Основное назначение источника бесперебойного питания (ИБП) - временно обеспечить питание аппаратуры при перебоях в подаче электроэнергии. Подключать через ИБП компьютеры принято повсеместно. Правда, для многих пользователей это является своего рода «правилом хорошего тона», а практический смысл данного ритуала от них ускользает. «Ну, ИБП защищает компьютер от скачков напряжения…». Попробуем разобраться: что, от чего и как защищает источник бесперебойного питания?

По внутреннему устройству и логике работы все ИБП делятся на три класса: пассивные, линейно-интерактивные и ИБП с двойным преобразованием. Соответственно, они в разной мере справляются с происшествиями в электросети и относятся к разным ценовым категориям.

Пассивные (stand-by, VFD, back-UPS, резервные) источники - самые простые и дешевые. В них схема питания от аккумулятора обычно выключена, и запускается только при пропадании напряжения в электросети. Время переключения с работы от сети на работу от батареи составляет десятые доли секунды, а выходной сигнал при работе от аккумулятора заметно отличается от «правильной» синусоиды. Как правило, на входе таких ИБП установлены простейший фильтр помех и быстродействующий предохранитель. Первый частично сглаживает импульсные помехи, а второй должен сработать при значительном повышении напряжения в электросети. Пассивные ИБП предназначены для питания домашних и офисных ПК. Небольшой «провал» выходного напряжения в момент переключения на аккумулятор компьютерным блокам питания не страшен.

Линейно-интерактивные (line-interactive, VI, Smart-UPS) ИБП отличаются тем, что в них схема питания от аккумулятора включена постоянно. При исчезновении напряжения на входе «бесперебойника» его выходные розетки почти моментально переключаются на внутренний преобразователь - для питаемых устройств этот переход практически незаметен. Кроме того, многие линейно-интерактивные ИБП способны автоматически поддерживать выходное напряжение 220 В. Делается это двумя способами.

Пока напряжение сети находится в пределах от 175 до 275 В, срабатывает механизм AVR (Automatic Voltage Regulation, авторегулятор напряжения). При отклонении входного напряжения на величину от 10 до 25% ниже номинала ИБП повышает напряжение на выходе на 15%. При отклонении входного напряжения на величину от 10 до 25% выше номинала ИБП понижает напряжение на 15%. Если напряжение сети выходит за предельные значения, линейно-интерактивный ИБП переключается на питание от аккумулятора. В этом режиме он продолжает работать, пока или напряжение в сети не вернется к норме, или аккумулятор не разрядится. Однако такие ИБП не стоит рассматривать как стабилизаторы напряжения. Режим «стабилизации» у них вынужденный и кратковременный!

В ИБП с двойным преобразованием (double conversion, VFI, Online-UPS) напряжение на выход все время выдается от преобразователя, преобразователь постоянно работает от аккумулятора, а аккумулятор непрерывно заряжается от сети. Фактически вход и выход ИБП гальванически изолированы друг от друга, а на выход поступает стабилизированное напряжение. Это самая надежная, но вместе с тем и неэкономичная схема. Сам ИБП получается дорогим, большим и тяжелым, преобразователь сильно нагревается и требует охлаждения вентилятором, а потери энергии в ходе преобразования составляют десятки процентов.

ИБП с двойным преобразованием используют только для питания серверов и компьютеров в критически важных случаях. В широкую продажу такие модели поступают редко - обычно их поставляют под заказ. Скорее всего, для питания рабочих компьютеров вы приобретете пассивные, максимум, линейно-интерактивные ИБП.

Мощность источников бесперебойного питания принято указывать в вольт-амперах (VA, ВА). Чтобы перевести эти значения в более привычные ватты (Вт), нужно умножить мощность в вольт-амперах на коэффициент 0,6. Например, ИБП с характеристикой мощности 600 ВА обеспечит питанием технику с максимальным потреблением 360 Вт. Если дать большую нагрузку, сработает защита по току, и «бесперебойник» отключится. На практике желательно предусмотреть около 30% запаса по мощности. Таким образом, наиболее распространенные ИБП на 600 или 650 ВА подходят для питания компьютера с реальным потреблением 200-250 Вт и монитора, который забирает еще около 30-60 Вт.

Если расстановка компьютеров в помещении позволяет, выгоднее использовать один мощный ИБП вместо нескольких маленьких. На два офисных компьютера потребуется «бесперебойник» мощностью около 1000 ВА. Для питания трех компьютеров, стоящих рядом, достаточно одного источника мощностью около 1400 ВА.

Так от чего же защищает ИБП?

С ограничением импульсных помех от сети неплохо справляются и фильтры в блоке питания компьютера и монитора. Тем не менее два фильтра лучше, чем один! Защита от перенапряжения тоже важна. Если, например, отгорит нулевой провод в щитке, в розетке может оказаться напряжение почти 380 В. В блоках питания компьютеров и мониторов в таком случае обычно сгорают варисторы и предохранители. Ремонт копеечный, но требует времени. По идее, ИБП должен отреагировать на бросок напряжения раньше, чем сгорят предохранители в подключенной к нему технике.

Однако на первое место выходит защита данных. Если питание компьютера аварийно отключается, вся несохраненная информация пропадает. ИБП позволяет либо сохранить открытые документы и корректно завершить работу, либо перевести компьютер в спящий режим. Вручную сохранить документы проще всего. Переходя на питание от батарей, ИБП начинает громко пищать. Раз услышали такое предупреждение - проверьте, все ли сохранено. Далее смотрите по обстановке: или просто выключите компьютер, или переведите его в спящий режим.

Чтобы задействовать автоматику, необходимо соединить контрольный порт (USB или RS-232, в зависимости от модели) источника бесперебойного питания с компьютером сигнальным кабелем и установить на компьютере необходимое ПО. К сожалению, о такой возможности многие пользователи даже не подозревают! Работой ИБП управляет встроенный микроконтроллер. Его микропрограмма (прошивка) постоянно отслеживает напряжения и токи во внешних цепях, при включении и периодически во время работы выполняет тестирование электроники и батареи. Она же выдает в контрольный порт сведения о текущем режиме работы, состоянии компонентов ИБП. По кабелю эти данные поступают в компьютер, где их обрабатывает программа мониторинга.

Для работы с ИБП целесообразно использовать ту программу, которую предлагает его производитель. Например, для APC (www.apc.com) это программа Power-Chute, для Ippon (www.ippon.ru) - WinPower2009 и Ippon Monitor и т. д. Программу можно установить с диска, идущего в комплекте, но лучше скачать наиболее свежую ее версию с сайта производителя.

В настройках приложения нужно задать параметры автоматического выключения. Как правило, на выбор предлагается два варианта: или выключить компьютер через определенное время после перехода на резервное питание, или сделать это за какое-то время до предполагаемого полного разряда батарей.

Сколько времени «бесперебойник» способен проработать от аккумулятора?

Это зависит от емкости батареи и потребляемой мощности. В большинстве массовых моделей установлен один аккумулятор напряжением 12 В и емкостью 7 Ач. Теоретически ИБП с таким аккумулятором обладает запасом энергии около 80 Ватт-часов. Попросту говоря, он должен питать нагрузку мощностью 80 Вт примерно 1 час, 160 Вт - полчаса, 300 Вт - примерно 15 мин и т. д. Реально, с учетом потерь на преобразование, это время примерно вдвое меньше.

В источниках мощностью более 800 ВА обычно установлены два таких же аккумулятора или один, но большей емкости. Таблицы или калькуляторы для определения времени автономной работы при различной нагрузке для различных моделей приводятся на сайтах производителей. Однако «навскидку» можно принять, что любая модель сможет питать нагрузку номинальной для себя мощности в течение примерно 5-15 мин. Если нужно обеспечить достаточно долгое питание компьютера от аккумуляторов, лучше взять ИБП большой мощности с емкими батареями. Работать он будет всего на треть или четверть номинальной мощности. Зато такую нагрузку, низкую для себя, он сможет снабжать энергией полчаса и дольше.

Сетевому оборудованию (коммутаторам, маршрутизаторам, NAS) бесперебойное питание тоже полезно. В противном случае при отключении энергии сеть сразу же «упадет», а документы, открытые из сетевых папок, сохранить не удастся. Запитать коммутатор вы можете от ИБП ближайшего к нему рабочего места, хотя правильнее поставить для этого отдельный «бесперебойник» небольшой мощности.

Срок службы аккумулятора ограничен. По мере работы его емкость неуклонно снижается и через 3-5 лет эксплуатации падает почти до нуля. Еще до того, как индикатор на ИБП сигнализирует о необходимости замены батареи, становится заметно, что аккумулятор перестает «держать заряд». С каждым разом время автономной работы сокращается. В принципе, для сохранения документов и корректного выключения компьютера достаточно пары минут. Когда ИБП начинает отключаться еще раньше, батарею однозначно пора менять.

Заменить батарею несложно. В популярных ИБП марки APC и некоторых других аккумулятор находится под съемным лючком или крышкой. Чтобы добраться до аккумулятора в ИБП марки Ippon, SVEN и подобных им по конструкции, необходимо вывернуть четыре винта на днище и разъединить половинки корпуса. В инструкции и на официальном сайте вы вряд ли встретите описание самостоятельной разборки и замены: как и производители принтеров, изготовители ИБП значительную долю доходов получают от продажи «оригинальных» батарей с установкой их в авторизованных СЦ.

Тем не менее почти во всех компьютерных магазинах продаются герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы наиболее ходовых типоразмеров. Марка и производитель роли не играют: это вполне стандартные изделия. Предварительно откройте свой «бесперебойник» и выясните, какая батарея в нем установлена. Для большинства ИБП «офисного класса» (500-700 ВА) подходят батареи с маркировкой 12V 7Ah размерами 151×94×65 мм. Устанавливая новый аккумулятор, постарайтесь плотно одеть клеммы на контактные лепестки батареи. Если клеммы ослабли, их можно аккуратно поджать плоскогубцами.

После установки батареи ИБП желательно откалибровать, чтобы его микропрограмма оценила и запомнила параметры нового аккумулятора. Полностью зарядите батарею в течение суток. После этого извлеките вилку из розетки, чтобы ИБП перешел на автономное питание. Дайте батарее полностью разрядиться, пока «бесперебойник» не отключится сам. В качестве нагрузки лучше использовать не компьютер (хотя в крайнем случае и это допустимо), а несколько лампочек общей мощностью порядка 300 Вт. Затем вновь подключите к сети и включите ИБП - пусть батарея зарядится, а устройство продолжит работу в штатном режиме. Кроме калибровки устройства в целом такая процедура является и «тренировкой» аккумулятора. После полного цикла «разряда - заряда» батарея начинает максимально использовать свою емкость.

Зачем на многих ИБП сделаны телефонные (RJ-11) и сетевые (RJ-45) розетки?

Ни телефон, ни локальная сеть «бесперебойникам» не нужны по определению. Просто в качестве «бонуса» в одном корпусе с устройством установлены проходные фильтры импульсных помех для телефонной линии и сети. Соедините одно гнездо с телефонной розеткой на стене, а в другое включите телефонный аппарат. Если в телефонной линии возникнет высоковольтная наводка, например, во время грозы, фильтр сгладит бросок напряжения и защитит телефон.

Требования к качеству электроэнергии законодательно прописаны государственными стандартами и довольно жесткими нормативами. Электроснабжающие организации прилагают много усилий для их соблюдения, но, они не всегда реализуются.

В наших квартирах, да и на производстве, периодически возникают:

полные отключения электричества на неопределенное время;

апериодические кратковременные (10÷100 мс) высоковольтные (до 6 кВ) импульсы напряжения;

всплески и снижения напряжения с различной продолжительностью;

накладки высокочастотных шумов;

уходы частоты.

Все эти неполадки отрицательно влияют на работу бытовых и офисных потребителей электроэнергии. Особенно страдают от качества электропитания микропроцессорные и компьютерные устройства, которые не только совершают сбои, но и могут полностью потерять свою работоспособность.

Назначение и виды источников бесперебойного питания

Чтобы сократить риски от возникновения неисправностей питающей электрической сети используются резервные устройства, которые принято называть источниками бесперебойного питания (ИБП) или UPS (образовано от сокращения английской фразы «Uninterruptible Power Supply») .

Они изготавливаются с разной конструкцией для решения специфических задач потребителя. Например, мощные ИБП с гелиевыми аккумуляторами способны поддерживать энергоснабжение целого коттеджа в течение нескольких часов.

Их АКБ получают заряд от линии электропередач, ветрогенератора, или других носителей электроэнергии через выпрямительное устройство инвертора. Они же подпитывают электрические потребители коттеджа.

Когда внешний источник отключается, то аккумуляторы разряжаются на подключенную в их сеть нагрузку. Чем больше емкость АКБ и меньше ток их разряда, тем дольше они работают.

Иисточники бесперебойного питания средней мощности могут резервировать , систем поддержания микроклимата в помещениях и подобного оборудования.

В то же время самые простые модели UPS способны только завершить программу аварийного отключения компьютера. При этом длительность всего процесса их работы не превысит 9÷15 минут.

Компьютерные источники бесперебойного питания бывают:

встроенными в корпус устройства;

внешними.

Первые конструкции распространены в ноутбуках, нетбуках, планшетах и подобных мобильных устройствах, работающих от встроенного аккумулятора, который снабжен схемой переключения питания и нагрузки.

АКБ ноутбука со встроенным контроллером является источником бесперебойного питания. Его схема в автоматическом режиме защищает работающее оборудование от неисправностей электросети.

Внешние конструкции ИБП , предназначенные для нормального завершения программ стационарного компьютера, изготавливаются отдельным блоком.

Их подключают через сетевой адаптер питания к электрической розетке. От них запитывают только те устройства, которые отвечают за работу программ:

системный блок с подключенной клавиатурой;

монитор, отображающий происходящие процессы.

Остальные периферийные устройства: сканеры, принтеры, акустические колонки и другое оборудование от UPS не запитывают. Иначе они при аварийном завершении программ будут забирать на себя часть энергии, накопленной в аккумуляторах.

Варианты построения рабочих схем ИБП

Компьютерные и промышленные UPS изготавливают по трем основным вариантам:

резервирования электропитания;

интерактивной схемы;

двойного преобразования электроэнергии.

При первом методе резервной схемы , обозначаемым английскими терминами «Standby» или «Off-Line» напряжение поступает из сети к компьютеру через ИБП, в котором электромагнитные помехи устраняются встроенными фильтрами. Здесь же установлен , емкость которого поддерживается током заряда, регулируемым контроллером.

Когда пропадает или выходит за установленные нормативы внешнее питание, то контроллер направляет энергию АКБ на питание потребителей. Для преобразования постоянного тока в переменный подключается простой инвертор.

Преимущества UPS Standby

Источники бесперебойного питания схемы Off-Line обладают высоким КПД, при поданном на них напряжении, тихо работают, мало выделяют тепла и относительно дешевы.

Недостатки

UPS Standby выделяются:

долгим переходом на питание от аккумулятора 4÷13 мс;

искаженной формой выходного сигнала, выдаваемого инвертором в виде меандра, а не гармоничной синусоиды;

отсутствием корректировки напряжения и частоты.

Такие устройства наиболее распространены на персональных компьютерах.

ИБП интерактивной схемы

Их обозначают английским термином ««Line-Interactive». Они выполняются по предыдущей, но более усложненной схеме за счет включения стабилизатора напряжения, использующего автотрансформатор со ступенчатым регулированием.

Это обеспечивает корректировку величины выходного напряжения, но управлять частотой сигнала они не способны.

Фильтрация помех в нормальном режиме и переход на инверторное питание при авариях происходит по алгоритмам UPS Standby.

Добавлением стабилизатора напряжения различных моделей с методиками управления им позволило создавать инверторы с формой сигнала не только меандра, но и синусоиды. Однако, небольшое количество ступеней регулирования на основе релейных переключений не позволяет реализовать функции полной стабилизации.

Особенно это характерно для дешевых моделей, которые при переходе на питание от аккумулятора не только завышают частоту выше номинальной, но и искажают форму синусоиды. Помехи вносит встроенный трансформатор, в сердечнике которого происходят процессы гистерезиса.

В дорогих моделях работают инверторы на полупроводниковых ключах. UPS Line-Interactive имеют большее быстродействие при переходе на питание от АКБ, чем у ИБП Off-Line. Оно обеспечивается работой алгоритмов синхронизации между входящим напряжением с выдаваемыми сигналами. Но при этом происходит некоторое занижение КПД.

ИБП Line-Interactive нельзя использовать для питания асинхронных двигателей, которые массово установлены на всей бытовой технике, включая системы отопления. Их используют для работы устройств с , где питание фильтруется и выпрямляется одновременно: компьютеров и бытовой электроники.

ИБП двойного преобразования

Эта схема UPS получила название по английскому словосочетанию On-line» и работает на оборудовании, требующем высококачественного питания. В ней производится двойная конверсия электроэнергии, когда синусоидальные гармоники переменного тока постоянно преобразуются выпрямителем в постоянную величину, пропускаемую через инвертор для создания повторной синусоиды на выходе.

Здесь АКБ постоянно подключен в схему, что исключает необходимость его коммутаций. Этим способом практически исключается период подготовки источника бесперебойного питания на переключения.

Работу ИБП On-line по состоянию аккумулятора можно разделить на три этапа:

стадия заряда;

состояние ожидания;

разряд на работу компьютера.

Период заряда

Цепи входа и выхода синусоиды разорваны внутренним переключателем UPS.

Подключенный к выпрямителю аккумулятор получает энергию заряда до тех пор, пока его емкость не восстановится до оптимальных значений.

Период готовности

После окончания заряда АКБ автоматика источника бесперебойного питания замыкает внутренний переключатель.

Аккумулятор поддерживает состояние готовности к работе в буферном режиме.

Период разряда

АКБ автоматически переводится на питание компьютерной станции.

У источников бесперебойного питания, работающих по методике двойного преобразования электроэнергии, КПД в режиме питания от линии ниже, чем у других моделей из-за расхода энергии на выделение тепла и шума. Но в сложных конструкциях применяются методики, позволяющие увеличить КПД.

UPS On-line споосбны выправлять не только величину напряжения, но и его частоту колебаний. Это выгодно отличает их от предыдущих моделей и позволяет использовать для питания различных сложных устройств с асинхронными двигателями. Однако, стоимость таких устройств значительно выше предыдущих моделей.

Состав ИБП

В зависимости от вида рабочей схемы в комплект источника бесперебойного питания входят:

аккумуляторы для накопления электроэнергии;

Обеспечивающее поддержание работоспособности АКБ;

инвертор для формирования синусоиды,

схема управления процессами;

программное обеспечение.

Для удаленного доступа к устройству может использоваться локальная сеть, а повысить надежность схемы можно за счет ее резервирования.

В отдельных источниках бесперебойного питания используется режим «Байпас», когда нагрузка запитывается отфильтрованным напряжением сети без работы основной схемы устройства.

Часть UPS имеет ступенчатый регулятор напряжения «Бустер», управляемый от автоматики.

В зависимости от необходимости выполнять сложные технические решения источники бесперебойного питания могут оснащаться еще дополнительными специальными функциями.

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.

Зачем нужен UPS (ИБП)

Принцип работы ИБП раскрывается в названии – это такой источник, на выходе которого напряжение есть всегда . Но мы здесь собрались технари-реалисты, и понимаем, что ничего вечного нет, поэтому ниже разберемся в принципе действия.

ИБП в основном используются там, где пропадание электропитания может вызвать негативные последствия. Например, питание компьютеров и серверов, питание устройств связи и распределения сигналов (роутеры), питание устройств, автоматическая перезагрузка (перезапуск) которых без участия человека невозможна.

Как мой читатель доработал ИБП для стратегически важной системы (2 сервера, и т.д.). Кроме того, усовершенствовал схему, и добавил возможность использования обычного автомобильного аккумулятора.

Для бытовых вещей это прежде всего компьютеры и системы отопления.

Следует понимать, что ИБП выбираются на время работы нагрузки 10-15 мин, редко до получаса. Предполагается, что за это время питание появится, либо человек (оператор) предпримет необходимые действия (сохранит данные, позвонит в энергослужбу предприятия, завершит технологический процесс).

ИБП нельзя рассматривать в качестве резервного источника питания. Он является лишь аварийным источником, и в лучшем случае используется очень редко, в общей сложности не более 10 минут в год (несколько раз, на время не более минуты). Если это время больше, то следует задуматься о повышении качества электропитания.

Резервным источником питания можно считать такие источники, которые полностью могут заменить основное питание на длительное время, от нескольких часов до нескольких суток. Это может быть другая линия (см.статью про ), ветряной генератор. Теоретически, для этих целей может служить и ИБП, но для этого нужны аккумуляторы огромной ёмкости, что значительно повлияет на цену такой системы.

Виды источников бесперебойного питания

Виды (типы) ИБП имеют множество названий, но их всё равно ровно три. Разберёмся.

Итак, три основных вида ИБП:

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.

Чем-то напоминает , которое отключает нагрузку, а Back UPS не отключает, а переключает на аккумулятор, что позволяет ей некоторое время поработать.

Smart UPS

Другие названия – Line-Interactive, ИБП интерактивного типа. Недалеко ушли по принципу действия от Back.

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.

Данное устройство напоминает со ступенчатым переключением обмоток автотрансформатора. С той лишь разницей, что при выходе за рабочие пределы стабилизатор будет бессилен, а наша “умница” введёт в работу аккумулятор, и питание не пропадёт.

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.

Минусов онлайн ИБП два – цена и КПД. КПД низкий, т.к. такой ИБП включен в работу постоянно, что следует из названия. В отличии от двух других типов.

Существуют разновидности онлайн УПС, в которых используется так называемый “сквозной ноль”, для правильной работы газовых электрокотлов. Это связано с тем, что такие котлы чувствительны к наличию реального нуля, для правильного розжига.

Исследование ИБП с помощью осциллографа

А теперь – самое интересное.

Напряжение на выходе Back UPS

Провёл исследование с использованием осциллографа Fluke 124. Осциллограммы (форма импульсов и колебаний на выходе ups) привожу и комментирую ниже.

Что видно по этой временной диаграмме? Период 20мс, частота 50Гц, амплитуда 315В. Стоит отметить, что фаза синуса и генерируемых импульсов совпадает, что хорошо. При пропадании сетевого напряжения ИБП мешкается 5-7 мс, и затем идут импульсы, которые называются “квази-синус”. Вот они:

Back UPS. Напряжение на выходе при питании от батарей.

Осциллограф померял RMS напряжение (среднеквадратическое), оно соответствует норме. Однако, когда я измерил это же напряжение мультиметром, я получил значение 155 В. Почему на выходе UPS низкое напряжение?

Дело в том, что мультиметр меряет только первую гармонику с частотой 50Гц. Для синуса всё гладко. Но если измерять напряжение таких вот импульсов, надо мерять именно RMS, среднеквадратическое, иначе не будут учтены следующие гармоники – 100, 150, 200 Гц. А они составляют значительную часть энергии, до 30%. Эту особенность знают производители UPS, и чтобы не заморачиваться (и не повышать цену на свои изделия), выдают на наши приборы такие импульсы с амплитудой около 370В.

Подробнее об измерении среднеквадратического несинусоидального напряжения – на видео:

Вот укрупненный график, где видно, что напряжение после переключения сначала повышается на пол секунды до 400В, а потом стабилизируется:

Back UPS. Выход, длительность 2 секунды

А вот как меняется форма напряжения на выходе Back-UPS в момент перехода с батарейного на сетевое питание:

Back UPS, – Напряжение на выходе ИБП при переходе с батареи на сеть. Форма импульсов на выходе ups

Тоже фаза не меняется, всё замечательно. Подключал на выход ИБП , переключал туда-сюда режимы питания – пускатель втянут надежно, никаких проблем.

В качестве испытуемого был ИБП APC Back-500-RS, параметры на фото ниже:

Параметры Back UPS – задняя панель

Напряжение на выходе Smart UPS

Теперь приведу для полноты картины осциллограммы напряжений на выходе Smart UPS. Испытаниям подвергался UPS Ippon Smart Power Pro 1000.

Smart UPS_Сеть-батарея

Время переключения также для всей современной аппаратуры несущественно – менее 7 мс.

Плавного изменения напряжения на входе я не делал, поскольку не было такой цели. Полагаю, что в данном случае Умный ИБП ведёт себя точно так же, как и релейный стабилизатор напряжения.

Данные исследования проведены в рамках проекта по промышленного холодильника.

#Тип_оборудования
Производимые в настоящее время источники бесперебойного питания делятся на следующие группы:

• Резервные (Back или Standby) - самый примитивный тип ИБП, назван так, потому что батарея и инвертор в нормальном состоянии при работе от сети полностью отключены от нагрузки на выходе, а переключение на них происходит только в случае пропадания питания на входе (либо выхода его напряжения за допустимые пределы), время переключения с работы от сети на работу от батареи составляет обычно десятые доли секунды, а выходной сигнал имеет форму меандра или простейшего приближения синусоиды.

  ИБП данного типа, как правило, не защищают подключённую аппаратуру от помех при работе от сети, также к ним категорически запрещено подключать устройства, имеющие значительный компонент индуктивной нагрузки, а именно: трансформаторные БП (кроме БП небольшой мощности для модемов и т.п.) и электродвигатели переменного тока, поскольку подача несинусоидального сигнала на такие устройства чревата их выходом из строя, т.е. корректно они работают только с импульсными БП, которыми оснащены все современные ПК, мониторы и существенная часть периферии и бытовой аппаратуры. Тем не менее, даже в случае с импульсными БП подача меандра или трапеции вместо синуса приводит к повышенному количеству помех на внутренних выходах блоков питания устройств, работающих от таких ИБП. Поэтому к данным ИБП не рекомендуется подключать аудио-видео аппаратуру и дорогостоящие либо выполняющие ответственную работу ПК, их основное применение - домашние и офисные ПК.

• Линейно-интерактивные (line-interactive) - более сложный тип ИБП, в которых совмещённый инвертер/конвертер постоянно подключен к выходу, и благодаря этому время переключения значительно сокращено. Выходной сигнал может иметь форму как ступенчатого приближения (аппроксимации) к синусоиде, так и чистой синусоиды у старших моделей.
  
  

  Такие ИБП наиболее популярны в настоящее время как для настольных компьютеров, так и для серверов. Тем не менее, линейно-интерактивные ИБП могут как иметь систему автоматического регулирования выходного напряжения при работе от сети, так и не иметь её. Также стоит обратить внимание на форму выходного сигнала, от этого достаточно сильно зависит область применения таких ИБП.

• С двойным преобразованием (double conversion) - ИБП, в котором батарея постоянно заряжается от сети и отдаёт ток инвертору, благодаря чему подключаемая к нему нагрузка полностью гальванически развязана с электрической сетью общего пользования и постоянно питается от чистой синусоиды.
  
  
  Данные ИБП не имеют каких-либо ограничений по типам подключаемой аппаратуры, если её максимальная потребляемая мощность не превышает возможности ИБП. Их основное применение - контрольно-измерительная аппаратура, ответственное коммуникационное оборудование, серверы повышенной надёжности и прочие применения, где требуется максимально качественное и надёжное электропитание.
• С дельта-преобразованием (Delta conversion) - самый современный тип ИБП, отличающийся от ИБП с двойным преобразованием тем, что инвертер может напрямик получать ток от конвертера, минуя батарею, что в итоге приводит к увеличению КПД устройства при работе от сети.
  
  

Содержание:

Стабильная работа компьютеров и другой оргтехники полностью зависит от наличия питания в сети, к которой они подключены. В случае перебоев с подачей электроэнергии техника просто перестанет функционировать. В современных условиях эта проблема легко решается путем подключения источника бесперебойного питания. Поэтому многих волнует вопрос, когда возникает необходимость в ИБП для компьютера: на что стоит обратить внимание при покупке данного оборудования. Какие параметры и критерии следует учитывать?

Рекомендуется изначально определиться, для каких целей необходимо это устройство. Если проблема заключается лишь в стабилизации сетевого напряжения, можно вполне обойтись более простыми и дешевыми . Однако в случае регулярных перебоев с подачей электроэнергии, обязательно потребуется ИБП, который нужно правильно выбрать для конкретного компьютера.

Применение ИБП в быту

К основным неполадкам сети относится полное отсутствие напряжения, наличие высоковольтных импульсных помех, краткосрочные и продолжительные скачки напряжения, высокочастотные помехи и другие факторы, при наличии которых требуется использование ИБП. Данные устройства обеспечивают бесперебойную работу компьютерной техники от нескольких минут до одного часа.

Схема бесперебойного питания выбирается в соответствии с условиями эксплуатации, временем переключения нагрузки от сети на аккумулятор и обратно, а также продолжительностью работы самой аккумуляторной батареи.

ИБП для домашнего компьютера

Прежде чем приобретать то или иное устройство, следует выяснить, как работает ИБП. В его блоке установлен датчик, который непрерывно проверяет характеристики тока в сети и уровень напряжения. Если параметры начинают расти или падать слишком быстро, он отключает компьютер от сети и тут же переключает его на использование запасного источника питания.

При переключении на запасной источник ИБП подает световой и звуковой сигналы. Помимо этого, практически ко всем ИБП есть программа, которая разрешает автоматически отключать компьютер по исчерпании заряда аккумулятора. Когда в сети снова появится электроток, датчик сигнализирует об этом и он переключает компьютер на питание от сети и начнет заряжать встроенный аккумулятор.

Аккумуляторные батареи, применяемые в устройствах, рассчитаны на низкое напряжение. Для получения рабочего значения, с помощью инвертора выполняется его преобразование в синусоидальное. Одновременно напряжение аккумулятора повышается и выравнивается с номинальным напряжением сети. Таким образом, батарея всегда готова к работе и мгновенно переключается, когда это необходимо.

В процессе эксплуатации следует учитывать, что работа ИБП при номинальной нагрузке возможна лишь в течение короткого времени. За этот период можно успеть сохранить данные и корректно отключить компьютер. Во время работы не допускаются перегрузки, в этих случаях защита сразу же отключает выход устройства. Данные проблемы легко решаются за счет увеличения емкости аккумулятора и мощности инвертора.

Какой ИБП выбрать для компьютера

Существуют различные типы устройств для бесперебойного питания компьютерной техники. Они отличаются принципом действия и разделяются на три основных типа:

• Резервные ИБП . Применяется, когда в сети возникает сильное падение напряжения или оно полностью отсутствует. В этом случае происходит переключение на аккумуляторы резервного ИБП. Переключение происходит очень быстро - в течение 10 миллисекунд и менее, что никак не нарушает бесперебойную работу компьютера. При переключениях во время скачков напряжения рекомендуется использовать стабилизатор. Это позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи. Решая вопрос, как выбрать источник бесперебойного питания, следует помнить, что данное устройство получило широкое распространение, благодаря сравнительно невысокой стоимости, высокому КПД и низкому уровню шума. Устройство может работать в автономном режиме 5-15 минут. При выборе и покупке рекомендуется создавать запас по мощности в пределах 20-30%.
• Линейно-интерактивные ИБП . Конструкция этих устройств дополнена стабилизатором напряжения, поэтому они более функциональные и дорогие. Переключение на аккумуляторы происходит только при полном отсутствии электричества, поэтому срок эксплуатации батарей более продолжительный. В автономном режиме линейно-интерактивные ИБПработают до 20 минут. Они отличаются повышенной экономичностью и более высокой степенью защиты. Из недостатков следует отметить шум, создаваемый вентилятором охлаждения стабилизатора.
• ИБП с двойным преобразованием напряжения . Относятся к категории наиболее сложных и дорогих устройств. В процессе работы переменный ток преобразуется в постоянный, а затем, опять в переменный. Выходное напряжение составляет 220 В и характеризуется идеальной синусоидой. Батареи постоянно находятся во включенном состоянии, поэтому времени на переключения вообще не требуется. Решая вопрос, как выбрать ИБП для компьютера по мощности, нужно учитывать, что данные устройства обеспечивают бесперебойную работу дорогостоящей аппаратуры, которая не должна останавливаться даже на короткое время. Недостатками являются низкий КПД, высокая стоимость, высокий уровень выделения тепла и шума.

При покупке того или иного устройства нужно обращать внимание на его основные характеристики. Мощность самого ИБП выражена в вольт-амперах (ВА), а мощность подключенного компьютера - в ваттах (Вт). Перевести одну величину в другую можно с помощью коэффициента 0,7. Например, если мощность устройства составляет 1000 ВА, то получится 1000 х 0,7 = 700 Вт. С учетом запаса мощности к данному ИБП может подключаться нагрузка в пределах 500 Вт.

Кроме того, делая выбор ИБП для компьютера, следует обращать внимание на продолжительность автономной работы при максимальной нагрузке, наличие или отсутствие защиты от коротких замыканий самого ИБП и подключенной аппаратуры. Рекомендуется получить информацию у продавца о возможности замены батареи, проверить наличие дисплея и других специфических элементов.

Как подобрать ИБП для компьютера по мощности

Довольно часто возникает вопрос, какую мощность должен иметь ИБП? Чем больше энергопотребление компьютера, тем большей мощностью должен обладать его блок питания и, соответственно также, ИБП. Большинство моделей выражают мощность не в привычных ваттах, а в вольт-амперах.

Рассчитать мощность ИБП для компьютера довольно легко путем, умножения мощность монитора и блока питания в ваттах на 1,6. Допустим, что сумма энергопотребления вашего монитора и блока питания равняется 200 Вт. В этом случае вам потребуется источник бесперебойного питания мощностью в 320 ВА (1,6х200). Для большей надежности повысьте это значение еще на одну треть. В результате выйдет величина порядка 400 ВА. Потом просто, ищите модель как раз с такой мощностью.

У некоторых пользователей возникает проблема, расчета мощности ИБП для компьютера. Для этого нужно определить мощность нагрузки, которая не должна быть выше 70% от мощности ИБП на выходе. Например, потребление электроэнергии процессором составляет 65 Вт, видеокартой - 170 Вт, материнской платой - 40 Вт, приводом DVD - 20 Вт, диском HDD - 40 Вт, прочим оборудованием - 30 Вт. Количество возможных потерь условно принимается за 20%. Таким образом, потребление компьютера без потерь будет до 365 Вт, а с потерями - 438 Вт. Следовательно, приобретаемый источник бесперебойного питания должен обладать мощностью в пределах 500-620 Вт.

Подключение источника бесперебойного питания для компьютера

Иногда у хозяев компьютерной техники возникает вопрос, как установить ИБП? Нужно источник бесперебойного питания подсоединить к обычной электрической розетке, а далее в розетки, размещенные на его корпусе, вставьте сетевые вилки устройств, которые вы собираетесь защитить от перебоев с электропитанием. Если источник бесперебойного питания поддерживает автоматическое отключение компьютера и другие функции управления, которые осуществляются при помощи ПК, его следует подсоединить также к системному блоку, как правило, при помощи USB-шнура.

Существует несколько вариантов подключения в том числе и с использованием , компенсирующего перепады от 140 до 260 вольт. Данный способ используется наиболее часто, поэтому его следует рассмотреть подробнее. Кроме стабилизатора потребуется сетевой фильтр. Перед подключением нужно уточнить параметры всех составляющих. Мощность стабилизатора и ИБП должны быть примерно равны, а мощность ИБП должна быть выше мощности блока питания компьютера.

Порядок подключения:

• Стабилизатор напряжения подключается в сеть, после чего к нему подключается сетевой фильтр.
• После этого сам ИБП соединяется с сетевым фильтром. На корпусе устройства имеется кнопка, которая нажимается и удерживается до тех пор пока не загорится индикатор включения.
• Далее к ИБП подключается компьютер, то есть системный блок и монитор. При наличии дополнительных выходов можно подключить колонки, принтер и другое оборудование.

Некоторые источники бесперебойного питания оборудуются программным управлением, которое нужно правильно настроить после подключения. В панели управления, в разделе «Электропитание», после установки прибора высветится отдельное окно ИБП. В нем настраиваются все необходимые параметры в зависимости от мощности компьютера и условий эксплуатации.