Как выбрать источник бесперебойного питания

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.

Важные характеристики ИБП

Тип ИБП

Все источники бесперебойного питания можно разделить на три типа.

Резервные ИБП. В продаже уже почти не встречаются — они не очень надежны, а переключение с питания от сети на питание от батареи в них происходит слишком медленно.

Интерактивные ИБП. Они имеют встроенный трансформатор для стабилизации перепадов напряжения, так что переключение на батарею в сравнении с резервными происходит гораздо реже. Кроме того, само переключение происходит заметно быстрее.

ИБП с двойным преобразованием. Это дорогие, но необычайно эффективные «бесперебойники», которые очень хорошо стабилизируют напряжение и в случае чего переключаются на батарею очень и очень быстро.

Выходные разъемы питания

Главные типы выходных разъемов питания — CEE 7 (стандартная евророзетка) и IEC 320 C13 (трехконтактный выход питания для компьютера). Естественно, выбирать конкретную модель нужно с учетом ваших потребностей (для обычного ПК нужно как минимум два разъема — для самого компьютера и для монитора).

Диапазон входного напряжения

Этот параметр характеризует то, при каком напряжении в стационарной сети ИБП будет переключать подключенные клиенты на батарею. Чем чаще происходит это переключение, тем быстрее будет изнашиваться аккумулятор. Параметры вашей сети питания лучше замерить или узнать из проверенных источников заранее.

Время работы при полной нагрузке

Большинство не слишком дорогих ИБП при полной нагрузке могут работать на протяжении всего пары минут. При этом они четко и громко оповещают пользователя о проблеме, так что сохранить всю важную информацию и «правильно» отключить компьютер вы должны успеть. За дополнительные минуты (5 и более) придется сильно переплачивать. Впрочем, при неполной нагрузке время автономной работы обычно значительно увеличивается.

Мощность

Пожалуй, одна из главных характеристик любого источника бесперебойного питания. Сумма потребляемой мощности подключенных устройств ни в коем случае не должна превышать 70-80% мощности самого ИБП! Комфортный запас в 20-30% нужен потому, что часть мощности при преобразовании и других процессах теряется, превращаясь в тепло.

Какая же мощность вам нужна? Лучше всего использовать какой-нибудь онлайн-калькулятор (не забудьте прибавить мощность, потребляемую монитором!). Если компьютер у вас уже есть, то можно взглянуть на мощность его блока питания — правда, во многих случаях она будет излишней, а реальное потребление (даже при максимальной нагрузке) будет ниже.

200 Вт хватит для старых консолей вроде PlayStation 4 и Xbox One, 300 Вт — для консолей текущего поколения вместе с не слишком большим телевизором. 400 Вт — неплохой порог для обычных офисных и домашних развлекательных компьютеров с монитором. 600 Вт — это уже подходящая мощность для вполне быстрых игровых ПК с монитором. 800 Вт хватит для еще более мощных ПК, а 1000 Вт — и для такого компьютера, и для монитора, и для телевизора.

ПО и интерфейсы

Многие модели ИБП можно подключить к компьютеру с фирменным ПО с помощью отдельного USB-порта (не стоит путать с USB-портами для зарядки мобильных устройств). Это самое фирменное ПО можно использовать и для индикации переключения, и для автоматического корректного выключения ПК. Некоторые ИБП также позволяют с помощью этого ПО наблюдать за параметрами питания и даже изменять некоторые настройки. Удобно, но не критично.

Гарантия

Гарантия производителя покрывает и сам ИБП, и батарею внутри (если он поставляется с установленной батареей). «Смерть» аккумулятора в пределах срока гарантийного обслуживания (обычно составляет около 3 лет) будет не такой страшной — заменить ее должны бесплатно.

Резервные бесперебойники

Самый простой и доступный тип. Принцип работы не отличается от описанного выше: все периферические устройства и системный блок потребляют энергию из сети, а при отсутствии электрического тока переводятся на питание от батареи. По статистике, эффективность таких устройств не превышает 60%.

По такому принципу работает большинство UPS, рассчитанных для домашнего использования. Хотя уровень обеспечиваемой защиты самый низкий, но и стоят такие девайсы недорого. Фильтрация некачественного сигнала может выполнять лишь частично. Впрочем, для домашней электроники и этого достаточно.

Такой бесперебойник отлично работе в связке с ПК, однако неэффективен для обеспечения электроэнергией холодильников, насосов или отопительных котлов, так как не выдает на выходе синусоидальный сигнал. Как правило, такие ИБП не отличаются большой мощностью.

Зачем нужен ИБП для компьютера

ИБП нужен для защиты компьютера от выхода из строя из-за прерывистого электроснабжения или нестабильного напряжения. Многие защитные устройства обеспечивают дополнительное подавление импульсных и радиочастотных помех. При отключении электроснабжения ИБП переключает электропитание системного блока на работающий от батареи преобразователь напряжения. Благодаря этому появляется возможность сохранить данные и правильно завершить работу.

Источник бесперебойного питания для ПК можно подобрать по нескольким параметрам. Выбор технологии зависит от типа и назначения компьютерной системы. Для домашнего или офисного ПК, работающего в условиях стабильного электроснабжения, подойдет ИБП по резервной технологии. Если напряжение в сети изменяется, то нужно выбрать линейно-интерактивное устройство, обладающее встроенным стабилизатором.

Мощность оборудования

Перед выбором ИБП по этому показателю определяется мощность, потребляемая компьютером. Для этого используется бытовой счетчик со световым индикатором.

Измерение мощности выполняется следующим образом:

1. Отключить приборы в доме, чтобы они не влияли на точность измерения.
2. Запустить на ПК специальную утилиту, нагружающую ЦП и видеокарту на 100%.
3. Включить другую периферию, которая защищается источником бесперебойного питания, например колонки и принтер.

Полное энергопотребление системы определяется по количеству вспышек индикатора на счетчике в единицу времени по инструкции. Максимальная мощность бесперебойника должна быть больше вычисленного показателя на 15-30%. Это позволит избежать постоянного отключения ИБП из-за перегрузки и скачков тока при включении периферии с импульсными блоками питания. Лазерный принтер целесообразно подключать через сетевой фильтр отдельно от бесперебойника, поскольку во время разогрева этот прибор потребляет до 1 кВт.

Схема подключения источника бесперебойного питания.

Автономность работы

Выбор бесперебойника по этому показателю определяется временем, необходимым для правильного выключения и сохранения всех документов. Для бытового или офисного компьютера подойдет источник, обеспечивающий от 6 до 8 минут работы на энергии батарей. Для защиты игрового ПК или домашнего сервера потребуется линейно-интерактивный ИБП с более емкой батареей и возможностью подключения дополнительных аккумуляторов.

Такой бесперебойник обеспечит работу подключенных к нему приборов в течение 30 минут и более. Стоит учитывать, что время автономной работы уменьшается пропорционально росту энергопотребления компьютера.

Программное обеспечение

Для защиты офисного или корпоративного компьютера нужно выбирать хороший бесперебойник со специальной программой. Она передает на ПК информацию о состоянии работы резервного источника. Это позволяет следить за состоянием батареи, режимом работы и изменять параметры ИБП.

Еще одна задача фирменного ПО – сохранение изменения в файлах, с которыми работал пользователь, при отсутствии напряжения в электросети. Это достигается взаимодействием с интерфейсом прикладных и офисных программ. Соединение с компьютером для передачи диагностических данных чаще всего производится по интерфейсу USB. Для присоединения старых ИБП использовался коммуникационный порт RS-232.

Другие характеристики

Во время работы от батареи ИБП шумит. Это стоит учитывать, выбирая расположение устройства. Если оно издает сильный шум, то бесперебойник устанавливается за перегородкой с соблюдением условий охлаждения. Кроме того, такой источник не следует располагать в спальне.

Источник бесперебойного питания.

Для удобства использования выбирается ИБП, оснащенный световой и звуковой индикацией режима работы. Чтобы подключить роутер, модем или другую периферию со стандартными вилками, потребуется устройство с евророзетками. Внешний жесткий диск можно защитить от сбоев, используя бесперебойник с USB-портом, предназначенным для подзарядки и питания.

Как подключить ИБП к компьютеру

1. Для начала подключим ИБП к розетке или сетевому фильтру. Это нужно для подзарядки аккумулятора.
2. Подкулючаем оборудование, которое планируется подключать к бесперебойнику.
3. Включаем UPS, дожидаемся включения. Об этом нам станет сигнализировать индикация. После полного включения UPS включаем компьютер и прочие устройства.

После этого все подключённое в ИБП оборудование надёжно защищено. Теперь можно не беспокоиться при очередной пропаже света или скачке напряжения.

Виды источников бесперебойного питания

В настоящее время на рынке ИБП присутствует огромное разнообразие таких устройств. Все они имеют различные технические характеристики, стоимость и конструктивные особенности. Но вся эта техника для резервного питания компьютеров делиться на три следующих основных типа.

1. Резервные источники. Основной функцией устройств этого вида является подключение к ПК внутренних аккумуляторных батарей ИБП при сбоях в подаче электроэнергии и возобновлении питания от сети после решения проблемы с аварийным отключением. Резервные бесперебойники относятся к источникам небольшой мощности, предназначенных для кратковременного питания ПК. Их можно назвать самыми простыми устройствами в плане технических возможностей и конструкции. В резервных ИБП отсутствует стабилизатор напряжения и это основной их недостаток, так как при любом понижении напряжения в сети он будет переключать ПК на питание от аккумуляторов, что окажет негативное воздействие на срок службы устройства. Эти бюджетные бесперебойники можно использовать для подключения к электросетям, где нет постоянных перепадов напряжения.
2. Линейно-интерактивные источники. Эти импульсные ИБП относятся к устройствам более высокого класса, чем резервные. Для них не страшны постоянные перепады напряжения в электрических сетях, так как внутренний стабилизатор источника автоматически подстраивается под существующий уровень электрического тока не переключая компьютер на питание от батарей. Только в случае максимального снижения напряжения в сети, импульсный блок перейдет на питание ПК от аккумуляторов. Это значительно увеличивает безотказный ресурс работы данного ИБП. Импульсные бесперебойники самые популярные устройства для аварийного питания стационарных компьютеров, так как они имеют лучшее соотношение цены и качества на рынке ИБП.
3. Блоки питания онлайн. Это самые мощные и дорогие источники бесперебойного питания стационарных компьютеров. Они являются устройствами с двойным преобразованием электрического напряжения. На входе переменный ток проходит процедуру выпрямления и становится постоянным, а на выходе выполняется обратный процесс преобразования в переменный ток необходимого напряжения. Такая технология позволила создать ИБП с самыми совершенными техническими параметрами, позволяющими обеспечить максимальную защиту ПК при аварийном отключении электроэнергии и скачках напряжения в сети. Онлайн-бесперебойники используются на серверных станциях для обеспечения беспрерывной подачи электроэнергии.

Внимание! Выбор неподходящего вида бесперебойника гарантированно обеспечит вам частую замену аккумуляторных батарей, особенно если электрическая сеть нестабильна. При постоянных скачках напряжения недорогое устройство часто переключается на автономную работу, что сокращает срок эксплуатации АКБ. В этом случае необходимо приобретать линейно-интерактивные модели ИБП!

Блоки бесперебойного питания высокого класса имеют в своей конструкции специальные электронные модули, которые обеспечивают прямую связь входа с выходом. Они называются байпасы и необходимы для экономии электроэнергии в безаварийном режиме работы.

Классы ИБП

По принципу действия ИБП делятся на три основных класса: резервные ИБП (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием (on-line). Тип ИБП определяется соотношением параметров на входе и выходе устройства. У первых частота и напряжение на выходе определяются частотой и напряжением на входе; вторые стабилизируют напряжение на выходе при совпадении частот, а ИБП с двойным преобразованием преобразуют переменное напряжение в постоянное и вновь генерируют на выходе переменное (синусоидальное) напряжение, характеристики которого не зависят от параметров на входе ИБП.

В резервных (или пассивных) ИБП нагрузка питается напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. При отказе электросети нагрузка переключается на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. Такие ИБП просты и недороги, имеют высокий КПД, но не стабилизируют напряжение и частоту электросети, а переключение на питание от батарей происходит за несколько миллисекунд. Их мощность обычно невелика — от 220 до 2000 ВА.

— Неполная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой пропускаются обратно в сеть;

— Скачкообразное изменение напряжения, частоты и формы выходного напряжения при переходе на питание от батареи (время переключения >5 мс);

ИБП резервного типа: нормальный режим работы (rectifier — выпрямитель, inverter — инвертор, SPD — фильтр питания, bypass — байпас).

ИБП резервного типа: аварийный режим работы .

Для защиты более важного оборудования, например, серверов начального уровня, сетевого и телекоммуникационного оборудования, лучше использовать линейно-интерактивные ИБП. Они обеспечивают стабилизацию напряжения питания в заданном диапазоне и снижают влияние переходных процессов на работоспособность защищаемого оборудования.

Линейно-интерактивные ИБП поддерживают параметры питающего напряжения и синхронно переключают нагрузку на инвертор при его пропадании. В них инвертор включен параллельно электросети, он регулирует и стабилизирует выходное напряжение, одновременно заряжая батареи. Иногда ИБП дополняют автотрансформаторами, что позволяет расширить диапазон регулирования напряжения без перехода на батарею.

Преимущества данной технологии — стабилизация напряжения, меньшее время переключения на батареи и хорошо аппроксимированная синусоидальная форма напряжения на выходе ИБП. Существуют и более дешевые разновидности линейно-интерактивных ИБП со «ступенчатой» синусоидой.

Линейно-интерактивный ИБП: нормальная работа.

Линейно-интерактивный ИБП: аварийный режим.

— Ступенчатая стабилизация входного напряжения;

— Почти синусоидальная форма выходного напряжения;

— Отсутствие реальной изоляции нагрузки от сети распределения питания;

— Отсутствие регулировки и стабилизации входной частоты;

— Сравнительно слабая стабилизация выходного напряжения, особенно при переходных процессах или в случае пошагового изменения нагрузки;

Линейно-интерактивные ИБП не годятся и для защиты непрерывных технологических процессов, а также для построения централизованных систем гарантированного электропитания, где важно обеспечить полную независимость электрических параметров на выходе ИБП от параметров на входе.

Разновидность линейно-интерактивных систем — ИБП с дельта-преобразованием напряжения. Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке у них регулируется плавно, а не ступенчато, обеспечивается стабилизация частоты выходного напряжения.

ИБП с дельта-преобразованием в штатном и автономном режимах.

Главное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий КПД. Однако достигается он, когда параметры напряжения сети соответствуют номинальным значениям, входной импеданс нагрузки имеет только активную составляющую, а сам ИБП нагружен на полную мощность. В противном случае повышается нагрузка на основной и дельта-инвертор, или снижается эффективность использования входного трансформатора, что ухудшает КПД. К тому же эффекту приводит расширение диапазона входных напряжений для нормального режима работы. В итоге, имея преимущество по КПД (2-3%) в идеальных условиях, ИБП с дельта-преобразованием проигрывают линейно-интерактивным в условиях реальных.

— Меньшая степень защиты нагрузки в нормальном режиме работы от резких изменений входного напряжения вследствие инерционности схемы обратной связи;

— Отсутствие защиты нагрузки в нормальном режиме работы от отклонений частоты входного напряжения;

Линейно-интерактивный ИБП APC BR1000G дает на выходе не совсем чистую синусоиду, но такой аппроксимации достаточно для большинства устройств.

Самый технически совершенный класс источников бесперебойного питания — системы с двойным преобразованием — гарантируют выходные электрические характеристики, близкие к идеальным, как по напряжению, так и по частоте. За это приходится платить усложнением и удорожанием конструкции.

Системы с двойным преобразованием обеспечивают очень малое время переключения на работу от батарей и имеют высокие выходные электрические характеристики. Такие ИБП подходят для критически важных приложений, защиты мощных серверов и кластеров, телекоммуникационного оборудования и локальных сетей. Они имеют высокий КПД в режиме двойного преобразования (95-96%) и синусоидальную форму выходного напряжения.

На российском рынке присутствует более двух десятков моделей ИБП с двойным преобразованием. Примерно половина этих устройств предназначена для монтажа в стойку. Технология двойного преобразования позволяет гарантировать максимальную защиту от перебоев в электросети.

В таких ИБП входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором — обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП питает нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением. Инвертор включен последовательно с основным источником электроснабжения и всегда находится во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей.

В обычном режиме при питании от сети электроэнергия поступает через выпрямитель и инвертор, одновременно подзаряжая батареи. В случае пропадания или сбоя питания на входе ИБП инвертер запитывается от аккумуляторных батарей. Переключение происходит без использования статического переключателя, поэтому переход на работу от батарей мгновенен. Статический ключ в данной схеме используется только для перехода на режим автоматического байпаса для питания нагрузки в случае существенного сбоя в работе ИБП.

ИБП с двойным преобразованием отличает надежная защита нагрузки по электропитанию.

ИБП с двойным преобразованием: аварийный режим, питание от батареи.

В ИБП с двойным преобразованием поддерживается точная регулировка напряжения и частоты на выходе ИБП, бесперебойно осуществляется переход в байпас. Ручной байпас можно использовать для обслуживания и «горячей» замены батарей и самого ИБП.

Такие ИБП отличают постоянная стабилизация напряжения и частоты, непрерывность фазы выходного напряжения, отсутствие влияние нагрузки на сеть, полная фильтрация питания. Но есть и отрицательные стороны — сложность конструкции и высокая цена, относительно невысокий КПД. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк — от 600 ВА до нескольких сотен кВА.

— Питание нагрузки «чистым» синусоидальным электропитанием, стабилизированным по величине, частоте и форме напряжения, при работе от сети и от батарей;

— Дополнительные энергозатраты на двойное преобразование напряжения, снижающие КПД;

Класс VFI (Voltage & Frequency Independent) — выходные напряжение и частота ИБП не зависят от входных параметров.

• S соответствует синусоидальному выходному напряжению с коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) менее 8% как при линейной, так и при нелинейной нагрузке.
• X соответствует несинусоидальному сигналу с КНИ более 8% при нелинейной нагрузке.
• Y соответствует несинусоидальному сигналу при любой нагрузке, КНИ превышает установленные в IEC 61000-2-4 пределы.

Второй символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении линейной нагрузки. Тестирование проводится в нормальном и автономном режимах, выбирается наихудший показатель. Третий символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении нелинейной нагрузки. Конечно, ИБП имеют и другие характеристики, и их немало.