Что такое UPS и как он устроен

Трехфазные источники бесперебойного питания ups, apc

Для многих производств и бытовых приборов необходимо обеспечение постоянного напряжения. Предлагаем рассмотреть, что такое промышленный бесперебойный источник питания для котла и компьютера, схема подключения прибора, а также принцип работы ИБП.

Источник бесперебойного питания ОКВЭД 73.10 74.20.1 (УПС, URS, UPS) – это электрическое устройство, которое обеспечивает аварийное питание на нагрузке, в том случае, если прерывается или слабеет сигнал от сети. ИБП отличается от вспомогательной, аварийной энергосистемы или генератора ожидания в том, что он обеспечивает практически мгновенно защиту от входных перебоев электроснабжения, поставляя энергию, запасенную в аккумуляторных батареях, конденсаторах или маховиках.

Время работы источников бесперебойного питания от аккумулятора является относительно коротким (всего несколько минут), но достаточным, чтобы включить резервный источник питания или правильно выключить защищаемое оборудование. Нужно отметить, что стабилизатор имеет другие функции, но их многие путают.

Фото — Источники бесперебойного питания

Как правило, чаще всего в бытовых условиях используется источник бесперебойного питания для компьютера, защиты аппаратных средств, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования или других электрических приборов, где неожиданный перебой с подачей электроэнергии может привести к травмам, гибели людей, серьезному нарушению производства или потерю данных (радиостанции, ПК, ноутбука, базы данных, сервера, АТС, насоса, для газовых котлов отопления).

Источник бесперебойного питания для сервера работает в диапазоне размеров от единицы, для защиты одного компьютера без видеомонитора (около 200 вольт-ампер рейтинга), и для крупных объектов, питающих целые центры обработки данных или зданий.

Фото — Источники питания

Как устроен ИБП?

Постоянное напряжение аккумуляторной батареи (обычно 12 В или 24 В, если батареи включены последовательно) превращается в переменное 220 В с помощью специального устройства – встроенного инвертора. Если напряжения в сети исчезает, работа источника бесперебойного питания обычно сопровождается световой и звуковой индикацией для привлечения внимания пользователя.

В зависимости от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки, ИБП обеспечивает переменное напряжение на своих выходах в течение обычно 5 — 20 мин (кроме особых случаев). Этого времени хватает для того, чтобы закрыть все приложения (работающие программы) и выключить компьютер.

Все источники делятся на три большие группы:

• пассивные (passive stand-by),
• линейно-интерактивные (line interactive),
• с двойным преобразованием (double conversion).

Типы ИБП

Среди большого разнообразия таких устройств выделяют три основных вида:

• off-line;
• линейно-интерактивные;
• устройство двойного преобразования.

Off-line

Пока в стандартной сети присутствует нормальный поток энергии, он движется напрямую к потребителю при этом поддерживается заряд аккумулятора. Сглаживание разнообразных помех проходит на низком уровне с помощью системы простой фильтрации. Форма питающего сигнала соответствует нормальному, как и в стандартной электросети.

При незапланированном отключении электропитания устройство переходит на снабжение от аккумулятора. Причем преобразователь постоянного тока в переменный не способен выдавать сигнал соответствующий нормальному, как и в стандартной сети. Переход на батарею может происходит также при резких скачках напряжения в минимальные и максимальные значения.

Длительность перехода на автономное питание варьируется от значений 5 мс до 20 мс. В некоторых электроустановках такие промежутки могут привести к преждевременному выходу из строя основных элементов. Происходит такое в результате синхронизации фаз в ИБП.

Линейно-интерактивные

Данная разновидность пользуется особенной популярностью у потребителей. В конструкции ИБП применяется автоматический регулятор напряжения, однако сглаживание помех происходит не плавно, а ступенчато.

В режиме нормального питания электросети сигнал проходит через систему фильтрации и восстанавливает аккумулятор. В режиме резких перепадов напряжения автоматическое устройство регулировки ступенчато сглаживает скачки сигнала. В параметрах изначально заложены значения ступеней корректировки.

В результате критических перепадов напряжения УПС переходит на подпитку от аккумуляторной батареи. Причем критические значения варьируются в зависимости от загрузки UPS. В некоторых моделях вид сигнала не отличается от сигнала резервного типа, однако в основном конструкция снабжается инверторами, которые выдают сигнал нормального вида, как в стандартной сети.

Время переключения значительно меньше, чем у предыдущего вида, происходит это благодаря совпадению формы кривой напряжения, в результате синхронизация проходит быстрее.

ИБП двойного преобразования

Данный вид источника бесперебойного питания считается самым эффективным и дорогим. Его применяют для стабилизации питающей сети в устройствах повышенной стоимости, в которых требуется сигнал правильной формы и без помех.

В данном ИБП фильтрация и стабилизация происходит постоянно. Напряжение сети проходит через преобразователь постоянного тока и распределяется между аккумулятором и инвертором, в результате происходит двойной переход. Причем конструкция инвертора позволяет получать сигнал на выходе правильной формы без помех. При резких перепадах значений напряжения устройство мгновенно переходит на подпитку батареей.

В моделях данного вида присутствует байпасный канал, позволяющий при неисправности инвертора питать потребителя от стандартного питания.

Какие бывают типы ИБП (UPS)?

ИБП делятся на три вида: on-line, off-line и line-interactive.

Чем они отличаются?

• Самым современным решением является электропитание в режиме on-line. Оно полностью изолирует подключенное оборудование от входного напряжения. Напряжение переменного тока из сети преобразуется в постоянное напряжение, а затем снова в переменное. Благодаря этому выходное напряжение является очень стабильным и устойчивым к помехам и перенапряжениям. Он-лайн источник питания часто требует дополнительного охлаждения и имеет довольно большой размер.
• Хорошим базовым оборудованием является off-line аварийное электроснабжение. Оно не преобразует все время ток, но реагирует, когда обнаруживает изменение входного напряжения. Затем оно отключает электропитание оборудования и включает аккумуляторы. Обеспечивает хорошую защиту при отключении электричества в розетке.
• Line-interactive блок питания представляет собой более совершенную версию off-line блока питания. Дополнительной функциональностью является защита не только от потери напряжения, но и от помех в электросети.

Технические характеристики ИБП

Ключевыми параметрами источников бесперебойного питания выступают:

1. Выходная мощность (единица измерения – ВА или Вт) – основной критерий, отражает максимально допустимую нагрузку. При выборе ИБП для холодильника, погружного насоса или другой техники с мощным электромотором и значительными пусковыми токами важно учесть, что потребление мощности при пуске такого двигателя в 5–7 раз превышает номинальное значение.
2. Время переключения, в мс – миллисекунды, за которые ИБП переходит на питание от батареи. Этот параметр ИБП определяет его инерционность и может достигать 2–15 мс.
3. Продолжительность автономной работы, в мин. – определяется емкостью АКБ и мощностью обслуживаемой техники. Выбирается в зависимости от назначения ИБП, в частности, для офисного использования обычно выбирается от 4 до 45 минут. Чтобы успеть сохранить информацию на ПК, достаточно модели, рассчитанной на 5–10 минут работы. Если же нужно обеспечить непрерывную работу оборудования с использованием АКБ, этот параметр должен составлять минимум 20–30 минут.
4. Выходное напряжение, в В.
5. Форма Uвых. Подаваемое на нагрузку напряжение бывает в виде чистой синусоиды (у моделей класса On-Line и частично у устройств категории Line-Interactive), аппроксимированной синусоиды (при ШИМ) и меандра.
6. Ширина диапазона Uвх, в рамках которого UPS стабилизирует питание, не переходя на АКБ. Может зависеть от нагрузки. Чем шире этот диапазон, тем дольше прослужит АКБ.
7. Частота Uвх, в Гц – допустимый диапазон колебаний частоты сети. Обычно допускается отклонение ±1 Гц.
8. Коэффициент отклонения графика Uвых от синусоиды, в %.
9. Крест-фактор – соотношение максимального и среднего значения потребляемого тока, определяется формой Uвх.
10. Наличие функции холодного старта – она подразумевает включение UPS при отсутствии сетевого напряжения.
11. Допустимая нагрузка, в % к номинальной мощности – отражает стойкость UPS к ваттным перегрузкам.
12. Срок службы АБК, в годах – зависит от типа используемых батарей и условий их использования.

Как выбрать ИБП

УПС могут использоваться для защиты бытовой и офисной техники, ПК, промышленного оборудования. Сферой применения определяется и выбор модели ИБП, а чтобы сделать его правильно, нужно знать потребляемую техникой мощность.

Ее номинальная величина в ваттах указана в технической документации или на наклейке с задней панели каждого устройства. Так как бесперебойники характеризуются ее значением в ВА, то в расчетах необходимо использовать формулу P(VA)=P(W)/0,7.

Подключение оборудования, общая мощность которого превышает номинальное значение у самого UPS, приведет к его перегрузке и отключению. Поэтому выбирать ИБП следует, исходя из суммарной нагрузки от всей аппаратуры, которую планируется к нему подключить.

Номинальная мощность бесперебойника должна быть выше расчетной на 20-30%. Например, работу оборудования мощностью 750 ВА обеспечит ИБП с номинальным ее значением не ниже 1 кВА. Кроме того, нужно учитывать резкое увеличение нагрузки во время пуска приборов с электродвигателем (компрессоры, насосы), поэтому производителями ИБП разработаны специальные программы для расчета их требуемой мощности.

Время автономной работы УПС подбирается в зависимости от задач, которые будут выполняться. Для защиты компьютеров, мониторов, аудио- и видеоаппаратуры подойдут недорогие устройства offline или smart типа. Если в сети наблюдаются частые перепады напряжения, то лучше взять бесперебойник с функцией AVR.

Для того, чтобы была возможность увеличить время работы ИБП в автономном режиме, выбирают модели с внешним размещением батарей – емкость такого устройства легко увеличивается дополнительными аккумуляторами, которые подсоединяются параллельно.

Лазерные принтеры, инструменты и бытовые приборы с электродвигателями, а также другое оборудование, чувствительное к качеству подаваемого напряжения (требующее правильной синусоиды), обеспечивается питанием только через блоки online типа.

При выборе модели ИБП следует обратить внимание на количество и виды разъемов, которыми она оснащена. Они должны соответствовать подключаемой технике по количеству (желательно с запасом) и типу.

1. ИБП — расшифровка, краткое описание устройства

ИБП – это Источник Бесперебойного Питания. Это прибор, который обеспечивает бесперебойную подачу напряжения в случае аварий с электропитанием. Он накапливает энергию и при аварии с питанием подменяет основной источник подачи электроэнергии и дает возможность корректно выключить компьютер или дождаться восстановления подачи электроэнергии. Бесперебойник срабатывает как при падении напряжения ниже определенного значения, так и при повышении выше определенной заранее заданной величины.

Основная функция – защитить потребитель электроэнергии (компьютер или другое высокотехнологичное оборудование) от отключения напряжения посредством использования аккумуляторной батареи (АКБ). Но если это узел связи, хирургическая операционная, промышленное предприятие непрерывного цикла или еще какой-нибудь объект, требующий беспрерывной работы, то используется целый комплекс мер. В первый момент включается аккумуляторная батарея. Она дает время включиться альтернативному источнику – дизель-генератору.

2.1. Зачем он нужен

ИПБ защищает потребителя от электрических помех в сети обеспечивая на выходе чистый синусоидальный сигнал соответствующего напряжения и силы тока. Вот для чего нужен ИПБ.

2.2. Срок службы ИБП

Срок службы источника бесперебойного питания ограничен сроком службы АКБ. Длительность работы зависит от частоты включения и от качества и схемотехники зарядной части. Если они не очень качественные, то приблизительно на 2 – 2,5 года. Если качественные, то можно надеяться и на 5-6 лет.

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.

Розетки Schuko.

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.