Принцип работы ибп
Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда. ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.
Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления. Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).
ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.
Резервным источником питания можно считать такие источники, которые полностью могут заменить основное питание на длительное время, от нескольких часов до нескольких суток. Это может быть другая линия (см.статью про автоматический ввод резерва), генератор, солнечная батарея, ветряной генератор. Теоретически, для этих целей может служить и ИБП, но для этого нужны аккумуляторы огромной ёмкости, что значительно повлияет на цену такой системы.
ИБП резервного класса
ИБП этого класса, относят к самым простым. Это устройство работает по очень простому принципу – питание потребителей осуществляется через электрическую сеть, если питание пропадает, то оно начинает поступать от АКБ, являющихся неотъемлемой частью устройства. Зарядку аккумуляторов происходит при работе устройства от сети. Статистика говорит о том, что эффективность таких приборов лежит в диапазоне от 55 до 60%.
Большая часть приборов этого класса работают по описанной технологии. Как правило, их используют для защиты компьютера в домашних условиях. Особенно актуально использование такого изделия для тех, кто живет за пределами городской черты. Но, так сложилось, что обеспечивают предельно низкий уровень защиты. Очистка сигнала от помех осуществляется только частично. Довольно часто такого уровня защиты хватает для потребителей, установленных дома, но в производственных условиях качество электрического питания должно быть выше.
Резервные источники хорошо работают в связке с домашним компьютером, но они физически не могут работать с насосными станциями или отопительными котлами. Дело в том, что источники резервного типа не в состоянии обеспечить синусоидальный тип напряжения. Если для такого прибора как домашний компьютер – это некритично, то для более сложных устройств, это может привести к выходу их из строя.
Обоснование выбора дорогого устройства
В XXI веке большинство пользователей отдают свое предпочтение универсальным устройствам. Об этом свидетельствуют многочисленные обзоры и отзывы. Такой выбор пал и на ИБП, задачей которого, особенно на постсоветском пространстве, являются функции поддержания электрического питания в случае отключения. А также выравнивание напряжения в сети, которое «гуляет» в многоэтажных домах из-за больших нагрузок и слабой электропроводки. Естественно, два разных по функционалу устройства обойдутся покупателю дороже, чем одно универсальное оборудование.
Цена на бесперебойный источник питания для компьютера зависит всего от трех факторов:
- Компания-производитель. Понятно, что чем известнее марка, тем дороже устройство. Однако известные бренды предоставляют пользователю великолепный функционал. Это поддержка удаленного управления, работа со всеми известными операционными системами.
- Мощность источника бесперебойного питания. Устройство для офисного ПК с низким потреблением электроэнергии обойдется значительно дешевле ИБП для игрового компьютера.
- Функциональные возможности. Количество подключаемых устройств, защита компьютерной сети, тонкая настройка порогов срабатывания и т. п.
Как выбрать ИБП
ИБП должен обеспечить время автономной работы не менее 5 минут, чтобы можно было успеть сохранить данные и безаварийно выключить оборудование.
Мощность ИБП должна в полтора раза превышать суммарную мощ-ть потребления защищаемого оборудования. Бесперебойник для современного компьютера – не менее 500 VA
Достаточное быстродействие (скорость срабатывания при скачке напряжения) – в пределах нескольких миллисекунд (не более 10мс).
Желательно, чтобы был переключатель для корректировки порога перехода на питание от батареи (аккумулятора). Тогда, если ИБП слишком часто переходит на батарею, можно уменьшить порог срабатывания, и стабилизатор выровняет напряжение.
Должна быть возможность самостоятельно заменить батареи. В некоторых моделях замена аккумуляторов возможна только в условиях сервисного центра.
Прибор должен иметь иметь функцию «холодного» старта – возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в электрической сети (чтобы получить почту, срочно распечатать документ и т.д.) Звуковой сигнал – отключается кнопкой.
Стандартная комплектация:
— Инструкция на русском языке.
— Инсталляционный диск с русифицированным программным обеспечением.
— Кабель для подключения ИБП к сети питания.
— два (или более) кабеля подключения питания нагрузки.
— Пачкорд RJ-45.
— Коммуникационный провод RS-232 или шнур USB для связи с ПК
Виды разъёмов на выходе ИБП:
— компьютерные разъёмы (или комбинация из нескольких компьютерных и нескольких евророзеток)
— евророзетки с заземлением – для бытовой техники (музыкальный центр, теливизор)
— разъемы для подключения телефонных линий, для защиты от помех
Габариты и дизайн корпуса ИБП.
Гарантия – не менее одного года
На цену влияют: мощность и тип прибора, время автономной работы, форма кривой напряжения на выходе (ступенчатая – плохо, если синусоида – ОК), возможность подключения интерфейса к компьютеру через USB-порт, дополнительные розетки (телефон и т.д.)
Три основные категории Источников бесперебойного питания:
резервные ИБП (off-line, Standby — автономные) – самые дешевые. Для защиты недорогой бытовой техники и домашних компьютеров.
Принцип работы: при нормальном напряжении в сети – питание подсоединенных приборов осуществляется напрямую, а при его пропадании – за счёт акккумулятора ИБП. На выходе они выдают ступенчатое напряжение и функциями стабилизации не обладают.
Недостатки: 1) в них, обычно, нет стабилизатора; 2) при пропадании напруги в сети возникает короткий перерыв в подаче тока (до 20 мс). Качественное оборудование обычно это выдерживает (если в блоке питания, этого оборудования, стоят конденсаторы достаточной ёмкости); 3) напряжение не синусоидальное (как надо бы), а ступенчатое; 4) остаются высокочастотные помехи; 5) переключение на питание от батарей производится при любом отклонении напряжения от заданной нормы, что быстро изнашивает аккумулятор;
При выборе ИБП Off-Line типа, следует обратить внимание на его мощность, время резервирования (работа от аккумулятора), время переключения на работу от батарей, диапазон входного напряжения без включения батарей.
линейно-интерактивные ИБП (line-interactive или Smart UPS) – средняя цена.
Плюсы: 1) стабилизируют переменное напряжение ступенчато, при помощи автотрансформатора (бустера); 2) на выходе – почти синусоида; 3) дополнительно, выполняет функции сетевого фильтра.
Недостатки: 1) остаются высокочастотные помехи, гуляющие по сети общего пользования.
Принцип работы: переключение режимов работы производит микропроцессор – скачки сглаживаются стабилизатором («AVR mode» — стабилизация), и только в крайнем случае происходит переключение на аккамулятор («On battery» — режим работы от батарей), производится стабилизация напряжения, обеспечивается на выходе напряжение в форме синусоиды (в некоторых дешевых моделях этой функции нет и на выход подаётся ступенчатое приближение к ней.
Переключение «сеть-батарея» происходит значительно более гладко, чем у ИБП Off-line и занимает меннее четверти периода синусоиды (примерно 3-4 мс). Стабилизатор напряжения (surge protection) позволяет реже переключаться на питание от аккумулятора, что значительно продлевает ресурс аккумуляторной батареи.
К line-interactive-ИБП относят и ферро-резонансные бесперебойники. Их преимущество – за счет использования феррорезонансного трансформатора, провал напряжения, при переключении режимов работы, сводится к минимуму, устраняются всевозможные сетевые помехи. Кривая напряжения на выходе имеет синусоидальную форму, что и требуется бытовой электронике.
Выбирать модель, которая обеспечивает стабилизацию (без переключения на батарею) не только пониженного напряжения, но и повышенного (>220В). Выше стандарт у приборов серии PRO.
on-line (линейные, ИБП с двойным преобразованием) – дорогие.
Плюсы: 1) питают нагрузку постоянно от аккумулятора, поэтому – на выходе всегда стабильное напряжение; 2) возможность замены батарей в «горячем» режиме.
Минусы: 1) малый ресурс (быстро изнашиваются аккумуляторы); 2) низкий КПД, за счёт двойного преобразования
on-line-UPS – нужны и при питании от дизель-генераторной установки, когда нестабильны частота и напряжение.
Однофазные и трехфазные ИБП, технологии «on-line», обеспечивают «чистое» синусоидальное бесперебойное электропитание с крест-фактором (Crest Factor) = 3 : 1
Аппараты данного типа производятся мощностью не менее 1500 VA.
On-line-устройства предназначены для защиты питания дорогостоящей и хранящей информацию электроники (домашних кинотеатров, серверов)
Как и для стабилизатора напряжения, для ИБП необходимо определить мощность нагрузки. Алгоритм расчета тот же – сумма мощностей устройств, подключенных к выходу прибора с учётом стартовых токов (ЭЛТ-мониторы, телевизоры, холодильники) и 20-30%-ного запаса.
Малобюджетный вариант (если нет возможности купить ИБП) – применение сетевого фильтра и стабилизатора (Line-R и т.д.)
Приблизительное деление ИБП по мощности:
малые – до 1000 VA;
средние – от 1000 до 5000 VA
большие – 5000 VA и выше.
Основные технические характеристики ИБП
Мощность ИБП (в вольт-амперах – VA) – должна быть в полтора-два раза больше или равна потребляемой мощности нагрузки. Минимум – 500 VA, универсальный вариант – UPS на 1000 VA
Время автономной работы – зависит от ёмкости батарей и от суммарной величины нагрузки.
Время переключения ИБП на батарею и обратно. Чем оно меньше ( лучше – в полтора раза
Мощность ИБП указывается в вольт-амперах (ВА или VA). Потребляемая мощность подключаемого оборудования – в ваттах (Вт или W). Для компьютерного типа нагрузки считают по формуле:
Мощность (ВА) = Мощность (Вт) / 0,7
// коэффициент (COS) обычно указывается в технической документации приборов. Для приближенного расчета – его принимают равным 0,7
пример расчета мощности УПСа:
нагрузка = 300 Watts
300 Watts / 0,7 =~ 430
20% = 430 х 0,2 = 86
430 + 86 = 516 ~= 500VA
ИТОГ: для питания нагрузки в 300 ватт – нужен ИБП мощностью не менее 500 VA
Для PFC (Power Factor Corrected) блоков питания компьютеров 1 ВА = 1 Вт
Для электродвигателей (холодильник, кондиционер) – их расчетную мощность увеличивают в три раза, учитывая повышенные пусковые токи. Это относится и к ЭЛТ-мониторам, телевизорам с кинескопом.
Простое сложение мощности подходит только для тех приборов, которые всю потребляемую энергию преобразуют в тепло (утюг, электроплита).
Аккумулятор (батарея), стоящий в ИБП (UPS)
Гелевые свинцово-кислотные (SLA, Sealed Lead Acid) аккумуляторные батареи, применяемые в бесперебойниках, являются герметизированными и необслуживаемыми. Ресурс (гарантийный, расчётный срок службы, даваемый производителями), обычно составляет 5 лет от даты производства. Количество циклов заряд-разряд: глубоких – до 500, неглубоких – на порядок больше. Саморазряд небольшой – 5% в месяц. Основные недостатки гелевых ак-в: боятся мороза (теряя емкость) и быстро выкипают (это необратимо и не восстанавливается) при перезаряде слишком большим током.
Хранение на складе – в полностью заряженном состоянии. Подзарядка – через 3-4 месяца. Зарядный ток – 0,5-1 А (не больше, иначе – сильно закипит электролит).
Батареи бесперебойников «живут», в среднем, 4-6 лет, максимум – 8-10 (в идеальных условиях), но их может «убить» длительное, до полной разрядки, питание нагрузки. В этом случае, в батарее происходят необратимые химические изменения. Укорачивает срок службы и высокая температура (более 30 градусов). Аккумулятр может «посыпаться» при падении даже с небольшой высоты. Критична для аккумуляторов и для электроники ИБП – сильная перегрузка.
Прежде чем включать новый ИБП (UPS) – подзарядить его в течение нескольких часов (батареи нового бесперебойника – частично разряжены, вследствие прошедшего времени транспортировки и хранения на складе). В дальнейшем, при работе, аккумуляторы в автоматическом режиме будут заряжены, под управлением микропроцессора UPSa (штатная зарядка).
// По техническому описанию от производителя, обычно рекомендуется проводить первую, после приобретения прибора, зарядку – в течении 24 часов. В этом нет необходимости (смотри выше), к тому же, по технике безопасности – нельзя оставлять прибор, тем более – только что купленный, включённым на ночь в конторе, «без присмотра».
Запасные батареи следует закупать только по мере необходимости, так как срок их хранения относительно невелик. Выбирать надёжного поставщика, соблюдающего правила транспортировки и хранения аппаратуры (чтобы не приобрести повреждённые при перевозке и доставке). Рекомендуется вовремя заменять батарею, иначе, может произойти сбой калибровки в электронной схеме ИБП («не будет держать нагрузку»). Важно, не перепутать клеммы, подключая провода питания – «плюс» отмечен красным цветом, «минус» – чёрный (дополнительно, полярность каждой из клемм обозначена на корпусе маркировочными значками «+» и «-»). Сразу, при установке, нужно проверить надёжность электрических контактов (чтобы не болтались зажимы и соединения).
Оптимальная температура в помещении – 20-25 °C. Если более 30 градусов – происходит быстрый износ батареи. Поэтому следует выбирать такой ИБП, который периодически проводит самотестирование батареи, а также регулирует ток заряда батареи в зависимости от её температуры.
Не переохлаждать (ниже 0° С). Зимой, после перевозки – прибор, перед включением в сеть, должен сначала согреться, в течении нескольких часов.
Беречь от ударов и тряски (могут «посыпаться пластины акумулятора», отвалиться контакты и т.д.)
Щелочные аккумуляторы менее чувствительны к условиям окружающей среды и, соответственно – «живут» дольше.
Использованные аккумуляторы нельзя просто выбросить как обычный мусор (в них – электролит и прочее). Большинство производителей и продавцов ИБП реализуют новые батареи с зачётом стоимости, сданных им, использованных. В этом случае – новые обойдутся дешевле. Кроме того, есть фирмы, которые скупают у населения отработавшие аккмуляторы для их дальнейшей утилизации, переработки.
Замену аккумулятора производить на однотипную модель – по ёмкости (А*ч), номинальному напряжению и внутреннему сопротивлению (мОм, миллиом). Распространённые марки акков: Sven (недорогие ), Varta (дорогие) и др. От производителей, на склад, батареи поставляются полностью заряженными и готовыми к работе.
Старый акк-р от бесперебойника может ещё послужить несколько лет – для обычной бытовой техники. Подзаряжать его – каким-нибудь сетевым блоком питания на 12 вольт / 1 ампер – короткими циклами (чтобы не закипел). Полярность при подключении любого аккум-ра на зарядку – плюс к плюсу (красный), минус к минусу.
Правила эксплуатации ИБП
В числе основных правил, при обращении с бесперебойником:
– не перегружать ИБП (UPS);
— подключать только ту нагрузку, которая требует действительно бесперебойного питания. ИБП необходим лишь для дорогой техники и оборудования с важной информацией (персональные компьютеры, модемы, серверы, маршрутизаторы и т.п.);
– обеспечить заземление UPSa (иначе, эффективность стабилизации будет снижена);
— беречь от ударов и тряски;
– не подвергать ИБП воздействию влаги.
После отключения электроэнергии – выключить оборудование, оставив включённым в сеть только ИБП, чтобы при появлении напряжения в сети бесперебойник мог зарядить свой аккумулятор. Питание от разряженной батареи ускорит её износ. Полностью разряженная батарея нуждается в немедленной зарядке!
Нельзя подключать нагрузку к UPS через сетевой фильтр, особенно при аварийном питании от батарей (если сказать проще – между УПСом и компьютером нельзя включать ф и л ь т р).
Периодически включать процедуру самотестирования ИБП, чтобы убедится, что бесперебойник полностью готов к работе.
Многие модели ИБП осуществляют зарядку батарей даже в выключенном состоянии (прибор выключен кнопкой и лампочка погасла, а штепсель оставлен в розетке). В таких бесперебойниках, при их включении в розетку, слышен щелчок реле, включающего зарядку. В конце рабочего дня – отключать от сети.
Срок службы аккумуляторов – зависит от условий эксплуатации: частоты переключения в автономный режим и величины нагрузки, условий зарядки, температуры окружающей среды, а также, от типа самих батарей.
Внимание: Подключение к ИБП лазерных принтеров (их мощность 2 киловатта и более), а тем более ксерокса и электронагревательных приборов – может привести к перегрузке и выходу ИБП из строя.
Предупреждение: ИБП (UPS) создаёт напряжение 220 В, опасное для жизни!
Нужен ли ИБП?
Для чего нужен ИБП!? — Всё достаточно просто. Если спонтанное выключение света у вас довольно распространённое явление, то ИБП просто необходим. Несмотря на то, что выше мы уже дали определение ИБП, стоит более подробно рассмотреть его функции.
Итак, главная функция ИБП — дать возможность пользователю сохранить данные и выключить компьютер путём автономного питания, после внезапного выключения электричества. Внутри ИБП находится аккумулятор, который позволяет некоторое время автономно питать компьютер. Продолжительность автономной работы зависит от ёмкости аккумуляторов, а также от мощности и количества питаемых устройств.
Принцип работы устройства таков. Вы подключаете ИБП к сети, а уже к нему – системный блок и монитор. При необходимости можно запитать принтер, колонки и другое компьютерное оборудование, но это будет лишней нагрузкой на ИБП, что существенно сократит время автономной работы и потребует покупку более мощного устройства. У вас будет несколько минут, чтобы сохранить все активные приложения и выключить компьютер.
Очень часто говорят, что ИБП нужен только в том случае, если часто выключают свет, но это не совсем верно. Да, наличие «бесперебойника» обязательно, если у вас часто пропадает свет, но и просто для безопасности, чтобы перестраховаться, держать его тоже полезно. Дело в том, что у каждого из нас, изредка бывают ситуации, когда свет выключается: перегрузка домашней сети, короткое замыкание и другие локальные причины. Любое экстренное выключение компьютера не позволяет сохранить данные. В результате, вы не только можете потерять несохранённые данные, но и это может привести к выходу из строя самой ОС, со всеми вытекающими из этого последствиями. В любом случае, наличие ИБП очень желательно.
Выводы
Источники бесперебойного питания являются устройствами, которые могут помочь пользователям в их работе на персональных компьютерах. Кроме функции поддержания электропитания, некоторые модели бесперебойников осуществляют функцию контроля за напряжением и предупреждения поломок. Можно констатировать тот факт, что бесперебойники могут продлевать работу персонального компьютера и осуществлять его защиту от неблагоприятных последствий проблем с электропитанием.
Никто не застрахован от неприятных последствий различных сбоев в электросети. Это может случиться с каждым из пользователей персональных компьютеров. Но проблемы могут быть устранены наличием бесперебойника, который выполнит функцию защиты и избавит от неприятностей.
Выбрать бесперебойник не так трудно, но и однозначно лёгким этот процесс назвать нельзя. Дело в том, что все характеристики источников бесперебойного питания не так легко уместить в голове, да и разобраться смогут не все. Но в принципе, если запомнить основные важные функции бесперебойников, то можно будет выбрать устройство, которое подойдёт именно к определённому персональному компьютеру.
Приобретение бесперебойника для своего персонального компьютера позволит пользователю избежать проблем, которые чаще всего сопряжены со сбоями в сетях электропитания. При возникновении проблемы, бесперебойник сможет переключиться на питание от аккумуляторных батарей, что продлит работу компьютеру. Это позволит пользователю избежать вероятных проблем с повреждением данным или с их потерей.
Производителей бесперебойников для компьютера достаточно, но ломать голову и выбирать из всего раздолья представленного ассортимента устройство определённого производителя не стоит. Это не оправдывает затраченных сил и нерв. Незачем проводить глубокий сравнительный анализ, так как по сути все модели бесперебойников, которые обладают аналогичными характеристиками стоят одинаково и работают примерно так же.
Бесперебойники — незаменимые помощники пользователей, которые выполняют огромный объём работы и чья деятельность неразрывно связано с компьютером. Можно надеяться на иллюзорное качество сетей электропитания и их бесперебойность, но лучше поступить практично и лишний раз подстраховаться.
