ИБП

Как выбрать UPS и можно ли обходиться без него?

***

***

***

Для чего нужен UPS

Проблема сохранности информации для любого пользователя ПК имеет первоочередное значение. В числе прочих программно-аппаратных средств для этого применяются UPS. Источники бесперебойного питания так прочно вошли в нашу компьютерную жизнь, что аббревиатуры UPS, ИБП давно уже не нуждаются в расшифровке.

Большинство современных UPS, кроме своей основной задачи – обеспечивать бесперебойное питание, – ещё и фильтруют напряжение, поступающее на нагрузку (выступают в качестве фильтра сетевых помех), и стабилизируют напряжение (выступают в качестве стабилизатора напряжения).

***

Наиболее часто встречающиеся неполадки в электросети:

1) исчезновение напряжения,

2) «провал» напряжения,

3) повышение напряжения,

4) понижение напряжения,

5) электромагнитные и радиочастотные помехи,

6) высоковольтные импульсы,

7) высокочастотные импульсы,

8) переходный процесс при коммутации,

9) искажение синусоидальности напряжения;

***

Какие бывают UPS

Имеющиеся в настоящий момент на рынке UPS условно можно разделить на 3 класса:

1. UPS с переключением (Standby UPS, Off-line UPS, или Back UPS)

Самые простые и дешёвые UPS, наиболее популярны для домашних

ПК

. Они не стабилизируют напряжение, выходная амплитуда и частота изменяются так же, как и входные. В нормальном режиме фильтруют переменное напряжение пассивными фильтрами и при падении/повышении его относительно определённого уровня (например, падении ниже 180В), переходят на аккумуляторы, работают от батарей 5-7 мин и отключают нагрузку. Небольшие габариты и простой дизайн. Ценовая ниша – самые дешёвые. Защищают от неполадок 1, 3, 4 в электросети.

2. Линейно-интерактивные UPS, взаимодействующие c сетью (Line-Interactive UPS, или Smart UPS)

Средние по стоимости и самые популярные для небольших домашних и офисных локальных сетей. Стабилизируют переменное напряжение ступенчато, при помощи автотрансформатора (бустера). Например: при 220В на входе они дают 220В на выходе, 210В – дают 210В; при падении до 200В они «добавляют» 20В и на выход поступает 220В. Могут работать в широком диапазоне входных напряжений без перехода на аккумуляторы. При работе в нормальном режиме не корректируют частоту. Имеют пассивные фильтры, которые фильтруют переменное напряжение. При исчезновении входного напряжения UPS, оборудованные дополнительными батареями, могут поддерживать нагрузку час-полтора. Привлекательный дизайн, небольшие габариты. Ценовая ниша – сравнительно небольшая цена для тех задач, которые они могут решать. Защищают от неполадок 1-5 в электросети.

3. Промышленные On-Line UPS с двойным преобразованием напряжения (Double conversion UPS)

Это UPS с максимальным классом защиты. Преобразуют 100% поступающего на вход переменного напряжения в постоянное, а затем выполняют обратное преобразование. При работе от входной сети представляют собой пассивный фильтр. Ценовая ниша – дорого, но это лучшее, что есть на данный момент. Защищают от неполадок 1-9 в электросети.

***

Как выбирать

Специалисты оценивают UPS по многим параметрам. Для обычного пользователя

ПК

наиболее значимы следующие: выходная мощность (какую суммарную нагрузку можно подключить к UPS), время автономной работы, цена, габариты.

Чаще всего причина приобретения UPS инициирована только одной неполадкой в электросети – исчезновением напряжения, и стремлением обеспечить корректное завершение выполняемых на

ПК

задач.

Продукцию какого производителя предпочесть – не столь важно, так как законы жёсткой конкуренции диктуют незыблемые условия обладателям мировых brand-name, и соотношение цена/качество для конкретного продукта в определённое время, как правило, является константой. Это означает, что продукты с одинаковым качеством и техническими характеристиками «лежат» в одном ценовом диапазоне.

Покупайте UPS в том магазине, где дают гарантию не менее года.

Нужно учесть, что около половины стоимости UPS составляет стоимость аккумулятора (это, можно сказать, сердце UPS, его святое святых). К сожалению, зачастую продолжительность срока службы аккумулятора оставляет желать лучшего. Гарантийный срок на него – полгода (максимум, год).

Для домашних

ПК

достаточно использовать UPS структуры Off-line, для домашних и офисных локальных сетей рекомендуются линейно-интерактивные UPS.

Мощность UPS рекомендуется выбирать, исходя из соотношения: номинальная нагрузка х 1,2 (считается оптимальным вариантом, чтобы максимальная загрузка UPS не превышала 80% от номинальной).

***

Пример подбора UPS для домашнего

ПК

Необходимо защитить

ПК

с суммарной мощностью 630 ВА/440 Вт (мощность блока питания системного блока 400 Вт и ЖК-монитор 40 Вт). Минимальная мощность UPS – 630 ВА. С учётом рекомендованного запаса 20% и возможного роста нагрузки в будущем (например, замена блока питания на более мощный), нужен UPS 800 ВА.

При покупке

следует учесть такие нюансы:

1. Как правило, при продаже указывается полная мощность UPS, а покупателя интересует активная.

2. Продавцы (как правило!) путают активную мощность с полной и приравнивают ВА к Вт, то есть фактически предлагают покупателям UPS мощностью в 1,4 раза меньше требуемой!

Кстати, в последнее время некоторые фирмы начали выпускать так называемые PFC (Power Factor Corrected) БП. Для них 1 ВА приравнен к 1 Вт.

***

Как перевести активную мощность (Вт) в полную мощность (ВА)

Мощность подключаемой нагрузки измеряется в ваттах (Вт) – это активная мощность.

Мощность UPS указывается в вольт-амперах (ВА) – это полная мощность.

Для перевода Вт в ВА применяется коэффициент 0,7:

Мощность UPS (ВА) = Мощность подключаемой нагрузки (Вт) / 0,7.

***

Время работы от батареи

Для большинства обычных офисных UPS небольшой мощности среднее время работы от батареи при максимальной нагрузке составляет 4-15 минут. Если нагрузка UPS меньше максимальной, то время работы от батареи увеличивается.

***

Штатный комплект поставки UPS включает: кабель для подключения к COM- или USB-порту компьютера (для автоматического управления питанием: при отсутствии электропитания в подающей сети переменного тока программа управления UPS завершает работу операционной системы и выключает

ПК

), диск с программным обеспечением и инструкцию по эксплуатации.

***

Чтобы UPS служил вам максимально долго и ваше вложение средств в UPS оказалось наиболее эффективно, постарайтесь соблюдать следующие правила:

1. Внимательно изучите инструкцию, прилагаемую к UPS!

2. Если вы принесли UPS с холода, дайте ему согреться при комнатной температуре в течение 3-5 часов.

3. Прежде, чем включать новый UPS, зарядите аккумуляторные батареи. Батареи нового UPS не заряжены. Поэтому, если вы сразу же поставите UPS под нагрузку, батареи не смогут обеспечить должное поддержание питания. Оставьте UPS подключённым к сети на 12 часов (если не указано иное время в техническом описании вашего UPS). Это первая зарядка батарей, поэтому она требует больше времени, чем обычная штатная зарядка.

4. Подключайте к UPS только ту нагрузку, которая действительно требует бесперебойного питания. Применение UPS оправдано лишь там, где потеря питания может привести к потере данных –

ПК

, серверы, хабы/свитчи, маршрутизаторы, внешние модемы, стримеры, дисководы и т.п. Принтеры, сканеры, а тем более осветительные лампы, не нуждаются в UPS!

5. Не перегружайте UPS. Выбирайте UPS, мощность которого больше (или, как минимум, равна) суммарной мощности нагрузки. При этом обязательно учтите разницу между ваттами и вольт-амперами!

6. Постарайтесь обеспечить заземление. Без должного заземления эффективность подавления помех будет снижена.

7. Соблюдайте правила эксплуатации: UPS рассчитаны на работу в окружающих условиях, указанных в техническом описании. Не переохлаждайте (ниже 0°С) и не перегревайте UPS (выше 40°С). Не подвергайте UPS воздействию ударов и влаги.

Внимание: UPS, даже отключённый от сети переменного тока, на выходе имеет напряжение 220В, опасное для жизни!

***

Можно ли обойтись без UPS?

Если вы работаете с особо ценной, ежемгновенно обновляемой информацией (тем более, если ваш компьютер – сервер локальной сети, содержащий всевозможные базы данных), а в вашей системе энергоснабжения часто бывают перебои, то без UPS вам никак нельзя. Короче говоря, если есть возможность иметь UPS, то лучше его иметь!

Современные программно-аппаратные средства позволяют – в крайнем случае! – обходиться без UPS.

Для этого нужно соблюдать определённые правила:

1. Используйте современные операционные системы.

2. Применяйте отказоустойчивую файловую систему NTFS.

3. Среди разработчиков программного обеспечения стало правилом хорошего тона включать в состав своих программ модуль, позволяющий при некорректном завершении работы программы восстановить – при следующем запуске – изменения, внесённые в файлы, которые были открыты в момент такого завершения.

Кроме того, программы позволяют задать минимально возможный интервал автосохранения. Например, в Microsoft Word для этого откройте меню Сервис –> Параметры… В открывшемся диалоговом окне Параметры откройте вкладку Сохранение, установите флажок «автосохранение каждые», счётчиком справа установите минимально возможный интервал 1 мин –> OK.

Аналогично параметры автосохранения устанавливаются в Microsoft Excel. Но даже после установки этих параметров не полагайтесь на «дядю Билла», почаще нажимайте на кнопку Сохранить при работе над своими файлами!

4. Почаще делайте резервное копирование важной информации.

Источник бесперебойного электропитания

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

Исто́чник (система, агрегат) бесперебо́йного электропита́ния (ИБП), UPS (англ. Uninterruptible Power Supply (Source, Systems)) — источник электропитания, обеспечивающий при кратковременном отключении основного источника мощность питания, а также защиту от помех в сети основного источника. ИБП является вторичным источником электропитания:п. 3.1.1 Преобразованию может подвергаться как качество электрической энергии, так и параметры электрической энергии (напряжение, частота).

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.

Международная классификация ИБП

Стандартом IEC 62040-3 введена следующая классификация ИБП:

Пример обозначения типа ИБП: VFI SS 111

1-я группа символов — зависимость выходного сигнала ИБП от входного (сети).

  • Класс VFI (Voltage and Frequency Independent) — напряжение и частота на выходе ИБП не зависят от входной сети.
  • Класс VI (Voltage Independent) — выход ИБП зависит от частоты входа, но напряжение поддерживается в заданных пределах пассивным или активным регулированием.
  • Класс VFD (Voltage and Frequency Dependent) — напряжение и частота на выходе ИБП зависят от входной сети.

2-я группа символов — форма выходного сигнала ИБП.

  • SS — синусоидальная форма выходного сигнала (коэффициент гармонических искажений Kги<8 %) при линейной и нелинейной нагрузке.
  • XX — несинусоидальная форма выходного сигнала при нелинейной нагрузке (синусоидальная при линейной).
  • YY — несинусоидальная форма сигнала при любой нагрузке.

3-я группа символов — динамические характеристики ИБП. Обеспечение стабильности выходного напряжения ИБП при трёх типах переходных процессов (1 — класс 1, отлично; 2 — класс 2, хорошо; и т. д.):

  • 1-я цифра: нормальный режим -> автономный режим -> режим bypass,
  • 2-я цифра: 100 % изменение линейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр),
  • 3-я цифра: 100 % изменение нелинейной нагрузки в нормальном или автономном режиме (худший параметр).

ИБП переменного тока

Первоначально ИБП переменного тока состояли из дизельного двигателя, электродвигателя, маховика и электрогенератора. При отключении питания, поступающего от электросети, за счет инерции маховика электрогенератор продолжал работать до запуска дизельного двигателя.:131

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

Резервная схема (англ. Off-Line, Standby) — в нормальном режиме питание подключенной нагрузки осуществляется напрямую от первичной электрической сети, которое ИБП фильтрует (высоковольтные импульсы и электромагнитные помехи) пассивными фильтрами. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения (или его пропадании) нагрузка автоматически переподключается к питанию от схемы, получающей электрическую энергию от собственных аккумуляторов с помощью простого инвертора. При появлении напряжения в пределах нормы снова переключает нагрузку на питание от первичной сети.

Достоинства:

  • за счёт КПД около 99 % (при наличии напряжения сети) практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение;
  • невысокая стоимость ИБП в целом.

Недостатки:

  • относительно долгое время переключения (порядка 6..10 мс) на питание от батарей;
  • невозможность корректировать ни напряжение, ни частоту (VFD по классификации МЭК).
  • несинусоидальная форма выходного напряжения при работе от батареи (аппроксимированная синусоида, квази-синусоида);

Чаще всего ИБП, построенные по такой схеме, используется для питания персональных компьютеров или рабочих станций локальных сетей начального уровня, для которых не критично своевременное отключение в случае неполадки в сети. Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по данной схеме.

Интерактивная схема

Линейно-интерактивный ИБП

Интерактивная схема (англ. Line-Interactive) — устройство аналогично предыдущей схеме; дополнительно на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяя получить регулируемое выходное напряжение. (VI по классификации МЭК). При работе в нормальном режиме такие ИБП не корректируют частоту, пассивные фильтры фильтруют входящее переменное напряжение. При пропадании напряжения ИБП переходит на питание от инвертора, аналогично предыдущему.

Инверторы некоторых моделей линейно-интерактивных ИБП выдают напряжение как прямоугольной или трапецеидальной формы, как у предыдущего варианта, так и синусоидальной формы. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте, так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД такой же высокий, как и у резервных.

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

ИБП с двойным преобразованием тока

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.

  • „Резервная“ схема построения ИБП
  • „Интерактивная“ схема построения ИБП
  • Схема построения ИБП с двойным преобразованием

> ИБП постоянного тока

ИБП постоянного тока отличается от других схем отсутствием инвертора.

Характеристики ИБП

  • выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W). Стоит обратить внимание, что оборудование, содержащее мощные электродвигатели (холодильник, погружные насосы автономных водопроводов и систем полива), имеет «пусковые токи». Это означает, что в момент пуска двигателя устройство кратковременно потребляет мощность, в 5—7 раз превышающую паспортную. ИБП должен выбираться с учётом этого факта. То же касается и лазерных принтеров, которые обычно вообще запрещают подключать к ИБП;
  • выходное напряжение, измеряется в вольтах, V;
  • время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);
  • время автономной работы, определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования (измеряется в минутах, мин.), у большинства офисных ИБП оно равняется 4—15 минутам; (обычно 40—45 минут при свежих батареях и ненагруженном компьютере).
  • ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);
  • срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи значительно теряют свою ёмкость уже через 2—3 года. Сильно зависит от качества, а значит, и цены ИБП, конкретно от степени примитивности его цепи зарядки батареи).

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):

  • аварийная батарея — батарея ХИТ, подающая необходимую электрическую энергию в цепь при перерывах в работе нормального источника энергии;
  • буферная батарея — батарея ХИТ, подключенная параллельно к постоянному источнику тока для уменьшения влияния колебаний энергии на источник.

Электрический аккумулятор является вторичным химическим источником тока.

Динамические

Конденсаторы

Главное различие между конденсаторами и аккумуляторами заключается в том, что конденсаторы непосредственно хранят электрический заряд, а аккумуляторы превращают электрическую энергию в химическую, запасают ее, а потом происходит обратное преобразование. Однако, у электролитических конденсаторов емкость недостаточна для применения в длительно работающих источниках бесперебойного питания. Намного большую емкость имеют ионисторы.

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

Основная статья: Стабилизаторы 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

Схема инвертора 12 Вольт постоянного в 230 Вольт переменного напряжения

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. Total Harmonic Distortion, THD). 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.

Примечания

  1. ГОСТ 27699-88 Системы бесперебойного питания приемников переменного тока. Общие технические условия
  2. ГОСТ МЭК 62040-3-2009 Системы гарантированного электроснабжения. Агрегаты бесперебойного питания. Часть 3. Общие технические требования. Методы испытаний
  3. ГОСТ Р 53560-2009 Системы тревожной сигнализации. Источники электропитания. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний.
  4. 1 2 3 ГОСТ IEC 62040-1-2013 Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS). Часть 1. Общие требования и требования безопасности к UPS
  5. ГОСТ 18311-80 Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий п.4
  6. 1 2 3 4 5 6 7 Куско А., Томпсон М. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии —Саратов: Профобразование, 2017
  7. 1 2 3 4 Гуревич Ю. Е., Кабиков К. В. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя —М.: Элекс-КМ, 2005.
  8. Бушуев В. М. Электропитание устройств связи —М.: Радио и связь, 1986. С. 122
  9. 1 2 Гуревич В. И. Устройства электропитания релейной защиты. Проблемы и решения —М.: Инфра-Инженерия, 2013
  10. ГОСТ 30331.1-2013 (IEC 60364-1:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения пп.20.55, 20.101
  11. IEC 62040-1(2008) | Электронный магазин стандартов
  12. IEC 62040-2(2005) | Электронный магазин стандартов
  13. IEC 62040-3(1999) | Электронный магазин стандартов
  14. IEC 62040-4(2013) | Электронный магазин стандартов
  15. IEC 62040-5-3(2016) | Электронный магазин стандартов
  16. 1 2 Важно знать: нагрузка обесточивается на время переключения ИБП на питание от аккумуляторных батарей и обратно! Поэтому ИБП интерактивного и offline-типа (независимо от уровня его собственной надёжности) не может считаться высоконадёжным источником бесперебойного питания для персонального компьютера: персональный компьютер может в момент переключения успеть уйти на перезагрузку, потому что типичное время переключения ИБП и время, которое может выдержать компьютер в обесточенном состоянии без перезагрузки, — одного порядка (зависит от различных факторов, в частности схемотехнических параметров и возраста его блока питания, текущего уровня энергопотребления процессора и видеокарты).
  17. Различные типы систем ИБП http://www.apc.com/salestools/SADE-5TNM3Y/SADE-5TNM3Y_R7_RU.pdf
  18. Граф Ш., Гессель М. 1. Введение // Схемы поиска неисправностей = Fehlererkennungsschaltungen. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — С. 6. — 144 с. — 80 000 экз. — ISBN 5-283-02462-8.
  19. ГОСТ Р МЭК 60050-482-2011 Источники тока химические. Термины и определения
  20. ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения
  21. Elec.ru Конденсатор вместо аккумулятора
  22. Интелледижент Пауэр. Ребрендинг источников бесперебойного питания. ELTENA.

Основные схемы работы и сферы применения источников бесперебойного питания

Назначение ИБП – обеспечение корректной работы нагрузки при резких «провалах» или «всплесках» напряжения, а также обеспечение кратковременной автономной работы подключенного оборудования при полном отключении электроэнергии. Современные бесперебойники делятся на три класса:

  1. Резервные или Offline
  2. Линейно-интерактивные
  3. С двойным преобразованием энергии

Их конструкция и функционал несколько отличаются, но, как пользоваться бесперебойником, разобраться сможет каждый.

Для чего нужен ИБП резервного типа? Основная сфера его применения – защита бытового компьютерного и мультимедийного оборудования. Схема его работы предельно проста: в штатном режиме нагрузка питается от сети, а при исчезновении в ней напряжения прибор переключается в режим работы от батареи. Время переключения между типами функционирования — ненулевое. Бесперебойник питания для дома стоит относительно недорого и позволит защитить оборудование от незначительных перепадов напряжения и кратковременного исчезновения напряжения.

Преимущества ИБП линейно-интерактивного типа заключаются в более плавной стабилизации сигнала и возможности работы в широком диапазоне входных напряжений. Такие устройства не позволяют корректировать частоту сигнала при питании от сети, в режиме же питания от аккумуляторных элементов могут выдавать «чистую» или аппроксимированную синусоиду. Как можно использовать бесперебойник Line-Interactive? Он отлично подходит для защиты мониторов, системных блоков, узлов ЛВС, рабочих станций, компьютерной периферии и прочих устройств с импульсными блоками питания, что делает его отличным ИБП для офиса.

Наиболее совершенный в плане защиты оборудования – ИБП с двойным преобразованием энергии. Но что ценного в бесперебойнике, разработанного по схеме Online? Для него характерно мгновенное переключение между режимами работы и независимость параметров сигнала на выходе от параметров на входе UPS. Поэтому именно этот тип ИБП предназначен для коммутации оборудования, особенно требовательного к качеству электропитания. Среди бесперебойников Online топологии, исходя из сферы их применения, можно выделить следующий типы:

  • ИБП для центров обработки данных;
  • ИБП для медицинских аппаратов;
  • ИБП для серверов;
  • ИБП для газового котла;
  • ИБП для циркуляционных насосов.

Альтернативные варианты защитного оборудования

Многие задаются вопросом: а нужен ли бесперебойник, если напряжение в сети не пропадает, а просто «скачет»? Нужен ли бесперебойник для компьютера в таком случае? Ответом на эти вопросы может стать взгляд в сторону стабилизаторов напряжения. Эти устройства позволяют корректировать сигнал в очень широком диапазоне, подавая на вход нагрузки напряжение такого уровня, который был задан пользователем. В этом заключается основное достоинство данных приборов. Основным же недостатком является то, что стабилизатор перестаёт работать одновременно с исчезновением напряжения в электросети. Основная проблема устройств стабилизации – невозможность обеспечить автономную работу нагрузки. Поэтому важно чётко понимать, от чего именно необходимо защитить аппаратуру: от колебаний уровня сигнала или от частых и кратковременных отключений электроэнергии. В первом случае выходом из ситуации станет стабилизатор напряжения, во втором же – источник бесперебойного питания, назначение которого несколько обширнее.

Но что делать, если уровень сигнала в электросети относительно стабильный, но имеют место длительные отключения энергии? Выходом из такой ситуации может стать приобретение дизельного генератора. Они выпускаются с разными диапазонами мощностей и могут быть применены для обслуживания как бытовых, так и промышленных объектов. Различают модели на дизельном топливе и на бензине. Стартёр устройства может быть как ручным, так и электрическим. Преимущество использования такой установки заключается в том, что она может обеспечивать длительное время автономной работы оборудования с перерывами исключительно на сервисное обслуживание или дозаправку. Такая техника компактна, проста в обслуживании и легка в эксплуатации.

Эксплуатация ДГУ не лишена и ряда недостатков, к ним можно отнести:

  • Невозможность самостоятельного перехода на питание нагрузки при исчезновении напряжения в сети электропитания;
  • Шум в процессе работы;
  • Наличие выхлопных газов;
  • Большое количество расходных материалов (свечи, топливо и пр.)

Комплексные решения для защиты электронной аппаратуры

Для обеспечения максимальной защиты телекоммуникационного, серверного или промышленного оборудования использования одного типа устройств может быть недостаточно. Поэтому наиболее оптимальным решением может стать их комбинирование. К примеру, ИБП для аварийного освещения не обеспечит должного уровня автономности. Такая задача решается путём последовательного подключения блока бесперебойного питания и ДГУ. Для чего нужен бесперебойник в такой схеме? Для фильтрации напряжения и обеспечения автономности работы системы до тех пор, пока генератор не запустится и не войдёт в рабочий режим.

Для чего и как можно использовать бесперебойник в паре с стабилизатором напряжения? Для корректной работы оборудования на участках электросети, где наблюдаются частные перепады напряжения, которые не сопровождаются полным его отключением. За счёт этого может быть достигнуто существенное удешевление конструкции: недорогое устройство стабилизации обеспечит эффективную корректировку сигнала, а ИБП среднего уровня позволит добиться приемлемого уровня автономности.

Резервные ИБП

Так называемые резервные ИБП являются самыми простыми и доступными. Принцип работы бесперебойника данного типа крайне прост: электропитание нагрузки осуществляется через сеть, если там имеется напряжение, в противном случае происходит переключение питания от АКБ. Зарядка АКБ осуществляется вовремя работы ИБП. Согласно статистике, эффективность таких ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.
В большинстве случаев рассказать о том, как работает ИБП для компьютера, можно сославшись на принцип работы оффлайн ИБП. Большинство домашних бесперебойников для компьютера выполнены по данной технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить является самым низким из всех существующих бесперебойников. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Зачастую такого уровня защиты для домашней техники вполне достаточно, так как качество питания в таких сетях несколько выше, чем в промышленных.
Резервные ИБП прекрасно работают в паре с компьютером, но при этом они абсолютно не совместимы для работы в паре с насосами, котлами отопления и другой подобной техникой, так как работа ИБП резервного типа не обеспечивает синусоидальную форму напряжения. Для компьютеров это не критично, так как в них используются коммутируемые источники питания. Этот факт позволяет таким устройствам выдержать небольшой провал питания за счёт наличия некоторого количества энергии в собственных конденсаторах. Время переключения офлайн с сети на АКБ колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема работы ИБП включает в себя инвертор, который превращает постоянный ток АКБ в переменный. Следует заметить, что такие ИБП, как правило, являются маломощными.

Линейно-интерактивные ИБП

Устройство и работа источников бесперебойного питания интерактивного типа практически идентичен резервным ИБП. Исключением является способность стабилизации напряжения, которое осуществляется с помощью коммутирующего устройства. Преимущество стабилизации заключается в отсутствии необходимости на переключение питания при существенных отклонениях напряжения. Отклонения входного напряжения может достигать порядка 20% от нормального значения. Выходное напряжение бесперебойника при этом практически не колеблется. Эффективность защиты линейно-интерактивных ИБП составляет 85%.
В сравнении с резервными ИБП они обеспечивают более высокий уровень защиты, но уступают онлайн ИБП. Работа бесперебойника линейно-интерактивно типа может быть разделена на две группы. Устройства, относящие к первой группе, дают на выходе аппроксимированную синусоиду, то есть ступенчатую. Вторая группа выдаёт «чистую» синусоиду без каких-либо искажений. Последние в некоторых случаях могут стать заменой онлайн ИБП. Наличие чистой синусоиды на выходе позволяет применять их для защиты электродвигателей и котлов отопления.

Онлайн ИБП

Самые надёжные и высокотехнологичные ИБП относятся к типу онлайн. В них реализована технология двойного преобразования – самая прогрессивная из всех существующих. Степень защиты обеспечиваемый такими устройствами стремится к 100% независимо от того какие режимы работы ИБП активны: от сети или АКБ.
Как работает ИБП с онлайн топологией? На самом деле принцип работы вложен в само название. Ток на входе преобразуется на выпрямителе в постоянный, после чего инвертор преобразует его снова в переменный. Переменный ток на выходе обладает идеальными параметрами как по форме напряжения, так и по его значению. ИБП содержит в себе резервную линию — байпас, по которой осуществляется питание в случае неисправности какого-либо из узлов источника бесперебойного питания.
Принято говорить, что время переключения на АКБ равно нулю, но на самом деле аккумуляторные батареи всегда подключены к цепи. Поэтому данные ИБП и называются онлайн. Такое устройство бесперебойника позволяет защитить нагрузку от любых видов возмущений, которые могут встречаться в магистральной сети.
Применяются такие ИБП для защиты критической и очень чувствительной нагрузки. Все мощные ИБП выполняются по данной технологии. Несмотря на высокую мощность применяются дополнительные решения, которые позволяют увеличить автономность. Чаще всего конструкция позволяет ИБП — как пользоваться в связке с генератором, так и с внешними АКБ.
Однако, двойное преобразование имеет и свои недостатки. Устройство ИБП является довольно сложным, что влияет на его стоимость не лучшим образом. Наличие двойного преобразования понижает КПД, но на современных ИБП он довольно высокий. Реализованы специальные технологии энергосбережения, позволяющие довести коэффициент полезного действия до максимальных значений. Кроме того, процесс двойного преобразования сопровождается тепловыделением и шумами. Стоит признать, что удельный вес всех этих минусов является несравнимо малым в сравнении со всеми достоинствами, а в главную очередь с уровнем защиты.

Написать письмо

По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *