Выбрать ИБП и не разочароваться

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.

Исходные условия для выбора ИБП

Первым делом нужно сформулировать требования: чего всё-таки мы ждём от системы бесперебойного электропитания. Это может быть просто удержание «на плаву» в течение 1 – 2 минут нескольких офисных компьютеров, чтобы успеть закрыть все приложения. Но может быть и 1 – 2 часа работы сервера, чтобы за это время решить проблему с питанием.

После того как вы посчитаете мощность всех своих устройств, которые планируете подключать к ИБП, и определитесь с продолжительностью бесперебойной работы, нужно ответить и ещё на несколько важных вопросов, касающихся параметров вашей электросети.

Как часто отключают электричество? На какой временной промежуток?

Каково входное напряжение в сети? Бывают ли у него провалы/скачки? Какова величина этих отклонений?

Важно также определить критичность ваших приборов по отношению к форме сигнала.

Компьютеры, нагреватели и всё, что имеет импульсные источники питания, не чувствительны к этому. Но если вы намерены подключить электродвигатель, котел отопления, циркуляционный или погружной насос, компрессор и другое оборудование, имеющее трансформаторные источники питания или чувствительное к электрическим помехам в сети, то вам нужен сигнал в виде чистого синуса. И этот фактор необходимо строго учитывать.

Вся эта информация также необходима вам для правильного выбора ИБП.

Основные типы ИБП для компьютеров

Предлагаемые производителями бесперебойники для компьютера могут быть трех типов:

• Резервные (Back-UPS);
• Линейно-интерактивные (Smart-UPS);
• ИБП двойного преобразования (On-Line).

Каждый вид имеет свои отличительные особенности, с которыми стоит обязательно ознакомиться на этапе выбора подходящего ИБП.

Производители предлагают устройства разного типа

Резервный (Back-UPS)

Устройство, имеющее простое конструктивное исполнение. Обладает малой мощностью. Время задержки переключения составляет 10 мс. Используются для переключения на питание от аккумулятора в случае отключения электроснабжения и в обратном направлении, когда работа системы будет восстановлена.

Оптимальный вариант для домашних ПК, работающих в регионах со стабильным электроснабжением. Они не комплектуются стабилизаторами напряжения, а потому при любых колебаниях напряжения в работу включается встроенная батарея, что значительно сокращает срок ее службы.

Бюджетное решение для домашнего компьютера

Линейно-интерактивный (Smart-UPS)

В состав устройств данного типа входит ступенчатый стабилизатор напряжения. В случае скачкообразного изменения напряжения происходит выравнивание выходного напряжения до 220 В. При этом внутренняя батарея остается незадействованной. Для предотвращения перегрева при большой нагрузке на ИБП линейно-интерактивные (Smart-UPS) модели оснащаются системой активного охлаждения.

Внимание! Наличие ступенчатого стабилизатора напряжения способствует увеличению срок службы оборудования, одновременно повышая цену ИБП для компьютера.

Линейно-интерактивная модель способна увеличить срок службы компьютера

ИБП двойного преобразования (On-Line)

Самый дорогой тип. Подходит для профессионального использования. Отличается надежностью конструктивного исполнения. В основу работы положен принцип двойного преобразования входящего электричества: первоначально в постоянный, а затем в переменный ток. В результате КПД может достигать 95%.

Учитывая, что производители отказались от использования реле переключения, предназначенного для активации внутренней батареи при скачке напряжения, переключения осуществляется без задержки. Как следствие, такие модели позволяют обеспечить бесперебойное питание для компьютера, что особенно актуально для тех, кто работает дома через интернет.

Дорогостоящее решение для офисной компьютерной сети

Бесперебойники классифицируются по трем типам в зависимости от конструктивных схем:

1. Резервная используется для переключения на аккумуляторное питание.
2. Интерактивная применяется для линейно-интерактивных бесперебойников.
3. Схема двойного преобразования предназначена для блоков питания онлайн.

Резервные источники

ИБП оффлайн или резервный источник нужен для домашних компьютеров и поддержки работоспособности локальный сетей в офисах.

Принцип работы – автоматическое переключение ПК на питание от аккумуляторов при отключении электроэнергии. Роль переключателя играет механическое реле, отчего ИБП издает щелкающие звуки при изменении режимов работы.

Линейно-оперативные

Такие UPS применяются для защиты от перепада напряжений сетевого и телекоммуникационного оборудования или группы компьютеров.

Особенность работы – защита ПК от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим за счет включения в схему автотрансформатора.

Блоки питания онлайн (для серверов)

Мощные UPS с двойным преобразованием применяются для файловых серверов, рабочих серверных станций и сетевых устройств, которые требовательны к питающему напряжению.

Особенности действия – входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, затем через инвертор в эталонное переменное, которое подается на устройства. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и постоянно питает их в аварийном режиме.

UPS онлайн обеспечивают стабильное напряжение на серверах и нулевое время переключения на аккумуляторы.

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.

Какой источник бесперебойного питания купить

Универсального варианта практически не существует, при покупке ИБП нужно тщательно вычислять мощность и придирчиво изучать технические параметры. Взять и купить первый попавшийся вариант неприемлемо. В рейтинге от нашей редакции бесперебойники для ПК и газовых котлов разделены. Они отличаются конструктивно и функционально, потому что подключаемые устройства совершенно разные.

При покупке следует руководствоваться основными критериями выбора, обращать внимание на торговую марку и четко понимать, для каких целей приобретается устройство. Изначально нужно определиться с типом ИБП:

1. Резервные. Самые недорогие и простые аппараты, которые подают электричество от АКБ на потребителей.
2. Интерактивные. Аналогичны резервным, но способны стабилизировать напряжение, корректируют его на выходе при переключении на АКБ. Если сеть регулярно «прыгает», такой вариант – то, что нужно.
3. С двойным преобразованием. Дорогие продвинутые устройства, которые быстро переключаются с сети на аккумулятор, стабилизируя напряжение до 230 В и 50 Гц.

Какой лучше взять, зависит от типа подключаемого оборудования. Для компьютеров подходят интерактивные и с двойным преобразованием, для газовых котлов – те же плюс резервные.

Следующий шаг – вычисление мощностных параметров, в зависимости от количества потребителей и их чувствительности в сети. Чтобы выбрать самый лучший источник бесперебойного питания для защиты ПК или газового котла, нужно обратить внимание на бренд. Хорошо, если есть сервис компании в вашем населенном пункте, это облегчит возможный ремонт и покупку комплектующих в случае возникновения нештатных ситуаций.

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.

Популярные модели

Определяясь, как выбрать бесперебойник для компьютера, не стоит забывать о производителях приборов. К популярным маркам, в линейке которых есть качественные и эффективные ИБП, относят Powercom, P-com и APC. Пользуется популярностью продукция и других производителей, ценовая политика которых делает покупку более доступной — но качество таких источников обычно ниже.

APC Black-UPS 500



Компактная модель, поддерживающая подключение техники мощностью до 300 Вт. Позволяет подключать до 3 устройств к внутреннему аккумулятору и одно — напрямую.

Имеет функцию подзарядки аккумулятора — на это действие понадобится не меньше 6 часов.

Время работы при полной загрузке — до 5 минут, офисный ПК (200-250 Вт мощности) сможет работать до 10 минут.

Преимуществами модели считают хорошо собранный корпус, большое количество защитных функций, быстрое переключение на аккумулятор (6-10 мс), управление через ПК и доступную цену. К недостаткам можно отнести только небольшую мощность источника.

Powercom Raptor RPT-1025AP



Мощное устройство, поддерживающее подключение 6 электроприборов общей мощностью 615 Вт.

Такой модели хватит для работы игрового компьютера и монитора. Время переключения на батарею не превышает 4 мс.

На зарядку аккумулятора до полного уровня устройству потребуется около 4 часов.

К плюсам ИБП относят небольшое время заряда и длительную работу при полной нагрузке (до 20 минут), защиту от высокой влажности в помещении и минимальный уровень создаваемого шума. Минусов у модели практически нет.

APC Black UPS Pro 900G-RS



Модель отличается наличием 8 разъемов для подключения оборудования (4 к батарее, 4 напрямую). Максимальная поддерживаемая мощность — 540 Вт.

Модель оснащена монохромным дисплеем с синей подсветкой для отображения информации об оставшемся времени работы и текущем режиме заряда.

В устройстве используется две мощные батареи, время зарядки которых достигает 8 часов.

Плюсы прибора заключаются в полной защите от всех непредвиденных ситуация — от скачков напряжения до короткого замыкания. Производитель хорошо реализовал и управление через компьютер — в комплекте диск с фирменным ПО. Впечатляет и время работы — при подключении домашнего ПК общей мощностью потребления 120 ватт APC Black UPS Pro 900G обеспечит его стабильным питанием до 50 минут. Мы протестировали данный аппарат и были приятно удивлены его очень тихой работой. Минусов у данного устройства практически нет, за исключением, пожалуй, довольно большого веса. С полным обзором APC Black UPS Pro 900G вы можете познакомиться на нашем сайте в ближайшее время.

Sven Pro+ 800



Модель с общей мощностью до 480 Вт, обладает возможностью настройки с ПК и неплохими функциями защиты.

Производитель позаботился о прочном корпусе, имеющем, в общем, неплохой дизайн. Переключение на АКБ происходит в течение 10 мс, время для заряда — до 8 часов.

Преимущества прибора — доступная цена, управление с компьютера, интересный дизайн и сравнительно небольшие размеры.

Недостатки — возможность подключить к аккумулятору только 2 других устройства и большое время заряда батареи.

P-com PRO 1H



Очень мощный бесперебойник, обеспечивающий работу приборов с общим энергопотреблением до 800 Вт.

Отличается высоким уровнем безопасности и возможностью подключения дополнительных внешних аккумуляторов для повышения времени работы.

Причинами для покупки такой модели можно назвать защитные функции, поддержку дополнительных АКБ, удобную конструкцию и сравнительно невысокий уровень шума.

К минусам относят высокую стоимость и подключение только 2 устройств к АКБ.