Так нужен ли компьютеру переменный ток?
Где-то в макулатуре наткнулся на заметку ставящую вопрос «Нужен ли компьютеру переменный ток? Не ручаюсь за точность названия, но смысл его точно такой. Автор поставив конкретный вопрос, но мудрствуя, просто перечислил ряд напряжения и цвета проводов соединителей. Вопрос остался без ответа.
Когда-то, в одной из статей я коротко описал, о проблемах питания компьютера по сети переменного тока. Там же была описана возможность питания ПК от сети постоянного тока.
Попробую здесь кратко описать схему блока питания и вытекающие из нее возможности.
На заре энергетики, велись споры: каким током пользоваться в электротехнической практике, постоянным или переменным?
Знаменитые изобретатели находили (например Н. Тесла и Т. Эдисон), для обоснования своего мнения, положительные стороны в применении одного и другого.
Как во всякой борьбе использовались все методы, вплоть до фальсификаций. Но в конечном итоге победил переменный ток.
И причины не только в том, что двигатели переменного тока проще, надежнее и имеют более высокий КПД.
Главную роль сыграло то, что все более возрастающие мощности электрической энергии необходимо передавать от источника энергии (электростанции) на все большие расстояния к конечному потребителю. А на переменном токе эта проблема решалась достаточно просто. Подачей в линии электропередачи напряжения переменного тока высокого напряжения. Это напряжение с помощью трансформатора может повышаться на стороне источника энергии, высокое напряжение передается по линиям электропередачи с меньшими токами чем это бы пришлось делать на низком напряжении, а значит и с меньшими потерями. А на стороне потребителя таким же трансформатором напряжение понижалось до необходимой потребителю величины.
С тех пор мы используем в быту именно переменный ток. И он долго служил нам верой и правдой, поскольку большинство нагрузок было активными или индуктивными.
Какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов
Уровень напряжения – одни из критериев качества электроснабжения. Каждый из бытовых электроприборов рассчитан на продолжительную нормальную работу при условии питания его от напряжения, находящегося в пределах допустимых значений. В данной статье рассмотрим вопрос о том, какое напряжение в бытовой сети является оптимальным для работы электроприборов.
Уровень напряжения в электрической сети
Прежде всего, следует отметить, что на уровень напряжения в электрической сети влияет множество различных факторов. Электричество от источника – электростанции к конечному потребителю, в частности в жилые дома, приходит, пройдя несколько этапов преобразования. На первом этапе напряжение повышается для передачи его на большие расстояния, по энергосистеме. По мере приближения к конечному потребителю, электричество проходит несколько этапов преобразования напряжения до значений, используемых в быту.
Фиксированное значения напряжения в различных участках энергосистемы невозможно обеспечить, так как в энергетической системе постоянно происходят различные процессы: увеличивается или снижается нагрузка, соответственно изменяется и количество вырабатываемой электроэнергии на электростанциях, возникают аварийные ситуации на различных участках электрической сети, которые в той или иной мере влияют на уровни напряжения. Поэтому на каждом этапе преобразования электроэнергии осуществляется регулировка уровня напряжения, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
Основной задачей регулировки напряжения обеспечить уровень напряжения на тех или иных участках электрической сети в пределах допустимых значений. То же самое касается конечного этапа, который обеспечивает понижение напряжения величины, используемой в быту – 220/380 В.
В наиболее часто используемой для электроснабжения потребителей однофазной электрической сети напряжением 220 В нормально допустимые отклонения напряжения находятся в пределах +/- 5 %. То есть диапазон напряжения 209-231 В является нормальным, может быть постоянным, соблюдение напряжения сети в пределах данных значений является одним из критериев качественного электроснабжения.
Но, как и упоминалось выше, в электрической сети могут возникать аварийные режимы работы, которые могут влиять на уровни напряжения в электрической сети. В связи с этим существует еще одна норма – предельно допустимые отклонения напряжения, которые составляют +/- 10 % или 198-242 В.
Данные отклонения напряжения допускаются на незначительное время, как правило, на время ликвидации аварийной ситуации в электрической сети или на время оперативных переключений, в процессе которых происходит временное изменение значений напряжения электросети.
Какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов?
Выше приведены общие нормы напряжения электрической сети. Что касается бытовых электроприборов, то в большинстве случаев они проектируются для нормальной работы в диапазоне предельно допустимых отклонений напряжения, то есть 198-242 В. При этом электроприборы не должны выходить из строя в случае непродолжительного превышения напряжения выше 242 В.
Если рассматривать диапазоны допустимых напряжений в паспортах бытовых электроприборов, то можно выделить две группы электроприборов. К первой группе можно отнести те электроприборы, которые меньше всего подвержены перепадам напряжения – это электрический чайник, электропечь, бойлер, электрический обогреватель и другие электроприборы, в которых основным конструктивным элементом является тепловой нагревательный элемент.
Ко второй группе можно отнести электроприборы, которые наиболее подвержены перепадам напряжения – это, прежде всего, компьютерная техника, блоки питания различной техники, аудио- и видеотехника и различные дорогостоящие электроприборы, конструктивно имеющие электронные схемы, преобразователи.
В паспорте электроприборов первой группы в большинстве случаев можно увидеть рекомендуемое рабочее напряжение 230 В. По сути данные электроприборы будут работать и при более низком напряжении, но при этом они будут работать менее эффективно.
Электроприборы второй группы, как более подверженные к перепадам напряжений, проектируется с учетом работы в широких диапазонах. Часто диапазоны рабочих напряжений выходят ниже предельно допустимых. Например, блок питания аудио- видеоаппаратуры, зарядное устройство мобильного телефона рассчитано для работы в пределах 100-240 В.
Отдельно следует выделить бытовые приборы, конструктивно имеющие электродвигатель, насос или компрессор. Перечисленные элементы рассчитаны для работы при номинальном напряжении, как правило, это 220-230 В.
В случае понижения напряжения в электрической сети увеличивается ток нагрузки в электродвигателе (насосе, компрессоре), что в свою очередь приводит к перегреву его обмоток и снижению срока службы изоляции. В данном случае, чем ниже напряжение в электрической сети, тем меньше срок службы данных электроприборов, в частности их конструктивных элементов – электродвигателей (насосов, компрессоров).
Учитывая диапазоны допустимого напряжения всех электроприборов, используемых в быту, можно сделать вывод, что наиболее оптимальным напряжением в электрической сети является напряжение величиной 230 В. При таком значении напряжения будут нормально работать электроприборы с электродвигателями, нагревательными элементами, а также электроприборы, конструктивно имеющие электронные схемы и преобразователи.
Рассматривая вопрос о том, какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов, следует учитывать, что важен не только уровень напряжения, но и его стабильность.
Под стабильностью подразумевается отсутствие скачков напряжения, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Перепады напряжения негативно влияют на работу электроприборов и, в конечном счете, могут привести к выходу их из строя.
Допуски напряжения питания (ATX v2.2)
| Таблица допусков блока питания | |||
|---|---|---|---|
| Номинальное напряжение | Допуск в процентах | Минимальное напряжение | Максимальное напряжение |
| + 3,3 В | ± 5% | +3,135 В | +3,465 В |
| + 5VDC | ± 5% | +4,750 В | +5,250 В |
| + 5VSB | ± 5% | +4,750 В | +5,250 В |
| -5VDC (если используется) | ± 10% | -4,500 В | -5,500 В |
| + 12VDC | ± 5% | +11.400 В | +12.600 В |
| -12VDC | ± 10% | -10.800 В | — 13.200 В |
Хорошая задержка питания (PG Delay) — это время, которое требуется блоку питания для полного запуска и подачи правильного напряжения на подключенные устройства.
В соответствии с Руководством по проектированию блоков питания для форм-факторов настольной платформы, задержка исправности питания, называемая задержкой PWR_OK в связанном документе, должна составлять от 100 мс до 500 мс.
Power Good Delay также иногда называют PG Delay или PWR_OK Delay
Когда не обойтись без источника бесперебойного питания?
Если напряжение в вашей сети имеет склонность к периодическому пропаданию, а потеря всей несохраненной работы совершенно недопустима, придется раскошелиться на источник бесперебойного питания (ИБП). В случае полного отключения электроэнергии вам не поможет ни один сетевой фильтр или стабилизатор напряжения 220В для компьютера и другой электроники. Только бесперебойник!
Я уже писал о том, какими бывают бесперебойники, поэтому здесь остановлюсь на этом вопросе очень кратко.
Типы ИБП и необходимость приобретения к ним стабилизатора
Широко распространены ИБП трех типов:
- резервный;
- интерактивный;
- инверторный.
Рассмотрим их особенности.
Резервные ИБП
При наличии резервного ИБП подключенное оборудование питается либо от сети (через помехозащитный фильтр), либо от аккумулятора источника при пропаже напряжения сети или уменьшении его значения ниже предельно допустимого.
Недостатком ИБП подобного типа является значительное, до 4-12 мс, время переключения с сети на аккумулятор. Прежде чем приобрести резервный источник, следует выяснить, рассчитана ли подключаемая техника на подобный перерыв в подаче напряжения питания. Обычно настольный компьютер выдерживает подобный перерыв за счет поддержания выпрямленного напряжения питания конденсаторами блока питания.
Когда напряжение сети вновь появляется, происходит обратное переключение с аккумулятора на сеть, аккумулятор при этом начинает заряжаться, восполняя потери емкости за время автономной работы.
Спросом резервные ИБП пользуются благодаря бесшумности работы и высокому (до 99%) коэффициенту полезного действия КПД (что автоматически уменьшает тепловыделение).
При работе нагрузки от сети (основной режим работы резервного ИБП), отсутствует возможность регулировки напряжения на нагрузке, поэтому резервные ИБП, как правило, требуют наличия стабилизатора напряжения при нестабильной сети.
Интерактивные ИБП
Устройство интерактивного ИБП схоже с устройством резервного ИБП, но на его входе включен автотрансформатор, позволяющий автоматически корректировать величину выходного напряжения, доводя его до нормального. КПД этих ИБП чуть-чуть ниже, чем КПД резервных ИБП, вследствие потерь в автотрансформаторе.
Интерактивный ИБП не нуждается в дополнительном стабилизаторе, во всяком случае, в релейном или электромеханическом, поскольку произойдет дублирование функций. Время переключения также достаточно существенно (хотя и меньше, чем у резервного ИБП), и уменьшено оно может быть применение электронного или инверторного стабилизатора – в этом случае работа автотрансформатора интерактивного ИБП окажется просто ненужной, и эта часть схемы отключается.
Инверторные ИБП
Инверторные или, как их еще называют, ИБП с двойным преобразованием, рассчитаны на подключение наиболее ответственной компьютерной техники – серверов и станций локальных сетей, с высокими требованиями к питающей сети по напряжению, частоте и форме.
Время переключения в подобном ИБП отсутствует (или равно 0), поскольку нагрузка постоянно подключена к инвертору, работающему от аккумулятора ИБП, и даже не замечает пропажи сети. КПД инверторного ИБП невысок и на сегодняшний день не превышает 80%.
Аккумулятор инверторного бесперебойника работает в буферном режиме, т.е. при наличии сети он одновременно питает инвертор и заряжается от сети, и через него протекает сравнительно небольшой ток, что положительно сказывается на его сроке службы.
ИБП инверторного типа во внешнем стабилизаторе напряжения не нуждаются, поскольку сам является стабилизатором с широким диапазоном питающих напряжений – от 110 до 290 В. Необходимым условием является возможность заряда аккумулятора при широком диапазоне напряжений питающей сети, но производитель обычно эту возможность предусматривает.
Тесты
Самый простой тест — с использованием китайского тестера для блоков питания, позволяет оценить работу устройства без нагрузки и вообще проверить БП на работоспособность. Приборчик показывает что все напряжения строго соответствуют номинальным, только +12 В показывает превышение на 0.1 В, что вполне допустимо.
Можно переходить к тестам на реальной системе. В роли таковой выступают:
- Материнская плата: eVGA P55 Classified SLI
- Процессор: Core i7 870
- Видеокарта: GeForce GTX 590
- Память: 4 GB Memory DDR3 @ 1520 MHz
- Диск:OCZ Vector
В выключенном режиме блок питания потребляет около 0.27 Ватта, в обычном режиме работы — 175 Ватт. При запуске игр, нагрузка возрастает до 455 Ватт. Таким образом, по энергоэффективности этот блок питания входит в «золотую середину» среди конкурентов.
Очень приятно удивили замеры напряжения в простое и под нагрузкой: колебания составляют меньше 0.3 Вольт по всем линиям питания, хотя стандарт ATX допускает местами отклонения до 5 процентов, Silencer не нуждается в таких послаблениях.
На всех тестах блок питания оставался практически беззвучным, оправдывая свое название, только при самой большой нагрузке вы сможете услышать шум потоков воздуха.
Заключение
100-процентной защиты от опасных скачков напряжения не даст ничего, но качественный ИБП, стабилизатор или сетевой фильтр вкупе с электропроводкой нормального качества минимизируют риск. Помните, что их покупка обойдётся вам куда дешевле, чем замена дорогой техники (или, тьфу-тьфу, потеря бесценных данных) в случае чего. Выбирайте тип защитного оборудования и конкретную модель под свои нужны — и радуйтесь жизни. Спасибо за внимание и до новых встреч.
P.S.: А вам приходилось страдать от скачков напряжения в доме или на работе? Как была решена проблема? Расскажите в комментариях!
