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.

ИБП по топологии

Основная классификация источников бесперебойного питания затрагивает топологию их работы, или схемы построения устройства:

Резервные ИБП (off-line, back-UPS, standby) — простейшие бесперебойники, которые при помощи пассивных фильтров ликвидируют электромагнитные помехи и высоковольтные импульсы. Если напряжение пропадает или выходит за рамки нормированных значений, то нагрузка, питаемая от сети, переходит автоматически на питание от батареи ИБП.

Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) — модели бесперебойников со стабилизатором напряжения, позволяющим регулировать уровень входного напряжения. Современные производители настолько усовершенствовали линейно-интерактивный ИБП, что это устройство по сочетанию цены и надежности стало оптимальным решением для домашнего использования. При существенной нестабильности сети (частых колебаниях напряжения в диапазоне от 15-20 В) резервный бесперебойник будет постоянно переключать нагрузку на автономное питание, что негативно скажется на сроках службы батарей. Линейные ИБП больше подходят для сетей с нестабильным напряжением. Время переключения на работу от аккумулятора меньше, чем у первого типа бесперебойникв. Могут различаться по форме выходного напряжения: ИБП синусоидальный или с прямоугольным (трапецеидальным) напряжением.

ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line, double conversation) — профессиональные бесперебойники большой мощности с самым высоким уровнем надежности. ИБП с двойным преобразованием применяются для защиты серверов, ЦОД, рабочих станций, узлов связи, медицинского оборудования, критически важных приложений.

Принцип работы ИБП on-line типа заключается в следующем:

• переменный ток на входе преобразуется в постоянный;
• инвертор преобразует постоянный ток в переменный и подает его к нагрузке.

Таким образом, бесперебойнику удается постоянно обеспечивать нагрузку чистым и стабильным (колебания не более 1%) напряжением. Время автономной работы некоторых моделей при подключении дополнительных аккумуляторных модулей может быть продлено до нескольких десятков часов.

ИБП on-line типа в системе ЦОД

Рассчитываем мощность

Самая популярная ошибка при расчёте необходимой мощности ИБП – это простое сложение мощностей подключаемых устройств плюс 20 – 30%-ный запас. Насчет запаса можно не спорить, но вот посмотреть, откуда берутся цифры по мощности, однозначно стоит.

Обычно эти данные берут из технического описания устройства, выбирая при этом верхнее, пиковое значение. Однако реальная потребляемая мощность как правило, в несколько раз ниже.
Вторым параметром для расчёта необходимой мощности ИБП является время, которое он должен выдержать после отключения питания. Информацию о времени автономной работы ИБП при различных нагрузках можно найти на официальном сайте производителя или позвонив в службу клиентской поддержки.

Выбираем количество ИБП
Сэкономить деньги можно в том случае, если установить один мощный ИБП, а не несколько более слабых. В частности, один ИБП на 1000 Вт будет стоить дешевле двух ИБП по 500 Вт со схожими характеристиками. При условии, что модели производителя достаточно надежны, это не приведёт к увеличению рисков.

При этом необходимо посчитать, сколько нужно выходных разъемов для подключения бесперебойного питания. Нужно учитывать, что не все выходы с ИБП его поддерживают. Обычно разъемы с бесперебойным питанием маркируются специальным текстом или цветом.

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.

Причины для покупки ИБП

Покупка источника бесперебойного питания не всегда является обязательной. В ряде случаев без такого устройства можно обойтись — например, при использовании недорого или старого компьютера, на котором не хранятся ценные сведения. Прибор не нужен, если на ПК периодически создается резервная копия информации, или сеть работает стабильно, а вероятность скачков напряжения минимальная.

Рекомендуется покупка ИБП, если скачки напряжения или отключения электроэнергии происходят постоянно. Не стоит обходиться без такого источника и для рабочего ПК, потеря сведений на котором может стать серьезной проблемой. Прибор желательно купить и для новой техники, ремонт которой обойдется значительно дороже, чем экономия на ИБП.

Три основные типа ИБП

Off-line (Back-UPS, резервный, Standby) источник бесперебойного питания

Принцип действия бесперебойника такого типа очень простой:

Пока в сети есть электроэнергия в пределах установленных значений, ИБП подает на подключенные устройства напряжение напрямую от сети, одновременно подзаряжая батарею. Питание, проходящее через UPS, при этом не регулируется, фильтрация импульсов и помех происходит на самом простом уровне, с помощью пассивных фильтров. Форма сигнала соответствует сигналу сети, т. е. синусоиде.

Как только напряжение в сети пропадает, ИБП переходит на питание от батарей. Инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный ток на выходе, в UPS этого типа установлен один из самых простых, поэтому форма сигнала не соответствует правильной синусоиде. Максимум, что предпринимают производители — несколько приближают ее к синусоиде, делая ступенчатой.

На автономное питание off-line УПС переходит также в том случае, если уровень напряжения в сети падает ниже или поднимается выше пороговых значений, они могут быть разными в зависимости от марки бесперебойника.

Время переключения на аккумуляторы в различных моделях составляет от 5 до 20 мс. Это сравнительно много, и для некоторых моделей оборудования такая долгая задержка может неблагоприятно сказаться на работе . Длительное срабатывание реле связано с тем, что устройству необходимо, чтобы в момент включения автономного питания фазы напряжений сети и батарей совпадали, а поскольку они не синхронизированы, на это уходит некоторое время.

Схема работы источника бесперебойного питания резервного типа.

Плюсы Standby UPS:

• недорогая цена,
• высокий КПД,
• бесшумная работа.

Недостатки:

• долгое переключение на работу от батареи (от 5 до 20 мс);
• форма выходного сигнала — не синусоида;
• фильтрация помех, шумов и импульсов на линии довольно грубая;
• нет регулировки напряжения и частоты при работе от сети.

Линейно-интерактивные ИБП



Пример линейно-интерактивного ИБП: модель AEG Protect ALPHA 1200

Этот тип источников бесперебойного питания покупатели выбирают чаще всего, так как он оптимально сочетает функциональность и цену.

В принципиальную схему работы линейно-интерактивных UPS включен AVR — модуль автоматической регулировки входящего напряжения сети. То есть, в отличие от UPS резервного типа, он не просто пропускает сквозь себя питание, но и стабилизирует его, правда не плавно, а ступенчато.



При работе от сети при нормальном уровне напряжения линейно-интерактивный источник бесперебойного питания пропускает входящий сигнал через пассивные фильтры помех и шумов, одновременно заряжается батарея.





При повышении или понижении напряжения в сети, линейно-интерактивный ИБП производит его ступенчатую корректировку. При достижении напряжением определенного порога, AVR понижает или понижает его на фиксированную величину (или процент). Таких порогов-ступеней в схеме работы AVR может быть прописано несколько, также для работы с пониженным и повышенным уровнем может быть предназначено разное количество ступеней корректировки (например, 2 — для повышения, и 1 — для понижения).







Если напряжение в сети падает или поднимается до значений, которые лежат вне доступного входного диапазона бесперебойника, устройство переходит на работу от батарей, так же как и в случае полного отключения электроэнергии. Эти минимумы и максимумы могут различаться в зависимости от загруженности ИБП. К примеру, если UPS загружен на 70%, а вольтметр показывает 160В в сети, бесперебойник переключается на аккумуляторы. А при загрузке на 30% и напряжении в 150В он все еще производит регулировку при помощи AVR-трансформатора.





Часть линейно-интерактивных моделей ничем не отличаются по форме выходного сигнала от бесперебойников резервного типа: у них ступенчатая синусоида. Некоторые производители, особенно с ростом спроса ИБП для котлов, оснащают свои бесперебойники инверторами, выдающими правильную синусоиду.



Время переключения на работу от аккумуляторов в линейно-интерактивных ИБП с чистой синусоидой меньше, чем у его резервных собратьев. Причина в том, в УПС-ах этого типа совпадают формы кривой напряжения (и от сети, и от батареи это синусоида), что ускоряет синхронизацию фаз и, соответственно, запуска автономного питания.

Плюсы line-interactive ИБП:

• разумная цена,
• бесшумная работа,
• автоматическая регулировка входящего напряжения,
• в некоторых моделях — чистая синусоида на выходе,
• время переключения меньше, чем в резервных (в среднем 4-8 мс, в некоторых моделях 2-4 мс).

Недостатки:

• отсутствует регулировка частоты,
• недостаточно полная фильтрация помех, шумов и импульсов сети,
• регулировка напряжения не плавная, а ступенчатая,
• КПД ниже, чем в off-line источнике бесперебойного питания.

ИБП двойного преобразования (on-line)



Пример ИБП с двойным преобразованием: модель EATON PW9130 1500VA.

Это самый дорогой, но и самый лучший вид ИБП. Он оптимально подходит для дорогого капризного оборудования, для которого важно не только постоянное напряжение, но и частота, а также эффективная фильтрация шумов, сигнал в форме чистой синусоиды и отсутствие задержек при переключении на работу от батарей.

Фактически, такой источник бесперебойного питания работает постоянно, стабилизируя, фильтруя входящий сигнал, выравнивая частоту и форму выходного сигнала.



В режиме работы от сети, поступающее переменное напряжение стабилизируется и превращается в постоянное выпрямителем и распределяется между батареей (для подзарядки, если необходимо) и инвертором. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, выдавая на выходе сигнал в форме чистой синусоиды, правильной частоты, правильного напряжения. Помехи и шумы полностью отсутствуют — их просто не остается после двойного преобразования.



Такое постоянное «включение» бесперебойника в сеть дает одно из его весомых преимуществ: мгновенное переключение на работу от батарей. Собственно, это даже сложно назвать «переключением», так как питание проходит через выпрямитель, батарею (во время зарядки) и инвертор постоянно. В момент падения напряжения в сети ниже пороговых значений или полного отключения электроэнергии инвертор просто начинает забирать часть энергии от батареи, а не от выпрямителя. Это происходит мгновенно.





ИБП с двойным преобразованием обычно имеют еще один режим работы: байпас. Это резервная линия, которая идет напрямую от входа к выходу UPS, в обход выпрямителя, батареи и инвертора. Она позволяет в критические для ИБП моменты: перегрузка (например, стартовыми токами), выход из строя инвертора и другие — пустить электроэнергию к подключенным устройствам напрямую, избежав выхода из строя элементов устройства.





Постоянная работа ИБП имеет определенный недостаток: повышенное теплоотделение, которое требует эффективного охлаждения. Поэтому UPS online чаще всего оснащены вентиляторами, что делает их эксплуатацию в жилых помещениях не такой комфортной, как бесшумных бесперебойников других типов.

Плюсы онлайн ИБП:

• постоянная стабилизация напряжения,
• постоянная стабилизация частоты,
• чистая синусоида на выходе,
• эффективная фильтрация шумов, импульсов и помех,
• мгновенное переключение на батареи.

Недостатки:

• высокая цена,
• повышенный уровень шума,
• наиболее низкий КПД среди всех типов ИБП.

Выбирая бесперебойник, нужно учитывать, что существуют и исключения. Некоторые линейно-интерактивные ИБП могут стоить дороже, чем онлайн-модели другого производителя, время переключения на работу от батарей в резервном UPS может быть не больше, а даже меньше, чем в каком-нибудь линейно-интерактивном UPS и т. д. Поэтому в любом случае необходимо читать характеристики конкретной модели.

Где купить ИБП для компьютеров, цены, каталоги

Прежде чем оформить заявку в магазине на конкретную модель, стоит провести мониторинг рынка. Это позволит узнать ориентировочную стоимость моделей, обладающих нужными функциональными возможностями. Предлагаем узнать среднюю цену, по которой можно купить ИБП для компьютера. Информация представлена в таблице:









• Устройство с двойным преобразованием.
• Способно обеспечить выходную мощность 2000 ВА / 1800 Вт.
• При полной загрузке гарантирует сохранение работоспособности на протяжении 5 минут и при половинной – в течение 15 минут.



• Линейно-интерактивная модель, оснащенная информационным дисплеем.
• Комплектуется шестью евро-розетками.
• Предусмотрены порты RJ45 для локальной сети, RJ11 для телефонной связи и USB порт.
• Не имеет стабилизатора напряжения.

Таким образом, выбрать устройство для бесперебойного питания для дома несложно. Ориентируясь на основные характеристики, каждый сможет подобрать подходящую модель для собственных нужд. Делитесь в комментариях, какие ИБП установлены в вашем доме и/или офисе, и почему вы сделали выбор в пользу данной модели.