вызвать нежелательный износ батареи). Многие из предлагаемых в продаже ИБП не обеспечивают важной функции постоянной подзарядки.

    Влияет ли напряжение на надежность?

    Батареи состоят из отдельных ячеек, примерно по 2 В каждая. Для создания батареи более высокого напряжения отдельные элементы соединяют последовательно. В 12-вольтовой батарее - шесть элементов, в 24-вольтовой - 12 элементов и т.д. Когда батарея находится под непрерывной подзарядкой, как в системах ИБП, отдельные элементы подзаряжаются одновременно. В силу неизбежного разброса параметров некоторые элементы отбирают большую по сравнению с другими долю напряжения зарядки. Это вызывает преждевременное старение подобных элементов. Надежность группы из последовательно соединенных элементов определяется надежностью наименее надежного элемента. Поэтому, когда один из элементов выходит из строя, выходит из строя и батарея в целом. Доказано, что скорость процессов старения непосредственно связана с количеством элементов в батарее, в связи с этим скорость старения возрастает при повышении напряжения батареи. В лучших типах ИБП применяется меньшее количество более мощных элементов вместо большего количества элементов меньшей мощности, тем самым достигается повышенная надежность. Некоторые изготовители применяют батареи высокого напряжения, что при заданном уровне мощности дает возможность уменьшить число проводных соединений и полупроводников, снизив, таким образом, стоимость ИБП. Напряжение батареи большинства типичных ИБП при мощности порядка 1кВА составляет 24...96 В. При таком уровне мощности у батарей ИБП фирмы АРС, в частности семейства Smart-UPS, напряжение не превышает 24 В. Батареи низкого напряжения в ИБП, производимых компанией АРС, имеют более высокий по сравнению с конкурирующими устройствами срок эксплуатации. Средний срок эксплуатации в батареях АРС равен 3-5 годам (в зависимости от температурного режима, частоты циклов разряд/заряд), тогда как некоторые изготовители указывают срок эксплуатации только 1 год. В течение 10-летнего срока использования ИБП пользователи некоторых систем затрачивают на батареи вдвое больше, чем на само устройство! Хотя разработка ИБП с применением высоковольтных батарей оказывается проще и обходится производителю и дешевле, на пользователя в таком случае ложатся скрытые расходы в виде укороченного срока эксплуатации ИБП.

    Почему «пульсирующий» ток уменьшает срок службы батареи

    В идеальном варианте для увеличения времени использования батарею ИБП необходимо постоянно держать на «плавающей» или постоянной подзарядке. В такой ситуации полностью заряженная батарея отбирает от зарядного устройства небольшое количество тока, называемого плавающим током, или током самозарядки. Несмотря на рекомендации изготовителей батарей, в некоторых системах ИБП батареи дополнительно подвергаются действию пульсирующего тока. Пульсирующие токи возникают потому, что инвертор, вырабатывающий переменный ток для нагрузки, потребляет на входе постоянный ток. Выпрямитель же, находящийся на входе ИБП, всегда выдает пульсирующий ток. Коэффициент остается ненулевым даже при использовании самых современных схем выпрямления и подавления пульсаций. Поэтому батарее, включенной параллельно выходу выпрямителя, приходится отдавать какой-то ток в те моменты времени, когда ток на выходе выпрямителя уменьшается, и наоборот, - подзаряжаться тогда, когда ток на выходе выпрямителя падает. Это вызывает мини-циклы разрядки/зарядки с частотой, равной, как правило, удвоенной рабочей частоте ИБП (50 или 60 Гц). Названные циклы изнашивают батарею, нагревают ее и вызывают ее преждевременное старение.

    В ИБП с батареей, находящейся в резерве, таких как классический резервный, резервный феррорезонансного типа, линейно-интерактивный, батарея не подвергается воздействию пульсирующих токов. Батарея ИБП типа online в разной степени (в зависимости от конструктивных особенностей), но тем не менее всегда подвергается их воздействию. Чтобы выяснить, имеют ли место пульсирующие токи, необходимо проанализировать топологию ИБП. В ИБП типа online батарея размещена между зарядным устройством и инвертором, и пульсирующие токи будут всегда. Это классический, «исторически» самый ранний тип ИБП «online с двойным преобразованием». Если же в ИБП типа on-line батарея отделена от входа инвертора запирающим диодом, преобразователем или переключателем того или иного типа, то пульсирующего тока быть не должно. Естественно, в этих конструкциях батарея не всегда подключена к контуру, а потому ИБП с подобной топологией обычно относят к гибридным.

    На что в ИБП нельзя полагаться

    Батарея - наименее надежный элемент большинства хорошо сконструированных систем ИБП. Тем не менее архитектура ИБП может влиять на долговечность этого критичного компонента. Если держать батарею под непрерывной подзарядкой даже при отключении ИБП (как это делается во всех ИБП, производимых АРС), срок ее эксплуатации увеличивается. При выборе ИБП следует избегать топологий с высоким напряжением батареи. Следует остерегаться ИБП, в которых батарея подвергается воздействию пульсирующих токов или перегреву. В большинстве систем ИБП применяются одинаковые батареи. И все же конструктивные различия между ИБП различных систем обусловливают значительные различия в сроке службы батарей, а следовательно, и в размерах эксплуатационных затрат.

    Перед первым включением нового ИБП обязательно следует зарядить батареи

    Батареи нового ИБП за время транспортировки и хранения на складе, естественно, потеряли большую часть «заводского» заряда. Поэтому, если вы сразу же поставите ИБП под нагрузку, батареи не смогут обеспечить должный уровень поддержания питания. Более того, процедура самотестирования, автоматически запускаемая при каждом включении ИБП (кроме Back-UPS), в числе прочих диагностических операций, проверяет, в состоянии ли батарея справиться с нагрузкой. А поскольку незаряженная батарея справиться с нагрузкой не может, система, возможно, сообщит, что батарея неисправна и требует замены. Все, что нужно сделать в такой ситуации - дать батареям зарядиться. Оставьте ИБП подключенным к сети на 24 часа. Это первая зарядка батарей, поэтому она требует больше времени, чем обычная штатная зарядка, регламентированная в техническом описании. Сам ИБП может быть выключен. Если вы принесли ИБП с холода, дайте ему согреться при комнатной температуре в течение нескольких часов.

    Подключайте к ИБП только ту нагрузку, которая действительно требует бесперебойного питания

    Использование ИБП оправданно лишь там, где потеря питания способна привести к потере данных, - в персональных компьютерах, серверах, концентраторах, маршрутизаторах, внешних модемах, стримерах, дисководах и т.п. Принтеры, сканеры и уж тем более осветительные лампы не нуждаются в ИБП. Что произойдет, если принтер потеряет питание во время печати? Испортится лист бумаги - ценность его не сопоставима со стоимостью ИБП. Кроме того, принтер, подключенный к устройству бесперебойного питания, при переходе на питание от батарей расходует на себя их энергию, отнимая ее у компьютера, который действительно в ней нуждается. Для того чтобы защитить от разрядов и помех оборудование, не несущее информации, которая может быть потеряна в результате сбоя питания, достаточно применения сетевого фильтра (например, APC Surge Arrest) или, при значительных колебаниях напряжения в сети, сетевого стабилизатора.

    Если ваш источник часто переходит на режим питания от батарей, проверьте, правильно ли он настроен. Может статься, что порог срабатывания или чувствительность выставлены слишком требовательно.

    Тестируйте ИБП. Периодически запуская процедуру самотестирования, вы всегда будете уверены, что ваш ИБП полностью готов к работе.

    Не выключайте ИБП из розетки. Выключайте ИБП с помощью кнопки на передней панели, но не выдергивайте его шнур из розетки, если только вы не покидаете его на длительный срок. Даже в выключенном состоянии ИБП производства АРС осуществляет зарядку батарей.

    КомпьютерПресс 12"1999

    Источник бесперебойного питания важный элемент при построении сложных систем, где нужна гарантия безопасности от непредвиденных перебоев в энергоснабжении

    Источник бесперебойного питания важный элемент при построении сложных систем, где нужна гарантия безопасности от непредвиденных перебоев в энергоснабжении и других проблем в электросети. Расскажем о том, какие критерии необходимо учесть при выборе ИБП.

    Сейчас рынок забит множеством устройства отличающихся, как ценником, так и качеством. Разобраться во всем этом многообразии невероятно сложно. Если же бюджет ограничен, то нужно подходить к выбору максимально ответственно. Поэтому для начала стоит ответить себе на несколько вопросов:

    Насколько ответственное оборудование вы собираетесь защищать?

    Какое время автономной работы оборудования в случае пропадания напряжения будет оптимальным?

    Дабы ответить на поставленные вопросы стоит разобраться с тем какие классы ИБП сейчас существуют, и определиться с основными критериями, которые нужно учитывать при выборе ИБП.

    Классы ИБП

    Классы, представленных на рынке ИБП, отличаются друг от друга поведением в разных режимах работы и схематикой. Выделяют:

    Резервные или off-line ИБП (BackUp),
    - Линейно-интерактивные ИБП (Line-interactive),
    - ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion).

    Off-Line ИБП считаются наиболее простыми и неприхотливыми. В нормальном режиме работы от сети электричество поступает на вход такого “бесперебойника, а после транзитом подается на основную нагрузку. При возникновении неполадок сети (перепадов и потерь напряжения) ИБП автоматически переходит на работу от аккумулятора.

    Недостатки такой схемы работы - это длительное переключение питания на аккумуляторы (от 4 до 10 миллисекунд). Кроме того при работе ИБП от аккумулятора на оборудование подается не привычный для сети синус, а аппроксимированный синус.

    Следующий класс источников бесперебойного питания Line-interactive не имеет кардинальных отличий от схемы Off-line. В случае аварии питание также переключается на аккумулятора, а затрачивается на это аналогичные (от 4 до 10 миллисекунд). На выходе также получается аппроксимированный синус.

    Однако в ИБП этого класса на входе присутствует трансформатор, благодаря которому удается компенсировать те самые перепады напряжения. Стоит подчеркнуть, что ИБП класса Off-line и Line-interactive не предназначены для подключения ответственного оборудования.

    При подключении ответственного оборудования рекомендуется использовать ИБП с двойным преобразованием (double conversion) или On-line ИБП. Работа таких источников бесперебойного питания устроена так, что входящее напряжение выправляется благодаря выпрямителю. После этого инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. При такой схеме аккумуляторы подключены к выходу выпрямителя и входу инвертора, что обеспечивает мгновенный переход (0 миллисекунд) к работе от аккумулятора.

    Помимо этого КПД определяет какое количество тепла в окружающую среду выделяет ИБП. Этот показатель важен при проектировании серверной. Например, если будет установлен ИБП небольшой мощности, то он не будет выделять много тепла. Напротив, при большой мощности “бесперебойника” в несколько десятков киловатт, тепловыделение будет большим. Чтобы избежать перегрева оборудования придется каким-то образом удалять тепло из помещения, а это дополнительные траты на мощные кондиционеры. Итог таков: чем больше коэффициент полезного действия ИБП, тем меньше будет выделяться тепло.

    В качестве примера представим несколько вариантов эффективного и неэффективного использования ИБП:

    В первом случае, к ИБП мощностью 800 Ватт подключили оборудование мощностью 50 Ватт. На самообеспечение ИБП использует около 70 Ватт. Рассчитываем КПД по формуле и получаем 42%.

    Во втором случае, при нагрузке же в 600 Вт, коэффициент полезного действия ИБП будет значительно выше - 89%. Этот вариант более предпочтителен и эффективен.

    Читать еще: