Рассмотрим, схемы бесперебойника для компьютера

Различие ИБП по форме синусоиды

Кроме отличия ИБП по принципу работы, они отличаются по форме синусоиды. Ее можно увидеть только на экране осциллографа.

Форма выходного напряжения инверторов ИБП: синусоидальная – а, двухступенчатая аппроксимация синусоиды – б, трехступенчатая аппроксимация синусоиды – в

Аппроксимированная синусоида

Аппроксимированная синусоида на экране осциллографа выглядит ступенчатой линией. Это не имеет значение для большинства электроприборов, но в тех случаях если в приборе стоит трансформатор, как в старых телевизорах, или есть электродвигатель, то включать их через этот ИБП нельзя. Аппроксимированная синусоида является суммой разных частот и напряжений, в то время как трансформаторы и электродвигатели рассчитываются на частоту 50Гц. В результате они теряют в мощности, греются, гудят и могут выйти из строя. Если же к аппарату подключена только аппаратура с импульсными блоками питания (практически вся современная), то она прекрасно работает с аппроксимированной синусоидой. В импульсных блоках питания входное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется  в постоянное напряжение 220V, которое не зависит от формы синусоиды.

Однако встречаются приборы с трансформаторными блоками питания. Первым признаком несоответствия формы синусоиды является сильный гул, намного громче, чем при питании от сети. Лучше всего, при пробном включении ИБП с аппроксимированной синусоидой, все приборы включать поочередно и при появлении сильного гула сразу выключить. Обычно это маломощные блоки питания или аппаратура с питанием от сети 220V.

Такие ИБП или инверторы стоят дешевле устройств с чистой синусоидой, но к ним нельзя подключать насос системы отопления или холодильник.

ИБП с чистой синусоидой

Приборы высшей ценовой категории на выходе имеют чистую синусоиду. Это дает возможность подключать к ним любую аппаратуру, в том числе электродвигатели, насосы и трансформаторы, но стоят эти ИБП намного дороже, что делает их использование для обеспечения работы электроотопления или стиральной машины невыгодным. Подробнее об этом рассказано в статье «ИБП для дома«.

Бесперебойник с двойным преобразованием IPPON Innova RT 1000

• мощность 900 Вт;
• при полной нагрузке 3.5 минуты от батареи;
• КПД 88%;
• максимум 276 В;
• интерфейсы USB, RS-232.

В ИБП для сервера используется двойное преобразование. Бесперебойник выдает мощность в 600 Ватт и работает от батареи в течение трех с половиной минут. При половинной нагрузке время увеличивается до 12 минут. Поддерживаемое напряжение 270 Вольт. Выходная частота в диапазоне от 50 до 60 Герц.

Предусмотрена звуковая сигнализация, а также реализована возможность холодного старта. Присутствует автоматический режим By-Pass. Информация о работе отображается на большом ЖК дисплее. Имеется слот для дополнительных интерфейсов, а также поддержка SNMP. Используются сухие контакты. Для подключения предусмотрены компьютерные разъемы.

ИБП выдает стабильное напряжение при любых условиях (спасибо встроенному выпрямителю). В случае отключения подачи энергии получится завершить работу сервера правильно. Продукт отличается высокой стабильностью. Но у него чересчур шумный кулер.

Плюсы:

• двойное преобразование;
• работа от аккумулятора до 12 минут;
• зарядка батареи за 4 часа;
• встроенный выпрямитель;
• режим By-Pass;
• большой ЖК экран;
• поддержка SNMP;
• звуковая сигнализация;
• мощность 600 Ватт.

Виды источников бесперебойного питания

Определенные виды ИБП различаются в соответствии с конструкцией и схемотехникой. По этим признакам выделяют несколько основных разновидностей продуктов. Они предназначены для решения разных задач. Поэтому заменить одно устройство другим просто невозможно.

Рассмотрим основные типы бесперебойников:

• Резервный. Простейший источник, применяющийся для работы с оборудованием, которое должно функционировать постоянно. Суть его в том, что он обеспечивает резервное питание при отключении подачи электричества. Такие модели используются в тандеме с котлами отопления, циркуляционными насосами и прочими приборами такого типа. Для компьютеров такие бесперебойники никак не подходят, поскольку не могут обеспечить достаточной мощности и не способны адекватно реагировать на неполадки в электрической сети.
• Интерактивный. Умеет работать с компьютерами и прочей подобной техникой. По сути, это умное устройство, оперативно реагирующее на изменения в подаче энергии на подключенные устройства. Такие аппараты способны выпрямлять напряжение, защищать чувствительную аппаратуру от внезапных скачков и оперативно переключаться на резервное питание. Минусом таких ИБП является малое время работы от аккумулятора. Но для сохранения необходимых данных и правильного выключения компьютера времени хватит.
• С двойным преобразованием. Наиболее продвинутые устройства, использующиеся для серверов, а также другой аппаратуры. Применяются там, где важна постоянная работа без сбоев. Отличаются повышенной надежностью и стабильностью. У таких ИБП аккумулятор постоянно подключен к сети питания. Поэтому нет никаких просадок при переключении на резервное питание. Еще одна особенность – подача стабильного тока 230 В /50 Гц благодаря встроенному стабилизатору напряжения. Однако такие девайсы дороги.

Поддержите наш проект в соц. сетях!

Как выбрать ИБП

УПС могут использоваться для защиты бытовой и офисной техники, ПК, промышленного оборудования. Сферой применения определяется и выбор модели ИБП, а чтобы сделать его правильно, нужно знать потребляемую техникой мощность.

Ее номинальная величина в ваттах указана в технической документации или на наклейке с задней панели каждого устройства. Так как бесперебойники характеризуются ее значением в ВА, то в расчетах необходимо использовать формулу P(VA)=P(W)/0,7.

Подключение оборудования, общая мощность которого превышает номинальное значение у самого UPS, приведет к его перегрузке и отключению. Поэтому выбирать ИБП следует, исходя из суммарной нагрузки от всей аппаратуры, которую планируется к нему подключить.

Номинальная мощность бесперебойника должна быть выше расчетной на 20-30%. Например, работу оборудования мощностью 750 ВА обеспечит ИБП с номинальным ее значением не ниже 1 кВА. Кроме того, нужно учитывать резкое увеличение нагрузки во время пуска приборов с электродвигателем (компрессоры, насосы), поэтому производителями ИБП разработаны специальные программы для расчета их требуемой мощности.

Время автономной работы УПС подбирается в зависимости от задач, которые будут выполняться. Для защиты компьютеров, мониторов, аудио- и видеоаппаратуры подойдут недорогие устройства offline или smart типа. Если в сети наблюдаются частые перепады напряжения, то лучше взять бесперебойник с функцией AVR.

Для того, чтобы была возможность увеличить время работы ИБП в автономном режиме, выбирают модели с внешним размещением батарей – емкость такого устройства легко увеличивается дополнительными аккумуляторами, которые подсоединяются параллельно.

Лазерные принтеры, инструменты и бытовые приборы с электродвигателями, а также другое оборудование, чувствительное к качеству подаваемого напряжения (требующее правильной синусоиды), обеспечивается питанием только через блоки online типа.

При выборе модели ИБП следует обратить внимание на количество и виды разъемов, которыми она оснащена. Они должны соответствовать подключаемой технике по количеству (желательно с запасом) и типу

Советы по использованию прибора

В установке и подключении прибора нет ничего сложного. Всю нужную информацию можно найти в инструкции, которая прилагается к оборудованию.

Подключение к сети должно быть постоянным

Правила эксплуатации выглядят так:

• бесперебойник должен быть постоянно подключен к сети;
• все источники и относящиеся к ним батареи должны находиться на небольшом расстоянии друг от друга. Это же касается источников тепла;
• в определенных случаях требуется заземление. В некоторых моделях имеется такой выход;
• не рекомендовано подключение к выходам ИБП тройников и сетевых фильтров;
• температура должна быть оптимальной (не ниже 20, и не выше 26 градусов);
• воздух в комнате должен быть максимально сухим. Если влажность в помещении очень высокая, нужно поискать для установки устройства какое-нибудь иное место.

Правила нужно выполнять точно. Иначе бесперебойник будет постоянно «капризничать» и требовать участия владельца.

Нарушение правил грозит обернуться серьезными последствиями. В лучшем случае срок службы будет снижен, в худшем – произойдет короткое замыкание и начнется пожар.

Напряжение на выходе Back UPS

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

Back UPS. Осциллограмма при переходе с сети на батарею.

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 пускатель 2-й величины, 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

ИБП резервного класса

ИБП этого класса, относят к самым простым. Это устройство работает по очень простому принципу – питание потребителей осуществляется через электрическую сеть, если питание пропадает, то оно начинает поступать от АКБ, являющихся неотъемлемой частью устройства. Зарядку аккумуляторов происходит при работе устройства от сети. Статистика говорит о том, что эффективность таких приборов лежит в диапазоне от 55 до 60%.

Большая часть приборов этого класса работают по описанной технологии. Как правило, их используют для защиты компьютера в домашних условиях. Особенно актуально использование такого изделия для тех, кто живет за пределами городской черты. Но, так сложилось, что обеспечивают предельно низкий уровень защиты. Очистка сигнала от помех осуществляется только частично. Довольно часто такого уровня защиты хватает для потребителей, установленных дома, но в производственных условиях качество электрического питания должно быть выше.

Резервные источники хорошо работают в связке с домашним компьютером, но они физически не могут работать с насосными станциями или отопительными котлами. Дело в том, что источники резервного типа не в состоянии обеспечить синусоидальный тип напряжения. Если для такого прибора как домашний компьютер – это некритично, то для более сложных устройств, это может привести к выходу их из строя.

Принцип эксплуатации экстрактора

Причины использования

Кратковременные нарушения нормальной работы электрической сети являются неизбежными. Причиной большинства кратковременных нарушений электроснабжения являются короткие замыкания. Полностью защитить электрическую сеть от них практически невозможно или, во всяком случае, это стоило бы очень дорого. Кратковременные перерывы питания случаются значительно чаще, чем длительные. Длительного перерыва питания возможно избежать, используя автоматический ввод резерва (АВР). При этом кратковременные перерывы питания будут не только при коротком замыкании на любой из питающих АВР линий, но и на линиях, питающих соседних потребителей.

Бесперебойное от гарантированного электропитания отличается тем, что в случае гарантированного электропитания допускается перерыв на время ввода в действие резервного источника. В случае бесперебойного электропитания требуется «мгновенный» ввод в действие резервного источника

Это важное требование ограничивает круг пригодных к применению в источниках бесперебойного питания резервных источников. На практике обычно может быть применен только один такой источник — аккумуляторная батарея

Основной функцией ИБП является обеспечение непрерывности электропитания посредством использования альтернативного источника энергии. Кроме того, ИБП повышает качество электропитания, стабилизируя его параметры в установленных пределах. В ИБП в качестве накопителя энергии обычно используются химические источники тока. Кроме них, могут применяться и иные накопители. В качестве первичного источника может использоваться электропитание, поступающее от электросети или генератора.

Промышленность

Батарея аккумуляторов

Сложное технологическое оборудование современного промышленного производства не может нормально функционировать, если электроснабжение не бесперебойное. Для многих промышленных предприятий перерыв питания на несколько секунд или даже на десятые доли секунды ведет к нарушению непрерывного технологического процесса и к остановке производства.

Если допустимое время перерыва питания меньше 0,2 с, возможно только использование источников бесперебойного питания, защита автоматическими выключателями цепи с коротким замыканием для уменьшения времени перерыва питания в таком случае невозможна или неэффективна. Если допустимое время более 0,2 с, возможно использование защит электросети или использование источников бесперебойного питания. При допустимом времени 5…20 с возможно отказаться от источников бесперебойного питания и использовать АВР.

Для электродвигателей провалы напряжения в сети 0,4 кВ длительностью 0,3…0,5 с могут привести к тому, что векторы остаточной ЭДС электродвигателей могут оказаться в противофазе с векторами напряжения сети. В результате при восстановлении питания произойдет срабатывание электромагнитных расцепителей автоматических выключателей и окончательное отключение электродвигателей. При этом провалы напряжения длительностью менее 0,3 с не представляют опасности, поэтому для электродвигателей борьба с провалами напряжения обычно направлена на предотвращение отключения контакторов в цепи главного питания 0,4 кВ. Одной из таких мер является питание цепей управления контактора от источника бесперебойного питания.

Восприимчивость промышленных контроллеров на логических микросхемах к провалам напряжения аналогична восприимчивости компьютеров.

Нарушение работы контакторов и реле может произойти при прерывании напряжения 5…10 мс и 80…120 мс. Разница в работе одного и того же устройства возникает из-за разницы в мгновенной величине напряжения переменного тока, когда начался провал напряжения. При прохождении напряжения через ноль устойчивость более чем в 10 раз больше.

Для резервированного питания промышленных и военных объектов нередко используются ДДИБП. В частности, они работают на космодроме Байконур.

Медицина

В медицинских стационарах (больницах) нередко требуется обеспечить стабильное электропитание, в частности, освещение и питание аппаратуры при хирургических операциях. Для этого используются мощные ИБП, как статические, так и ДДИБП.

В быту и офисах

Наиболее распространенное в быту и офисах применение — выключение компьютера без потери данных при отключении электроэнергии. При провалах напряжения длительностью 0,2 с происходит остановка процедур чтения/записи компьютера; 0,25 c — блокировка операционной системы; 0,4 c — перезагрузка.

Аварийное

Источники питания, которые используются в случае перерыва нормального питания, делятся на резервные и источники питания для систем безопасности.

На какие параметры ориентироваться при выборе ИБП

Одна из основных характеристик, по которой нужно выбирать ИБП – максимально допустимая мощность подключаемых приборов. Бесперебойник может быть использован для ПК (системного блока и монитора), роутера, оргтехники, приставок и других устройств. Потребляемую ими электроэнергию необходимо суммировать.

Мощность ИБП указывают в В·А (вольт-амперах) или в Вт

При подборе устройства важно не перепутать эти показатели

Лучше всего иметь запас по мощности в 30-40%. Во-первых компьютер может быть модернизирован в сторону увеличения производительности или к нему могут быть подключена дополнительная периферия.

А во-вторых время автономной работы бытовых батарей (это второй важнейший показатель) на максимальной нагрузке невелико и составляет, как правило, 1-3 минуты.

При уровне потребления 50-70% от максимального, батареи могут поддерживать питание приборов гораздо дольше: 6-20 минут для бытовых моделей.

Некоторые ИБП допускают подключение внешних аккумуляторов. Это значительно продлевает время автономной работы. Маломощный компьютер сможет работать несколько часов

Диапазон входного напряжения определяет, до каких значений бесперебойник не будет питать компьютер от аккумуляторов. При частой просадке напряжения не следует брать устройства, у которых нижняя граница этого интервала больше 180 В. Иначе частое включение и отключение батарей приведет к быстрой потере их емкости.

Количество выходных разъемов вовсе не гарантируют подключение соответствующего количества устройств компьютерной периферии – ИБП способен нести определенную мощность. Всегда рекомендуется прикинуть суммарные волтьамперы устройств.

Многие ИБП имеют ЖК-дисплей и/или подключение к компьютеру через USB-порт. Это позволяет запрограммировать их действия при проблемах с электроснабжением, а также информировать компьютерную операционную систему об этом.

При размещении бесперебойников в жилых или офисных помещениях важен их уровень шума. Приборы, работающие по резервной схеме питания, не выделяют много тепла и не имеют кулеров, поэтому они самые тихие.

Если ИБП работает в паре с компьютером и у него исправен вентилятор, то он издает звук, сравнимый по мощности с шумом системного блока. Иногда, при перегрузках, бесперебойник может выдавать высокочастотные раздражающие звуки.

И последний параметр, который нужно учесть – вес устройства. Особенно, если его место будет на полках компьютерного стола или есть планы по креплению прибора на стену.

ИБП часто устанавливают и для другой бытовой техники, подробнее о выборе таких устройств читайте в статьях:

1. Бесперебойник для телевизора: десятка лучших моделей ИБП + ценные советы перед покупкой
2. ИБП для газовых котлов отопления: назначение, обзор моделей, советы по обслуживанию

Характеристики и принцип работы

Основными характеристиками, на которые следует обратить внимание, являются мощность и тип. ИБП бывают:

• резервного типа;
• линейно-интерактивные (гибридные);
• с двойным инвертированием (онлайн).

Принцип работы бесперебойника заключается в автоматическом обеспечении напряжением подключённой нагрузки за счёт накопленной энергии аккумуляторов при исчезновении сетевого напряжения или изменении его показателей.

ИБП резервного типа

Они являются простыми и недорогими устройствами, не предназначенными для стабилизации выходного напряжения, их амплитуда и частота остаются неизменными. В основе работы лежит использование реле. При обычном режиме работы реле подключает нагрузку напрямую к электросети, а при её пропадании переключает устройство на работу от аккумулятора. Фильтрация входного напряжения пассивная.

Недостатки:

• не имеют функций стабилизации;
• слабая фильтрация входного сигнала;
• длительное время переключения на режимы работы составляет порядка 5 миллисекунд;
• при работе от аккумулятора искажённая форма сигнала (несинусоидальная форма);
• присутствие паразитных процессов при переключении режимов;
• быстрая выработка аккумуляторов.

UPS этого типа, как правило, не выпускаются большой мощности и используются совместно с техникой, не требующей синусоидального сигнала на выходе (персональные компьютеры или бытовая техника).

Положительными чертами этого типа устройств является применение пассивного охлаждения, не требующего вентиляторов, и низкая стоимость. С другой стороны, из-за повышенной температуры в корпусе изделия быстрее приходят в негодность аккумуляторы, что влечёт за собой дополнительные траты.

Если нагрузка на ИБП составляет менее 10 процентов от мощности самого устройства, то нередко она просто отключается через некоторое время. Из-за этого питание маломощных устройств, таких, как модем, сигнализация, невозможно.

Гибридные устройства

В ценовом сегменте они занимают среднее положение, в основе работы лежит автотрансформатор с реле. Могут работать в большом диапазоне входного сигнала без переключения на автономное питание. Как и у предыдущего типа устройств, по входу применяются пассивные фильтры и не корректируется частота.

Основные преимущества:

• способность поддерживать питание нагрузки при изменении напряжения электрической сети в широком диапазоне без перехода на батарею;
• при работе от батареи форма сигнала близкая к правильной синусоиде;
• возможность подсоединения нагрузки напрямую к входной сети при перегрузке или нарушениях в работе устройства;
• имеется возможность подключения дополнительных аккумуляторов;
• имеется расширенная функциональность по настройке и управлению при использовании внешнего подключения.

Но наряду с достоинствами есть и недостатки:

• нет стабилизации частоты;
• из-за прямого подключения нагрузки к сети ухудшается способность её защиты при внешних изменениях;
• присутствие переходных процессов при переключении режимов;
• время переключения режимов не мгновенное, в среднем 3 миллисекунды;
• для охлаждения электронных частей применяется активная система охлаждения. Это подразумевает использование вентиляторов, что вносит шум при работе.

Основное применение бесперебойник такого типа получил для работы с серверными станциями, коммуникационным оборудованием и т. п.

ИБП двойного преобразования

Устройства этого типа имеют лучшую защиту. В основе работы лежит преобразование переменного напряжения в постоянное и обратное инвертирование. Благодаря двойному инвертированию выходной сигнал имеет правильную форму, скорость переключения стремится к нулю.

Основными достоинствами являются:

• высокая способность защиты нагрузки вне зависимости от внешних изменений;
• увеличенный срок службы аккумуляторов при сравнении с другими типами;
• почти идеальная синусоида на выходе.

К недостаткам относятся:

• среднее значение КПД составляет 90 процентов;
• высокая цена;
• осложнённая схемотехника.

Для снижения недостатков в последнее время стали использовать IGBT-выпрямители. Их применение позволило снизить коэффициент нелинейных искажений менее чем на 4% и обеспечить идеальный синусоидальный импульс на входе.

Типы источников

Принцип действия бесперебойников следующий:

• off-line;
• линейно-интерактивный;
• on-line.

Первый вариант

Это посредник. «Природа» напряжения и тока остается неизменной. Емкость батарей составляет 6-10 Ач. Это достаточно для обеспечения непрерывности функционирования на протяжении небольшого временного периода (в среднем – 15-35 минут).

Вариант №1

Главная задача – купирование риска мгновенной остановки оборудования. У владельца всегда остается время для остановки его вручную.

Плюсы:

• невысокая стоимость;
• бесшумность;
• высокий КПД.

Переключение происходит в течение 5-11 минут. Возможность внесения корректировки исключается. Это основные минусы данного варианта.

К иным недостаткам следует отнести:

• незначительную емкость;
• необходимость установки внешних батарей. Это помогает немного увеличить время автономной работы;
• опасность работы от бензогенератора.

Второй вариант

Более современный вариант. Обладает не только аккумулятором, но и стабилизатором напряжения. На выходе получается 220 В. Возможность корректировки синусоидной формы отсутствует.

Вариант 2

Минусы:

• невозможность внесения корректив в частоту тока;
• отсутствие влияние на форму синусоиды;
• ограниченность емкости.

Этот вариант приобретается и монтируется чаще первого. Это обусловлено тем, что оборудование работает более спокойно и корректно.

Плюсы:

• для обеспечения стабилизации аккумулятор не нужен;
• интервал переключения составляет 3-8 милисек;
• высокий КПД.

Третий вариант

Входящие характеристики не оказывают влияния на выходные параметры. Электроэнергия преобразовывается поэтапно. Всего этапов 2. Сначала наблюдается снижение входящего напряжения. Потом происходит выпрямление переменного тока. Энергия применяется для подзарядки батареи.

Вариант 3

Работа аппарата 100% автономна. Электрические параметры полностью стабильны. Напряжение может «скакать», сколько ему угодно – аппарат к этому нечувствителен. Это настолько мощное оборудование, что ему не страшен даже удар молнии.

Иногда, на фоне внешних причин, ИБП повреждается. Но котел продолжает свою работу.

Минусы:

• высокая цена;
• сниженный КПД (82-92%);
• шумность.

Плюсы:

• напряжение (выходящее) может быть легко откорректировано;
• беспрерывность;
• возможность присоединения к бензогенератору;
• стабильность;
• защита от внезапного увеличения напряжения.

Защита газового котла является максимальной. Даже при отключении света можно не переживать относительно нормального функционирования оборудования.