Как устроены и работают источники бесперебойного питания (ИБП)

Требования к качеству электроэнергии законодательно прописаны государственными стандартами и довольно жесткими нормативами. Электроснабжающие организации прилагают много усилий для их соблюдения, но, они не всегда реализуются.

В наших квартирах, да и на производстве, периодически возникают:

полные отключения электричества на неопределенное время;

апериодические кратковременные (10÷100 мс) высоковольтные (до 6 кВ) импульсы напряжения;

всплески и снижения напряжения с различной продолжительностью;

накладки высокочастотных шумов;

Все эти неполадки отрицательно влияют на работу бытовых и офисных потребителей электроэнергии. Особенно страдают от качества электропитания микропроцессорные и компьютерные устройства, которые не только совершают сбои, но и могут полностью потерять свою работоспособность.

Назначение и виды источников бесперебойного питания

Чтобы сократить риски от возникновения неисправностей питающей электрической сети используются резервные устройства, которые принято называть источниками бесперебойного питания (ИБП) или UPS (образовано от сокращения английской фразы «Uninterruptible Power Supply»).

Они изготавливаются с разной конструкцией для решения специфических задач потребителя. Например, мощные ИБП с гелиевыми аккумуляторами способны поддерживать энергоснабжение целого коттеджа в течение нескольких часов.

Их АКБ получают заряд от линии электропередач, ветрогенератора, солнечных батарей или других носителей электроэнергии через выпрямительное устройство инвертора. Они же подпитывают электрические потребители коттеджа.

Когда внешний источник отключается, то аккумуляторы разряжаются на подключенную в их сеть нагрузку. Чем больше емкость АКБ и меньше ток их разряда, тем дольше они работают.

Иисточники бесперебойного питания средней мощности могут резервировать питание электрических котлов, систем поддержания микроклимата в помещениях и подобного оборудования.

В то же время самые простые модели UPS способны только завершить программу аварийного отключения компьютера. При этом длительность всего процесса их работы не превысит 9÷15 минут.

Компьютерные источники бесперебойного питания бывают:

встроенными в корпус устройства;

Первые конструкции распространены в ноутбуках, нетбуках, планшетах и подобных мобильных устройствах, работающих от встроенного аккумулятора, который снабжен схемой переключения питания и нагрузки.

АКБ ноутбука со встроенным контроллером является источником бесперебойного питания. Его схема в автоматическом режиме защищает работающее оборудование от неисправностей электросети.

Внешние конструкции ИБП, предназначенные для нормального завершения программ стационарного компьютера, изготавливаются отдельным блоком.

Их подключают через сетевой адаптер питания к электрической розетке. От них запитывают только те устройства, которые отвечают за работу программ:

системный блок с подключенной клавиатурой;

монитор, отображающий происходящие процессы.

Остальные периферийные устройства: сканеры, принтеры, акустические колонки и другое оборудование от UPS не запитывают. Иначе они при аварийном завершении программ будут забирать на себя часть энергии, накопленной в аккумуляторах.

Варианты построения рабочих схем ИБП

Компьютерные и промышленные UPS изготавливают по трем основным вариантам:

двойного преобразования электроэнергии.

При первом методе резервной схемы, обозначаемым английскими терминами «Standby» или «Off-Line» напряжение поступает из сети к компьютеру через ИБП, в котором электромагнитные помехи устраняются встроенными фильтрами. Здесь же установлен аккумулятор, емкость которого поддерживается током заряда, регулируемым контроллером.

Когда пропадает или выходит за установленные нормативы внешнее питание, то контроллер направляет энергию АКБ на питание потребителей. Для преобразования постоянного тока в переменный подключается простой инвертор.

Преимущества UPS Standby

Источники бесперебойного питания схемы Off-Line обладают высоким КПД, при поданном на них напряжении, тихо работают, мало выделяют тепла и относительно дешевы.

Недостатки

UPS Standby выделяются:

долгим переходом на питание от аккумулятора 4÷13 мс;

искаженной формой выходного сигнала, выдаваемого инвертором в виде меандра, а не гармоничной синусоиды;

отсутствием корректировки напряжения и частоты.

Такие устройства наиболее распространены на персональных компьютерах.

ИБП интерактивной схемы

Их обозначают английским термином ««Line-Interactive». Они выполняются по предыдущей, но более усложненной схеме за счет включения стабилизатора напряжения, использующего автотрансформатор со ступенчатым регулированием.

Это обеспечивает корректировку величины выходного напряжения, но управлять частотой сигнала они не способны.

Фильтрация помех в нормальном режиме и переход на инверторное питание при авариях происходит по алгоритмам UPS Standby.

Добавлением стабилизатора напряжения различных моделей с методиками управления им позволило создавать инверторы с формой сигнала не только меандра, но и синусоиды. Однако, небольшое количество ступеней регулирования на основе релейных переключений не позволяет реализовать функции полной стабилизации.

Особенно это характерно для дешевых моделей, которые при переходе на питание от аккумулятора не только завышают частоту выше номинальной, но и искажают форму синусоиды. Помехи вносит встроенный трансформатор, в сердечнике которого происходят процессы гистерезиса.

В дорогих моделях работают инверторы на полупроводниковых ключах. UPS Line-Interactive имеют большее быстродействие при переходе на питание от АКБ, чем у ИБП Off-Line. Оно обеспечивается работой алгоритмов синхронизации между входящим напряжением с выдаваемыми сигналами. Но при этом происходит некоторое занижение КПД.

ИБП Line-Interactive нельзя использовать для питания асинхронных двигателей, которые массово установлены на всей бытовой технике, включая системы отопления. Их используют для работы устройств с импульсными блоками, где питание фильтруется и выпрямляется одновременно: компьютеров и бытовой электроники.

ИБП двойного преобразования

Эта схема UPS получила название по английскому словосочетанию On-line» и работает на оборудовании, требующем высококачественного питания. В ней производится двойная конверсия электроэнергии, когда синусоидальные гармоники переменного тока постоянно преобразуются выпрямителем в постоянную величину, пропускаемую через инвертор для создания повторной синусоиды на выходе.

Здесь АКБ постоянно подключен в схему, что исключает необходимость его коммутаций. Этим способом практически исключается период подготовки источника бесперебойного питания на переключения.

Работу ИБП On-line по состоянию аккумулятора можно разделить на три этапа:

разряд на работу компьютера.

Период заряда

Цепи входа и выхода синусоиды разорваны внутренним переключателем UPS.

Подключенный к выпрямителю аккумулятор получает энергию заряда до тех пор, пока его емкость не восстановится до оптимальных значений.

Период готовности

После окончания заряда АКБ автоматика источника бесперебойного питания замыкает внутренний переключатель.

Аккумулятор поддерживает состояние готовности к работе в буферном режиме.

Период разряда

АКБ автоматически переводится на питание компьютерной станции.

У источников бесперебойного питания, работающих по методике двойного преобразования электроэнергии, КПД в режиме питания от линии ниже, чем у других моделей из-за расхода энергии на выделение тепла и шума. Но в сложных конструкциях применяются методики, позволяющие увеличить КПД.

UPS On-line споосбны выправлять не только величину напряжения, но и его частоту колебаний. Это выгодно отличает их от предыдущих моделей и позволяет использовать для питания различных сложных устройств с асинхронными двигателями. Однако, стоимость таких устройств значительно выше предыдущих моделей.

Состав ИБП

В зависимости от вида рабочей схемы в комплект источника бесперебойного питания входят:

аккумуляторы для накопления электроэнергии;

зарядное устройство, обеспечивающее поддержание работоспособности АКБ;

инвертор для формирования синусоиды,

схема управления процессами;

Для удаленного доступа к устройству может использоваться локальная сеть, а повысить надежность схемы можно за счет ее резервирования.

В отдельных источниках бесперебойного питания используется режим «Байпас», когда нагрузка запитывается отфильтрованным напряжением сети без работы основной схемы устройства.

Часть UPS имеет ступенчатый регулятор напряжения «Бустер», управляемый от автоматики.

В зависимости от необходимости выполнять сложные технические решения источники бесперебойного питания могут оснащаться еще дополнительными специальными функциями.

Читайте также по этой теме: Как выбрать ИБП для котла

Устройство ИБП и принцип его работы

Источник бесперебойного питания — компонент системы питания, который располагают между нагрузкой и питающей сетью. Главная функция ИБП состоит в обеспечении бесперебойного питания. Как устроен бесперебойник? Упрощённая схема ИБП включает аккумуляторные батареи и специальные элементы ИБП, компенсирующие возмущения в магистральной сети, а именно инвертор, выпрямитель, фильтр и в некоторых случаях байпас. На сегодняшний день бесперебойники разделяют на три группы. У каждой из групп принцип работы ИБП имеет свои особенности.

Ключевым компонентом ИБП являются аккумуляторные батареи. Именно АКБ определяют сколько работает ИБП при отключении питания в сети. Как правило, в ИБП используются свинцово-кислотные аккумуляторы, имеющие следующие параметры: напряжение 12В и ёмкость 7Ач или 9Ач. АКБ относятся к типу герметичных и не обслуживаемых. В самых простых ИБП используется 1 аккумулятор, а в мощных бесперебойниках их количество может быть во много раз больше.

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:

Помощь в выборе ИБП

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

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

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

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

1) Где и для чего будет использоваться ИБП (здесь мы выбираем тип устройства)?

2) Суммарная мощность подключаемых устройств, необходимое количество и вид розеток.

3) Как долго должен работать ИБП без электроэнергии?

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

Типы ИБП

Резервный

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

Линейно – интерактивный

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

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

ИБП с двойным преобразованием

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

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

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

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

Мощность ИБП

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

1. Выясняем мощность вашего оборудования, которое вы собираетесь подключить к ИБП. Посмотреть потребляемую мощность можно в паспорте/инструкции или на корпусе любого электроприбора.

3. Т.к. мощность ИБП полная и указана в вольт-амперах (ВА, VA), а мощность приборов указана в ваттах (Вт, W), нужно нашу суммарную мощность перевести так же в ВА. Для этого делим полученную суммарную мощность на коэффициент мощности, который равен 0,6.

4. Накидываем сверху 20% для запаса, чтобы ИБП не работал постоянно на пределе.

Для большей наглядности приведу примеры расчета:

Пример №1. Типовой бюджетный ПК

Блок питания ПК – 300 W; Монитор диагональю 21,5” – 25 W; Колонки – 5 W; Струйный принтер – 10 W.

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

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

Пример №2. Игровой ПК

Блок питания ПК – 700 W; 2 Монитора диагональю 27” – 60 W; Акустика – 40 W; Игровая периферия и прочие устройства – 50 W;

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

Виды разъемов и интерфейсы

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

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

У ИБП, как правило, встречаются разъёмы двух типов:

— CEE 7 Schuko (вилка под «евророзетку»);

— IEC 320 C13 (компьютерная вилка);

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

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

Некоторые типы ИБП имеют в конструкции дополнительные разъемы для подключения телефонной и локальной линии. На корпусе устройств располагаются как входные, так и выходные разъемы RJ-11 и RJ-45 для защиты от импульсов паразитного напряжения и помех.

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

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

Время автономной работы

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

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

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

Дисплей, охлаждение и уровень шума

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

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

Критерии выбора

Имея четкое представление о том, что вы будете подключать к ИБП и где его расположите, можно остановится на конкретных моделях и выбрать подходящую для себя.

Для тех, у кого нет средств на покупку дорогостоящей техники, подойдут [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=1999-3000]ИБП резервного типа до 3000 рублей. К такому устройству можно будет подключить слабенький ПК и монитор.

Для офисного ПК, с пару мониторами, не стоит покупать дорогой ИБП, [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=g3l&f=600-3000&f=2-3]достаточно выбрать резервный с 2-3 разъемами и мощностью выше 600 VA.

Для игровых станций подойдут [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=g3n&f=1500-3000]ИБП линейно-интерактивного типа, мощностью от 1500 VA. Стоимость подобного оборудования варьируется в диапазоне от 5000 до 100 000 рублей. В данном случае встречаются модели с дисплеем, возможностью управления и конфигурирования с помощью специального ПО.

Если стоит задача резервирования питания для большого количества приборов, тогда необходим [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=2000-3000&f=7-9]ИБП с максимальным количеством UPS розеток и мощностью от 2000 VA.

Для серверного, сетевого или телекоммуникационного оборудования подойдут ИБП мощностью от 1500 VA и выше. Например, [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=1999-34000&f=g3n&f=1500-3000&f=gfq&f=gi7]ИБП линейно-интерактивного типа подешевле, либо [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=g3m&f=1500-3000&f=gfy]ИБП с двойным преобразованием чуть подороже. Для защиты серверного и сетевого оборудования, монтированного в шкафах, лучше рассматривать ИБП для установки в стойку, с обязательной возможностью подключения [url=»http://www.dns-shop.ru/catalog/17a8963b16404e77/istochniki-besperebojnogo-pitaniya/?order=1&stock=2&f=g3n-g3m&f=gfy]дополнительных аккумуляторных батарей. Если место позволяет, можно рассматривать ИБП напольного исполнения, но это не всегда удобно, так как подобные ИБП занимают много места.

*Важно учитывать, что дополнительные батарейные модули и аккумуляторы, всегда приобретаются отдельно!

Что такое ИБП: назначение и специфика работы

С каждым годом в нашей стране источники бесперебойного питания (ИБП) становятся все более популярными не только среди сельских, но и городских жителей. Такая тенденция связана прежде всего с появлением электроприборов и оборудования, особенно требовательного к качеству электропитания.

Учитывая многообразие типов ИБП и особенностей их работы, очевидной является необходимость соответствия технических характеристик выбранной модели требованиям электроприборов к сетевому напряжению.

К сожалению, в эпоху рыночных отношений некоторые недобросовестные производители и продавцы таких технически сложных устройств, как ИБП, вынуждены выполнять план продаж в ущерб интересам потребителей – они продают более дорогое устройство вместо более бюджетного, но отлично подходящего под задачи пользователя. Бывают и обратные ситуации, когда сами пользователи, пытаясь сэкономить, выбирают более дешевую, неподходящую для его нагрузки модель, которая в итоге может довольно быстро вывести подключенные приборы из строя.

Чтобы вы не попали в подобные ситуации, мы решили написать статью, в которой максимально кратко и содержательно расскажем о том, что такое ИБП, какие они бывают и как правильно подобрать подходящую модель для решения своих задач. Надеемся, ознакомление с ней позволит вам выбрать оптимальный для эффективной работы ИБП, избежав при этом необоснованных финансовых затрат.

Что такое ИБП и какие они бывают?

ИБП (или UPS) – это устройство резервирования электроэнергии, обеспечивающее непрерывность электроснабжения при отключении сетевого напряжения.

Согласно Международному стандарту IEC 62040-3 Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS) устройства имеют следующую классификацию согласно их схеме построения:

• резервные (off-line или standby);
• линейно-интерактивные (line-interactive);
• двойного преобразования (on-line)

В зависимости от рабочего напряжения нагрузки, ИБП могут быть однофазными (для питания однофазных потребителей) и трехфазными (для питания трехфазных и однофазных потребителей в трехфазных групповых сетях).

Также не маловажным параметром ИБП является его конструктивное исполнение, которое зависит от назначения, мощности и времени работы в автономном режиме, например:

• устройства небольшой мощности выпускаются в настенном, моноблочном напольном (башенном) исполнении, а также имеют унифицированные размеры для размещения в 19-дюймовых стойках и шкафах;
• бесперебойники средней и большой мощности выпускаются в моноблочном напольном или шкафном конструктиве, а также в исполнении для размещения в стандартные 19-дюймовые стойки и шкафы.

Из чего состоит ИБП?

Каждая модель ИБП, вне зависимости от схемы построения, состоит из следующих электронных элементов:

АКБ (чаще всего, это комплект свинцово-кислотных аккумуляторных батарей)

Накапливают электроэнергию для электропитания подключенных приборов при переходе устройства в автономный режим работы. В целях увеличения длительности автономного режима ИБП могут быть укомплектованы дополнительными внешними АКБ.

Электронный блок управления

Обеспечивает автоматическую работу ИБП и АКБ по всем заявленным параметрам и функционалу. Позволяет выполнять необходимые настройки устройства.

Зарядное устройство

Выполняет подзарядку АКБ.

Формирует выходное напряжение питания нагрузки, инвертируя постоянное напряжение в переменное.

В зависимости от типа и функциональных возможностей определенной модели, в состав бесперебойника могут входить также:

Выпрямитель

Преобразует переменное напряжение сети в постоянное, используется только в ИБП топологии онлайн.

Байпасный блок

Реализует ручное или автоматическое переключение питания нагрузки на основную сеть в обход ИБП при соответствии параметров питающей сети норме и возникновении перегрузок.

Автотрансформатор с отпайками переключаемых секций обмоток для коррекции (увеличения или уменьшения) входного напряжения. Используется только в ИБП линейно-интерактивного типа.

Сглаживают ВЧ-помехи и всплески сети, искажения формы выходного сигнала при работе линейно-интерактивных и резервных устройств в автономном режиме.

Гальваническая развязка входных и выходных цепей

Разделительный трансформатор, устанавливаемый во входной цепи ИБП, за счет которого обеспечивается отсутствие электрической связи между входом и выходом устройства для улучшения его помехоустойчивости.

Платы расширения интерфейсов

Обеспечивают локальный/удаленный мониторинг работы ИБП через следующие интерфейсы: RS-232, RS-485, USB и mini-USB, Ethernet, «сухие» контакты. Работу ИБП с установленной платой, как правило, можно контролировать через веб-интерфейс или специальное ПО.

Назначение и дополнительные функции ИБП

Основным назначением устройств является обеспечение бесперебойности электропитания подключенных электроприборов при возникновении перебоев в подаче электроэнергии или недопустимых отклонениях её параметров (напряжения и частоты) от нормальных значений.

Функциональность ИБП сегодня не ограничивается переключением питания подключенных электроприборов на работу от АКБ при кратковременных отключениях электричества в питающей сети. В качестве дополнительных возможностей некоторых современных устройств можно назвать:

• стабилизация напряжения (в ИБП двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
• фильтрация частотных и импульсных помех;
• «холодный старт», позволяющий включать электроприборы при отключении электроэнергии (во время нахождения устройства в автономном режиме);
• световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение уровня напряжения и частоты на входе и выходе, фактическая мощность потребления нагрузки и т. д.);
• таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;
• синхронизация с ПК, организация удаленного мониторинга системы питания и управления устройством.

Отдельно стоит сказать о защите от сетевых помех и скачков напряжения, а также защите локальной сети.

Сглаживающий фильтр ВЧ-помех на входе устройства представляет собой пассивный многозвенный RC- или LC-фильтр.

Для защиты от высоковольтных импульсов используется варисторный блок, включенный параллельно цепи питания на входе. Также для подавления высоковольтных импульсов в ИБП применяются фильтры с металл-оксидным варистором. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко снижается, шунтируя вход бесперебойника. Возникающие при этом сверхтоки (могут достигать значений в несколько кA) будут протекать через варистор блока защиты, не поступая в цепи питания ИБП и не влияя на подключенные электроприборы.

Аналогично на основе варисторов в большинстве ИБП реализована защита локальных сетей. Подключение информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11 обеспечивает защиту сетевого оборудования (сетевых адаптеров, роутеров и т. д.) и телефонной линии.

Основные технические характеристики ИБП

К важнейшим техническим характеристикам ИБП можно отнести:

• мощность устройства;
• время переключения на работу от АКБ и обратно;
• схему построения и форму выходного сигнала;
• максимальную длительность работы в автономном режиме;
• наличие функции стабилизации напряжения;
• время полного заряда аккумуляторов;
• исполнение и габаритные размеры.

Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки

Залогом эффективности и надежности работы любой нагрузки, помимо бесперебойности электроснабжения, является качество питающего напряжения, один из наиболее важных показателей которого – форма выходного сигнала. Каждому типу ИБП свойственно формирование синусоиды определенной формы, не всегда подходящей для нормальной работы подключенных электроприборов.

Рассмотрим существующие схемы построения ИБП и соответствие формы их выходного сигнала различным видам нагрузок.

ИБП резервного типа (off-line)

При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства выполняют переключение питания нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.

Пожалуй, это наиболее популярный в бытовом использовании бесперебойник. Доступная стоимость и удовлетворительные технические характеристики делают его оптимальным бюджетным вариантом защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей).

Модифицированная синусоида на выходе этих ИБП категорически не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП оффлайн топологии в качестве источников питания перечисленных электроприборов с электродвигателями гарантированно и довольно быстро выведет их из строя.

Примером нагрузки, совместимой с резервными ИБП, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, учитывая возможность возникновения повышенного количества помех на выходах блоков питания серверов, офисной и охранной техники, будет целесообразным воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.

Вполне разумным будет использование резервного бесперебойника и для питания сети маломощного дежурного освещения. Ограничением в этом случае является наличие в балласте ламп с электромагнитным дросселем. Результаты практики совместного использования оффлайн ИБП с лампами прямого включения и работающими с электронными ПРА подтверждают нормальную работы ламп с сохранением их заявленного срока службы.

Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)

Представляют собой более высокий класс устройств по сравнению с предыдущим. В отличие от ИБП резервного типа, они оснащены встроенным стабилизатором напряжения, что расширяет область их использования, позволяя применять в сетях с незначительными отклонениями напряжения от нормы. Кроме того, время переключения на АКБ ИБП этой топологии составляет

4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.

Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при покупке следует изучить технические характеристики бесперебойника. При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (Line-Interactive Sin) к ИБП можно подключать электроприборы с электродвигателями — насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющая электроника газовых котлов и т. п. Устройства с модифицированной синусоидой (ступенчатой формы) на выходе длятакого применения не подойдут.

Онлайн ИБП (on-line)

ИБП этого типа выполняют непрерывное преобразование переменного напряжения в постоянное (с подзарядкой АКБ) и дальнейшее его инвертирование в переменный с чистым синусом на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.

Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и при значительных отклонениях напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как, по сути, переключение на работу от батарей или с АКБ на внешнюю сеть не происходит. Добавив к этому высокую точность коррекции напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и синусоиду идеальной формы на выходе, ИБП двойного преобразования можно с уверенностью назвать универсальными для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.

Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура и т. д. даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии. На сегодняшний день в качестве единственного серьезного недостатка, ограничивающего применение онлайн ИБП, можно назвать их высокую стоимость.

Когда вместо ИБП актуальнее приобрести генератор?

Применение ИБП можно считать обоснованным при небольшой мощности потребления нагрузки и непродолжительных перерывах в подаче электроэнергии.

Классический пример применения маломощного бесперебойника – подключение системного блока компьютера и монитора, позволяющее корректно завершить работу ПК, избежав сбоев работы системы и потерь информационных данных. Модели ИБП малой и средней мощности также часто используются в целях обеспечения питанием управляющих блоков отопительных котлов и маломощных циркуляционных насосов при кратковременных перебоях электроснабжения.

Установка источника бесперебойного питания в сетях с длительными перебоями электроснабжения нецелесообразна. Для обеспечения непрерывности электропитания нагрузки в длительном по времени автономном режиме потребуется значительное увеличение емкости АКБ. В таких случаях, учитывая ограниченность срока службы батарей (необходимость периодической замены в процессе эксплуатации) при их цене, нередко в два раза превышающей стоимость бесперебойника, экономически целесообразней будет приобретение бензинового или дизельного генератора.

Зачем перед ИБП устанавливают стабилизатор напряжения?

Связка «стабилизатор + ИБП» бывает востребована при использовании устройств резервного и линейно-интерактивного типа в сетях со значительными отклонениями напряжения от нормы. Функция стабилизации у моделей первого типа ИБП отсутствует, а большинство линейно-интерактивных бесперебойников способны сгладить относительно небольшие всплески напряжения.

Подключать стабилизатор рекомендуется перед ИБП (со стороны питающей сети). При обратном подключении (со стороны нагрузки) возможен нагрев трансформатора стабилизатора (в случаях, когда форма сигнала на выходе ИБП представляет собой модифицированную синусоиду). Кроме того, диапазон стабилизации напряжения любого стабилизатора всегда шире, чем у ИБП, основной функцией которого является обеспечение бесперебойности электропитания нагрузки.

Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы

В статье рассмотрены виды ИБП, принципы работы ИБП, а также приведены реальные осциллограммы напряжений на выходе.

Для начала – немного общей терминологии. Источники бесперебойного питания (сокращенно – ИБП) у нас так же называют UPS, от английского сокращения Uninterruptable Power Supply (беспрерывный источник питания). Поэтому говорят и УПС (UPS) и ИБП, кому как удобнее. Я в статье буду называть и так, и эдак.

Зачем нужен UPS (ИБП)

Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда. Но мы здесь собрались технари-реалисты, и понимаем, что ничего вечного нет, поэтому ниже разберемся в принципе действия.

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.

Вот пример, как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.

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.

Виды источников бесперебойного питания

Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.

Итак, три основных вида ИБП:

Back UPS

Другие равнозначные названия – Off-line UPS, Standby UPS, ИБП резервного типа. Самые распространенные УПС, используются для большинства видов бытовой и компьютерной техники.

Back просто переключает нагрузку на питание от батарей при выходе входного напряжения за пределы. Нижний предел у разных моделей – около 180В, верхний – около 250В. Переходы на батарею и обратно – с гистерезисом. То есть, например, при понижении переход на батарею состоится при 180 В и менее, а обратно – при 185 и более. Тот же принцип действует у всех типов ИБП.

Чем-то напоминает работу реле напряжения, которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.

Smart UPS

Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. Недалеко ушли по принципу действия от Back.

Smart UPS действуют умнее, как следует из названия. Они ещё дополнительно переключают внутренний автотрансформатор, в некотором смысле стабилизируя входное напряжение. И только в крайнем случае переходят на батарею.

Таким образом, норма напряжения на выходе поддерживается при бОльших отклонениях на входе (150…300В). Автотрансформатор имеет несколько ступеней переключения, поэтому Умный УПС до последнего переключает выводы автотрансформатора, включая аккумулятор лишь в последний момент. Это позволяет экономить батарею, включая её в работу лишь при полном пропадании питания.

Данное устройство напоминает релейный стабилизатор напряжения со ступенчатым переключением обмоток автотрансформатора. С той лишь разницей, что при выходе за рабочие пределы стабилизатор будет бессилен, а наша “умница” введёт в работу аккумулятор, и питание не пропадёт.

Online UPS

Другие названия – онлайн, источник бесперебойного питания с двойным преобразованием, инверторный. Совершенно другой принцип действия, для любителей чистого синуса. Энергия со входа преобразуется в постоянное напряжение, и поступает на инвертор, генерирующий чистый синус. И одновременно – поддерживает аккумулятор в 100% готовности. При необходимости инвертор продолжает работать так же, только питание на него поступает с аккумулятора.

Используется для аварийного питания техники, чувствительной к форме выходного напряжения – например, газовые котлы, сервера, профессиональная аудио-видео аппаратура и другое стратегически важное оборудование.

Минусов онлайн ИБП два – цена и КПД. КПД низкий, т.к. такой ИБП включен в работу постоянно, что следует из названия. В отличии от двух других типов.

Существуют разновидности онлайн УПС, в которых используется так называемый “сквозной ноль”, для правильной работы газовых электрокотлов. Это связано с тем, что такие котлы чувствительны к наличию реального нуля, для правильного розжига.

Исследование ИБП с помощью осциллографа

А теперь – самое интересное.

Напряжение на выходе Back UPS

Я провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

Что видно по этой временной диаграмме? Период 20мс, частота 50Гц, амплитуда 315В. Стоит отметить, что фаза синуса и генерируемых импульсов совпадает, что хорошо. При пропадании сетевого напряжения ИБП мешкается 5-7 мс, и затем идут импульсы, которые называются “квази-синус”. Вот они:

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?

Дело в том, что мультиметр меряет только первую гармонику с частотой 50Гц. Для синуса всё гладко. Но если измерять напряжение таких вот импульсов, надо мерять именно RMS, среднеквадратическое, иначе не будут учтены следующие гармоники – 100, 150, 200 Гц. А они составляют значительную часть энергии, до 30%. Эту особенность знают производители UPS, и чтобы не заморачиваться (и не повышать цену на свои изделия), выдают на наши приборы такие импульсы с амплитудой около 370В.

Подробнее об измерении среднеквадратического несинусоидального напряжения – на видео:

Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:

Back UPS, – Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть. Форма импульсов на выходе ups

Тоже фаза не меняется, всё замечательно. Подключал на выход ИБП пускатель 2-й величины, переключал туда-сюда режимы питания – пускатель втянут надежно, никаких проблем.

В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:

Параметры Back UPS – задняя панель

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Время переключения также для всей современной аппаратуры несущественно – менее 7 мс.

Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.

Данные исследования проведены в рамках проекта по включению ИБП в цепь управления промышленного холодильника.