Что можно подключать к ИБП

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС (часть 2)

К ИБП класса Off-line фирмы АРС относятся модели Back-UPS. ИБП этого класса отличаются низкой стоимостью и предназначены для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, сетевого оборудования, торговых и кассовых терминалов. Мощность выпускаемых моделей Back-UPS от 250 до 1250 ВА. Основные технические данные наиболее распространенных моделей ИБП представлены в табл.1.

Таблица 1. Основные технические данные ИБп класса Back-UPS

Модель	BK250I	BK400I	BK600I
Номинальное входное напряжение, В	220…240
Номинальная частота сети, Гц	50
Энергия поглощаемых выбросов, Дж	320
Пиковый ток выбросов, А	6500
Пропущенные в нормальном режиме значения выбросов напряжения по тесту IEEE 587 Cat. A 6kVA, %
Напряжение переключения, В	166…196
Выходное напряжение при работе от аккумуляторов, В	225 ± 5%
Выходная частота при работе от аккумуляторов, Гц	50 ± 3%
Максимальная мощность, ВА (Вт)	250(170)	400(250)	600(400)
Коэффициент мощности	0,5. ..1,0
Пик-фактор
Номинальное время переключения, мс	5
Количество аккумуляторов х напряжение, В	2×6	1×12	2×6
Емкость аккумуляторов, Ач	4	7	10
Время 90-% подзарядки после разрядки до 50%, час	6	7	10
Акустический шум на расстоянии 91 см от устройства, дБ
Время работы ИБП на полную мощность, мин	>5
Максимальные габариты (В х Ш х Г), мм	168x119x361
Вес, кг	5,4	9,5	11,3

Индекс «I» (International) в названиях моделей ИБп означает, что модели рассчитаны на входное напряжение 230 В, В устройствах установлены герметичные свинцовые не обслуживаемые аккумуляторы со сроком службы 3…5 лет по стандарту Euro Bat. Все модели оснащены фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройства подают соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБп переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства. Модели BK400I и BK600I имеют интерфейсный порт, подключаемый к компьютеру или серверу для автоматического самостоятельного закрытия системы, тестовый переключатель и выключатель звукового сигнала.

Структурная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I показана на рис. 1. Сетевое напряжение поступает на входной многоступенчатый фильтр через прерыватель цепи. Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя. Во входном фильтре-ограничителе электромагнитных и радиочастотных помех используются LC-звенья и металлооксидные варисторы. При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети, фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное. Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров. Форма сигнала на нагрузке — прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. В отличие от моделей Smart-UPS, в Back-UPS нет микропроцессора, для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.

Принципиальная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I практически полностью приведена на рис. 2-4. Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 (рис. 2). Трансформатор Т1 (рис. 3) является датчиком входного напряжения.

Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4…D8, IC1, R9…R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.

Если оно пропадает, то схема на элементах IC2…IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда ACFAIL включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4 (выводы 6, 7, 1 ) и электронного ключа IC6 (выводы 10, 11, 12), разрешает работу инвертора сигналом лог. «1», поступающим на выводы 1 и 13 IC2.

Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R1 23 и переключателя SW1 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.

Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора PUSHPL1 и PUSHPL2. В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4…Q6 и Q36, в другом -Q1…Q3 и Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования. Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота — резистором VR4 (рис. 3). Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3 (выводы 3…6), IC6 (выводы 3…5, 6, 8, 9) и IC5 (выводы 1…3 и 11…13). Схема на элементах SW1 (выводы 1 и 8), IC5 (выводы 4…В и 8…10), IC2 (выводы 8…10), IC3 (выводы 1 и 2), IC10 (выводы 12 и 13), D30, D31, D18, Q9, BZ1 (рис. 4) включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 с издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль за ее емкостью и за определенное время до ее разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы 4 и 5 переключателя SW1 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты — 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть выводы 1 и 8 переключателя SW1.

Все модели Back-UPS, за исключением BK250I, имеют двунаправленный коммуникационный порт для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя. На рис. 4 этот порт обозначен как J14. Назначение его выводов:

1 — UPS SHUTDOWN. ИБП выключается, если на этом выводе появляется лог. «1» в течение 0,5 с.

2 — AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП генерирует на этом выводе лог. «1».

3 — СС AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

4, 9 — DB-9 GROUND. Общий провод для ввода/вывода сигналов. Вывод имеет сопротивление 20 Ом относительно общего провода ИБП.

5 — СС LOW BATTERY. В случае разряда батареи ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

6 — ОС AC FAIL При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «1». Выход с открытым коллектором.

7, 8 — не подключены.

Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.

Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.

Что можно подключать к ИБП?

Что, кроме компьютера можно подключать к ИБП? Если обратиться к официальным ресурсам производителей, то там рекомендуют подключать такую технику, как собственно компьютерное оборудование (системный блок, монитор, дисковые хранилища и т.д.), а также различное сетевое оборудование (коммутаторы, роутеры, модемы и т.д.), терминалы (банкоматы, кассы и т.д.), и даже бытовую технику (телевизоры, звуковые системы и т.д.). Такое оборудование, как сканер, подключается только к сетевому фильтру. Для принтеров нужно учитывать следующее. Если принтер имеет небольшую мощность (матричный или струйный, формата А3 - А4), тогда его можно подключить к бесперебойнику - через специально выделенный на задней панели разъем (белого цвета и обозначен значком "принтер"). Лазерный принтер имеет мощность до двух киловатт и более, поэтому его нельзя подключать к ИБП, а только через фильтр. Дорогие цветные лазерные принтеры подключают через мощные ИБП среднего класса (от трех киловатт и более).
Ни в коем случае нельзя подключать к ИБП лазерные принтеры (если их мощность 2 кВт и более), сканеры, копировальные аппараты, МФУ, пылесосы, любые электронагревательные приборы - кипятильники, паяльники, грелки, микроволновки и т.д. Вендоры говорят, что в случае подобных "несанкционированных" подключений ИБП может из-за перегрузки выйти из строя, гарантия, соответственно, также становится недействительной.
Каков в этом общий смысл? Все "запрещенные" приборы являются потребителями высокой мощности, причем со скачкообразными пиками. А в силу того, что среднестатистический ИБП - суть дешевое решение для дома, то оный, разумеется, такой нагрузки не выдерживает и банально ломается (горит схемотехника). Т.е. чем ИБП мощнее (но и дороже), тем больше шансов у него выжить после подключения к нему, например, утюга. В любом случае, если после включения пылесоса ваш бесперебойник задымился, то в гарантии вам, скорее всего, откажут. Каков критерий отказа в гарантии? Если после вскрытия пациента обнаруживаются электромеханические (электролитические и т.д.) повреждения, сплавленные элементы, то вариант, как правило, один - платный ремонт.
Впрочем, существуют решения, специально рекомендованные производителем для резервирования подключения, скажем, газовых котлов, которые являются теми самыми потребителями высокой мощности. Это, например, APC Smart UPS XL 750ВА (стоимость около 13000 рублей) или APC Smart UPS RT 1000ВА (стоимость около 22000 рублей.).
Классификация ИБП.
Характеристики ИБП различаются по схемам построения: резервный (off-line), интерактивный (line-interactive) и онлайн (on-line).
Резервный ИБП.
Принцип работы резервных ИБП (другое обозначение Standby - автономные) заключается в питании нагрузки напряжением сети при его наличии и быстром переключении на резервную схему питания (батарея и инвертор) при его пропадании (рис. 1). Батареи автоматически подзаряжаются при работе ИБП от сети. Эффективность в 55% случаев проблем с питанием.

Рис. 1.

В большинстве компьютеров в настоящее время используются так называемые источники питания коммутируемого типа, позволяющие выдержать короткие провалы основного питания за счет накопления относительно небольшого количества энергии во встроенных конденсаторах. Это означает, что допускается использование резервных ИБП, поскольку небольшое время задержки (порядка нескольких миллисекунд) при переходе питания от основной сети на батарею ИБП не является критичным фактором.
Используемые в основном в маломощном спектре мощностей резервные ИБП являются простейшими и экономичными. Они обеспечивают лишь частичное фильтрование сетевого напряжения, что означает отсутствие действительно "чистого" электропитания для подключенной нагрузки. Если значение входного напряжения падает ниже определенного уровня, переключатель, встроенный в ИБП, соединяет батарею с инвертором, преобразующим постоянное напряжение батареи в переменное, которое подается на нагрузку.
Время срабатывания переключателя составляет 2-20 мс, в этот период напряжение в нагрузку не подается. Это может оказать нежелательное воздействие на чувствительную нагрузку, однако, большинство ПК способны выдержать такой перебой напряжения. Поэтому резервные ИБП являются наилучшим решением для поддержки некритичного к питающему напряжению оборудования небольшой мощности, такого как факсимильные аппараты, ПК и другого.
Интерактивный ИБП.
Принцип работы интерактивных ИБП (иногда обозначают Smart UPS) полностью идентичен резервным, за исключением того, что интерактивный источник бесперебойного питания осуществляет ступенчатую стабилизацию напряжения посредством коммутации обмоток автотрансформатора (рис. 2). Эффективность таких ИБП в 85% случаев проблем с электропитанием.

Рис. 2.

Интерактивные ИБП обеспечивают стабилизацию сетевого напряжения и его фильтрацию, т.е. подавление всплесков напряжения и в некоторой степени искажения формы напряжения. Одной из важных особенностей интерактивных ИБП является наличие на входе автотрансформатора, стабилизирующим входное напряжение в пределах ±25% его отклонений, при этом выходное напряжение остается относительно постоянным. При нормальном сетевом напряжении заряд батареи осуществляется автоматически. При пропадании входного напряжения или его выходе за допустимые пределы, статический переключатель подключает инвертор к цепи питания нагрузки. Это делает интерактивный ИБП лучшим решением по сравнению с резервными моделями, а так же более экономичным по сравнению с моделями онлайн, в том случае, если качественная фильтрация напряжения питания не является столь существенной.
Интерактивные ИБП лучше всего подходят для поддержки сетевого и удаленного оборудования, чем резервные ИБП и могут служить средством защиты важных рабочих станций, серверов и межсетевых устройств, таких, как маршрутизаторы и коммутаторы.
Онлайн ИБП.
Принцип работы онлайн ИБП (иногда обозначают VFI - Voltage Frequency Independence) построен на двойном преобразовании электропитания: входное напряжение трансформируется в постоянное при помощи выпрямителя, а затем обратно в переменное при помощи обратного преобразователя - инвертора (рис. 3). Постоянное напряжение на выходе выпрямителя также используется для заряда батарей.

Благодаря такой схеме работы, в отличие от резервных и интерактивных ИБП, нагрузка онлайн ИБП всегда запитывается от инвертора, который генерирует действительно "чистое" синусоидальное электропитание, стабилизированное по напряжению, частоте и форме сигнала. Также такая схема работы обеспечивает мгновенное (время равно "0") переключение питания нагрузки на батареи при пропадании сетевого напряжения или его выходе за допустимые пределы по напряжению и частоте.
Отличительной особенностью онлайн ИБП является их возможность компенсировать значительные провалы входного напряжения за сч т частичного использования энергии батарей, в этом случае падение напряжения на выходе выпрямителя соответственно компенсируется напряжением батарей, т.е. суммарное напряжение на входе инвертора оста тся неизменным по величине.
В онлайн ИБП присутствуют две байпасных линии: статический байпас и байпас технического обслуживания. В случае выхода источника бесперебойного питания из строя, статический байпас автоматически переключает нагрузку на питание от сети, тем самым, повышая над жность системы электропитания. Технический байпас позволяет проводить техническое обслуживание ИБП без отключения нагрузки от сетевого питания.
Онлайн ИБП являются самым совершенным на сегодняшний день решением, позволяющим полностью защитить нагрузку от всех существующих неполадок электропитания. Они рекомендуются для электропитания особо критичного оборудования: файловых серверов, рабочих станций, локальных вычислительных сетей, а также любого другого оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания. В табл. 1 обобщены сведения о трех типах ИБП, описанных выше.

Схема правильного подключения ИБП

При помощи тестера были определены все нейтрали резервируемых потребителей и выведены на отдельную шину (9):

Правильное подключение с разрывом нейтрали

После исправления схемы источник перестал выдавать ошибку и заработал корректно:

Общая (1) и резервируемая нейтраль (2)

Кстати, ошибка с первого взгляда для непрофессионального электрика может быть незаметна.

P.S. Внимательный читатель мог заметить на второй фотографии дополнительно появившееся слева устройство на DIN-рейке – это УЗМ-51М, о котором у нас будет отдельный разговор.

Читайте также:

Об авторе

Сергей Леднёв

Руководитель комплексных проектов по стабильному и бесперебойному электропитанию. 220@tok-shop.ru

Самодельный бесперебойник для компьютера

Источник бесперебойного питания (ИБП), или его как еще называют ЮПС (UPS – uninterruptible power supply) – это, по сути, зарядное устройство, аккумулятор и повышающий преобразователь в одном корпусе. Простой бесперебойник для компьютера мощностью от 300 Вт до 500 Вт стоит 2000 – 3500 руб. К сожалению, встроенный в них аккумулятор имеет обычно емкость от 7 до 8 А*час. Этого будет достаточно, чтобы питать компьютер в течение 4 минут. В более дорогих моделях устанавливается аккумуляторная батарея до 15 – 20 А, этой емкости может хватать на 10 – 30 минут бесперебойного питания компьютера.

Резервная схема построения ИБП (Off–line, Standby)

Чаще всего ИБП, используемые для питания персональных компьютеров, построены по резервной схеме Off-Line. Практически все недорогие ИБП, мощностью от 300 Вт до 720 Вт, продаваемые на отечественном рынке, устроены по данной схеме.

Резервная схема построения ИБП (Off-line, Standby) осуществляется следующим образом:

1. При стабильном напряжении в сети (в обычном режиме) питание подключенной нагрузки осуществляется от первичной электрической сети.
2. При понижении напряжения в сети или его пропадании нагрузка подключается к питанию, через повышающий инверторный преобразователь, от встроенного аккумулятора.
3. При восстановлении напряжения в сети, нагрузка снова переключается на питание от сети.

При каждом переключении питания возникает скачок напряжения, который недопустим для питания серверов и баз данных, но для персональных компьютеров это не критично.

Самостоятельно реализовать схему Off-line можно с помощью реле с катушкой на переменное напряжение 220В.

1. При напряжении в сети на уровне 220В, нормально замкнутые контакты этого реле будут держать повышающий преобразователь отключенным.
2. Когда в сети пропадет напряжение 220В, реле отпускает контакты и подключает аккумулятор вместе с преобразователем к питанию компьютера.
3. При восстановлении напряжения 220В, реле опять включается, и переключает компьютер к питанию от сети.

Обязательно ещё нужно организовать схему зарядки аккумулятора самодельного бесперебойника.

Особенности подключения

Источник бесперебойного питания для нескольких компьютеров можно расположить в кабинете с запитанными от него компьютерами или в отдельном помещении (например, серверной). Разводка питания от ИБП осуществляется посредством кабеля до кабинета с ПК и далее через клеммную коробку, отдельными кабелями, к розеткам подключения ПК на каждом рабочем месте. Общий для всех компьютеров кабель питания должен быть рассчитан на ток, не менее тока потребления всех ПК одновременно. Розетки для подключения компьютера должны иметь соответствующую маркировку, для исключения подключения к ним другого оборудования.

Рекомендуется подключать компьютеры к розеткам через сетевые фильтры, оснащенные предохранителями. Подобная схема исключит возможность автоматического, неселективного отключения источника бесперебойного питания при возникновении короткого замыкания в отдельном компьютере.

При использовании ИБП для нескольких близкорасположенных компьютеров можно использовать сетевой фильтр. Мощность удлинителя не должна быть ниже суммы мощностей всех подключенных к нему устройств. А количество розеток должно соответствовать количеству подключаемых устройств. Например, для 3 ПК мощностью 300 В×А и принтера мощностью 100 В×А мощность удлинителя должна быть: 300×3+100=1000 В×А. В случае затруднения самостоятельного расчета, наши специалисты окажут вам всестороннюю помощь в этом вопросе.

В статье представлена техническая возможность и финансовое обоснование в пользу замещения нескольких простых ИБП одним коллективным. Основные плюсы и минусы подобного решения приведены ниже: