Принцип работы ибп

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания фирмы АРС (часть 2)

К ИБП класса Off-line фирмы АРС относятся модели Back-UPS. ИБП этого класса отличаются низкой стоимостью и предназначены для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, сетевого оборудования, торговых и кассовых терминалов. Мощность выпускаемых моделей Back-UPS от 250 до 1250 ВА. Основные технические данные наиболее распространенных моделей ИБП представлены в табл.1.

Таблица 1. Основные технические данные ИБп класса Back-UPS

Модель	BK250I	BK400I	BK600I
Номинальное входное напряжение, В	220…240
Номинальная частота сети, Гц	50
Энергия поглощаемых выбросов, Дж	320
Пиковый ток выбросов, А	6500
Пропущенные в нормальном режиме значения выбросов напряжения по тесту IEEE 587 Cat. A 6kVA, %
Напряжение переключения, В	166…196
Выходное напряжение при работе от аккумуляторов, В	225 ± 5%
Выходная частота при работе от аккумуляторов, Гц	50 ± 3%
Максимальная мощность, ВА (Вт)	250(170)	400(250)	600(400)
Коэффициент мощности	0,5. ..1,0
Пик-фактор
Номинальное время переключения, мс	5
Количество аккумуляторов х напряжение, В	2×6	1×12	2×6
Емкость аккумуляторов, Ач	4	7	10
Время 90-% подзарядки после разрядки до 50%, час	6	7	10
Акустический шум на расстоянии 91 см от устройства, дБ
Время работы ИБП на полную мощность, мин	>5
Максимальные габариты (В х Ш х Г), мм	168x119x361
Вес, кг	5,4	9,5	11,3

Индекс «I» (International) в названиях моделей ИБп означает, что модели рассчитаны на входное напряжение 230 В, В устройствах установлены герметичные свинцовые не обслуживаемые аккумуляторы со сроком службы 3…5 лет по стандарту Euro Bat. Все модели оснащены фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройства подают соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБп переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства. Модели BK400I и BK600I имеют интерфейсный порт, подключаемый к компьютеру или серверу для автоматического самостоятельного закрытия системы, тестовый переключатель и выключатель звукового сигнала.

Структурная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I показана на рис. 1. Сетевое напряжение поступает на входной многоступенчатый фильтр через прерыватель цепи. Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя. Во входном фильтре-ограничителе электромагнитных и радиочастотных помех используются LC-звенья и металлооксидные варисторы. При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети, фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное. Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров. Форма сигнала на нагрузке — прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. В отличие от моделей Smart-UPS, в Back-UPS нет микропроцессора, для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.

Принципиальная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I практически полностью приведена на рис. 2-4. Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 (рис. 2). Трансформатор Т1 (рис. 3) является датчиком входного напряжения.

Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4…D8, IC1, R9…R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.

Если оно пропадает, то схема на элементах IC2…IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда ACFAIL включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4 (выводы 6, 7, 1 ) и электронного ключа IC6 (выводы 10, 11, 12), разрешает работу инвертора сигналом лог. «1», поступающим на выводы 1 и 13 IC2.

Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R1 23 и переключателя SW1 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.

Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора PUSHPL1 и PUSHPL2. В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4…Q6 и Q36, в другом -Q1…Q3 и Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования. Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота — резистором VR4 (рис. 3). Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3 (выводы 3…6), IC6 (выводы 3…5, 6, 8, 9) и IC5 (выводы 1…3 и 11…13). Схема на элементах SW1 (выводы 1 и 8), IC5 (выводы 4…В и 8…10), IC2 (выводы 8…10), IC3 (выводы 1 и 2), IC10 (выводы 12 и 13), D30, D31, D18, Q9, BZ1 (рис. 4) включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 с издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль за ее емкостью и за определенное время до ее разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы 4 и 5 переключателя SW1 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты — 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть выводы 1 и 8 переключателя SW1.

Все модели Back-UPS, за исключением BK250I, имеют двунаправленный коммуникационный порт для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя. На рис. 4 этот порт обозначен как J14. Назначение его выводов:

1 — UPS SHUTDOWN. ИБП выключается, если на этом выводе появляется лог. «1» в течение 0,5 с.

2 — AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП генерирует на этом выводе лог. «1».

3 — СС AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

4, 9 — DB-9 GROUND. Общий провод для ввода/вывода сигналов. Вывод имеет сопротивление 20 Ом относительно общего провода ИБП.

5 — СС LOW BATTERY. В случае разряда батареи ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

6 — ОС AC FAIL При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «1». Выход с открытым коллектором.

7, 8 — не подключены.

Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.

Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.

Виды источников бесперебойного питания

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.

Smart UPS

Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. 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.

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.

Аккумуляторная батарея и время автономной работы

На протяжении многих лет с момента появления источников бесперебойного питания на рынке цены на них оставались довольно высокими. И только с приходом новых перспективных фирм, которые предлагают качественные решения по более низким ценам, ситуация изменилась.
Технологические разработки последних лет сводились к улучшению параметров самих устройств и их аккумуляторов. Это происходило путем комбинации схем и применения современной элементарной базы. Появились новые функции, такие как индикация, «умный» контроллер и др. Также постепенно снижалась цена.

Сам источник бесперебойного питания не содержит большого количества очень дорогих и дефицитных компонентов. Большую часть его стоимости составляет аккумулятор. В источниках, предназначенных для домашнего использования, одна батарея.

Источники бесперебойного питания с переключением, как правило, оснащены аккумуляторной батареей из свинцово-кислотных элементов. Крайне редко производители используют батареи другого типа, к примеру, никель-кадмиевые.

Батареи различных моделей имеют разное напряжение. Оно может быть от шести до сорока восьми вольт (чаще всего 12 В), при максимальной емкости от шести до двадцати пяти ампер-часов. Для ИБП «домашнего» типа, обычно не предусмотрено увеличение времени работы в автономном режиме с помощью установки дополнительной батареи, хотя бывают и исключения. Сроки работы аккумуляторов от ведущих производителей зависят от типа источника бесперебойного питания и составляют от трех до шести лет.

Еще одной важной характеристикой данного устройства является его время работы от аккумуляторной батареи, в течение которого ИБП будет поддерживать питание в случае отключения электричества. Большинство моделей могут дать вам пять-семь минут, которых будет вполне достаточно, чтобы сохранить все необходимые файлы и выйти из операционной системы. Если же вам обычно требуется больше времени, то можно выбрать соответствующую модель ИБП, которая сможет поддерживать работу около двадцати минут.

Параметр времени автономной работы напрямую зависит от емкости аккумулятора и мощности подключенного к UPS оборудования. Правда, производитель в названиях своих продуктов и на коробках устройств, как правило, указывают не емкость АКБ, а ее полную мощность, которая измеряется чаще всего в вольт-амперах (ВА) или иногда в ваттах (Вт).

Самые слабые источники бесперебойного питания имеют мощность от 300 до 500 ВА, обеспечивающую время продолжительности работы в автономном режиме от 2 до 5 минут под полной нагрузкой. Более мощные представители, от 600 до 1000 ВА, позволяют проработать на компьютере при отключении электричества до 10 минут. Модели ИБП со значением мощности от 1100 до 2000 ВА и вовсе увеличивают время автономной работы для среднестатистического компьютера до 20 – 40 минут.

При этом не стоит забывать, что указанное нами время работы компьютерного оборудования от батареи очень условно и напрямую зависит от количества подключенных устройств и требуемой для их нормальной работы мощности. Например, системный блок, оснащенный топовой видеокартой и высокопроизводительным центральным процессором вкупе с 24-дюймовым монитором, будет потреблять гораздо больше энергии, чем обычный офисный компьютер. Если же к UPS дополнительно подключены и другие периферийные устройства, такие как принтер или сканер, то и они, будучи включенными, могут значительно уменьшить автономное время работы.

Что бы максимально увеличить время работы ПК в автономном режиме, сразу после отключения электричества закройте все «тяжелые» приложения (игры, редакторы, программы монтажа, кодировщики и т.д.), оставив работающими только самые необходимые программы. Это позволит снизить нагрузку на микропроцессор и графический адаптер, которые энергозависимы больше других внутренних устройств. Так же выключите неиспользуемое оборудование и уменьшите параметры яркости на мониторе.

Не стоит упускать из вида и еще одну немаловажную деталь. Чем мощнее ИБП, тем больше его габариты и масса. Так киловатное (1000 Вт) устройство может достигать почти полметра в длину и весить около 20 килограмм. Учтите это и при выборе всегда сообразовывайтесь с размерами вашего рабочего места.

Иногда у некоторых пользователей возникает очень заманчивая перспектива поставить на ИБП другой более мощный аккумулятор. Теоретически это может значительно повысить максимальное время работы, но на самом деле это скорее всего приведет в негодность либо саму батарею, либо устройство. Конечно, в Интернете можно встретить варианты «удачной» замены, но они продлили «автономное» время не более чем в 2 раза. Стоит ли рисковать?

Заключение

К наиболее крупным и популярным производителям оборудования, которое рассчитано на всевозможные мощности, можно отнести: APC, EATON (Powerware), Ippon и PowerCom. Все они довольно широко представлены на российском рынке во всех ценовых сегментах.

Первая уже многие годы выпускает высококлассную продукцию и является мировым лидером в сфере производства оборудования для защиты электропитания. Правда, стоимость источников бесперебойного питания компании APC выше, чем у конкурентов.

Несколько меньшую цену за свои изделия просит EATON – крупная американская корпорация, ныне выпускающая под своим именем ИБП, в основе которых лежат разработки ранее знаменитого бренда Powerware.

Если же вы ищите недорогие, но при этом функциональные решения для защиты вашего ПК от коллизий с напряжением, то к вашим услугам оборудование фирм PowerComи Ippon.

Правильно выбрав источник бесперебойного питания, вы надежно защитите компьютер от перепадов напряжения и связанных с ними неприятных последствий!

Источники бесперебойного питания в Донецке (ДНР)

Укажите ссылки на товары которые вас заинтересовали, и мы сделаем всё возможное, что бы привезти их для Вас!

Блиц-советы

• Если выбрать ИБП большой мощности (100-1500VA) он сможет обеспечить работу ПК на протяжении более длительного времени (1-2ч и более);
• При работе с асинхронными двигателями необходимо помнить, что они при пуске создают бросок тока, отбирая от сети мощность в 5 – 7 раз больше номинального паспортного значения;
• При подключении автоматики котлов к ИБП онлайн-типа, следует выбирать модель, снабженную «сквозным нулем». Это необходимо для работы автоматики контроля пламени котла.

Все права защищены © 2015-2022 HouseTronic.ru. Копирование материалов без указания активной ссылки на наш сайт запрещено.

Трансформатор от ИБП и его применение

Один из вариантов использования этого элемента бесперебойника – изготовление блока питания. Снимите трансформатор, омметром найдите обмотку с наибольшим сопротивлением: на нее подается 220 В. Теперь измерьте напряжение на остальных выводах и найдите 15 В. Остается к нему подсоединить выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор – блок готов. Простейшая схема подключения трансформатора от бесперебойника:

Подобное самодельное устройство можно использовать, например, для подзарядки ноутбука.