Источник бесперебойного питания чего он нужен. Что такое источник бесперебойного питания (ИБП). Существует три вида ИБП

Для сохранения работоспособности приборов при сбоях в сети используют блок бесперебойного питания. В зависимости от типа обслуживаемых потребителей и параметров электроэнергии нужно выбирать разные модели. Эти устройства востребованы, поэтому приобрести нужный по характеристикам экземпляр не составляет труда.

Но перед покупкой нужно самостоятельно разобраться в его особенностях, а не доверять этот вопрос заинтересованным в продажах менеджерам.

В этом материале мы рассмотрим устройство и особенности работы ИБП, а также расскажем о правилах его использования.

Для бытовых нужд используют устройства для бесперебойного питания, подключаемые к однофазной сети 220 В, которые могут некоторое время при отсутствии электроэнергии питать потребителей, требующих такого же напряжения.

Существуют также ИБП, которые подключены на вход к трехфазной сети, а на выход дают или 380 В или 220 В. Однако они дороги, их используют при необходимости получать автономную мощность от 10 кВ·А, что для бытовых нужд не требуется.

Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования делят на следующие типы:

• резервные (оффлайн);
• интерактивные (линейно-интерактивные);
• двойного преобразования (онлайн).

Они различаются качеством выдаваемого напряжения и ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.

Для преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве используют выпрямитель. А обратная трансформация происходит при помощи инвертора.

В бесперебойниках для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле. Если эта деталь качественная, то ее ресурса хватает на все время функционирования ИБП. Но чаще всего, при поломке блока проблема кроется именно в этом элементе конструкции.

Интерактивная схема отличается от резервной наличием стабилизатора напряжения. Он выполнен в виде типичного автотрансформатора с соединенными напрямую обмотками

Стабилизация напряжения присутствует также во многих бытовых устройствах, поэтому если отклонения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель.

Наличие трансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.

Для измерения нагрузки приборов можно или воспользоваться амперметром или высчитать ее, применив показания установленного в квартире счетчика.

При наличии стабилизатора, напряжение внутридомовой сети будет приведено к нормативным показателям. Это затронет и приборы, которые не подключены к ИБП

При пониженном напряжении возрастает сила тока, проходящего по внутридомовой сети. Например, пусть общая мощность подключенных к ИБП потребителей будет 1,5 кВт, а подаваемое напряжение равно 190 В.

• I 1 = 1500 / 190 = 7,9 A – сила тока в цепи до ИБП без стабилизатора;
• I 2 = 1500 / 220 = 6,8 A – сила тока в цепи до ИБП со стабилизатором.

Таким образом, внутридомовая сеть без стабилизатора будет испытывать повышенную нагрузку, что могло быть не учтено при выборе сечения проводки.

Поэтому при постоянном пониженном напряжении лучше установить стабилизатор. В этом случае и нагрузка на автотрансформатор ИБП будет меньше, что продлит срок его службы. Кроме того, с учетом выравнивания вольтажа, можно приобретать более дешевые бесперебойники.

Бесперебойное питания потребителей постоянного тока

Для некоторых приборов нужно обеспечить бесперебойное питание постоянным током 12, 24 или 48 В. ИБП такого плана тоже есть в продаже. В их маркировке присутствует аббревиатура “DC”. Блоки с подачей напряжения 60, 110 или 220 В тоже существуют, но их применяют в промышленности или энергетике.

Отличие бесперебойников постоянного тока во внутреннем устройстве от классических моделей заключается в отсутствии инвертора. Аккумуляторы подключают непосредственно к выходу через контактор с токоограничительным измерительным шунтом для предотвращения недопустимо глубокого разряда батарей.

Иногда на выходе может стоять стабилизирующий конвертор, если запитанные от ИБП приборы чувствительны к небольшим колебаниям напряжения.

Такие резервные источники питания используют для защиты следующего бытового оборудования, работающего от постоянного тока:

• и охраны;
• всевозможных датчиков (протечки, дыма, огня, движения и др.);
• систем освещения;
• телекоммуникационных приборов;
• систем связи;
• компонентов системы управления .

Многие ИБП постоянного тока имеют опцию подключения внешних аккумуляторов. В этом случае автономное функционирование обслуживаемых ими приборов может быть очень длительным.

Выводы и полезное видео по теме

Кратко об основных характеристиках бытовых ИБП:

Разнообразие типов ИБП и их характеристик является следствием различных условий их использования: мощности и вида подключаемых приборов, параметров и типовых проблем конкретной электросети. Бесперебойник обычно не самый дорогой элемент в системе, но от него зависит стабильность ее работы. Поэтому нужно определить условия эксплуатации и тщательно подойти к выбору модели.

Остались вопросы по теме статьи? Или можете дополнить этот материал интересной информацией о ИБП? Пожалуйста, пишите свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.

ИБП расшифровывается как "источник бесперебойного питания". Аббревиатура на английском - UPS (Uninterruptible Power Supply) , поэтому распространены также названия УПС, ЮПС, упсник.

Основная функция источника бесперебойного питания - обеспечить подачу электроэнергии на подключенную к нему технику на время отключений в основной сети. Но, в зависимости от типа оборудования, параметры такого автономного питания могут требоваться кардинально разные. Соответственно, рынок ИБП предлагает разные типы устройств, которые отличаются массой параметров:

• принципом работы: оффлайновые, линейно-интерактивные, онлайновые;
• типом автоматической регулировки напряжения;
• качеством фильтрации помех сети;
• емкостью (количество ампер-часов, или другими словами - на какое время автономной работы его хватит);
• временем переключения на батареи при отключении электроэнергии;
• возможностью подключения дополнительных внешних батарей;
• различными дополнительными функциями (фильтрующие розетки, розетки для телефонного и сетевого кабеля, LCD-дисплей, синхронизация с ПК) и т. д.

Как выбрать ИБП при таком многообразии моделей? Как понять, чем они отличаются? В этой статье мы рассмотрим основные типы источников бесперебойного питания, их отличия, и какими дополнительными функциями производители оснащают ИБП. В следующей - как подобрать UPS в зависимости от особенностей вашего оборудования, как рассчитать его необходимую мощность и т. д.

Три основные типа ИБП

Off-line (Back-UPS, резервный, Standby) источник бесперебойного питания

Пример резервного ИБП: модель .

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

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 .

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.

Дополнительный функционал ИБП

Помимо определения типа источника бесперебойного питания, который вам нужен, при выборе ИБП также стоит обратить внимание - какой функционал в него в ключен. UPS может иметь различные дополнительные функции и конструктивные особенности:

Синхронизация с ПК . Эта функция присутствует в не самых дешевых моделях, однако она очень удобна. С помощью специального программного обеспечения ИБП передает данные в реальном режиме на компьютер о состоянии электролинии, уровне заряда батарей. Помимо чисто информационной составляющей, есть также такие возможности, как например, автономное выключение компьютера с сохранением данных во всех приложениях при отключении электроэнергии.

Холодный старт . Источник бесперебойного питания, оснащенный такой функцией, можно включить при отсутствии электроэнергии в сети. К примеру, погас свет, вы сохранили документы, выключили компьютер и UPS, но спустя некоторое время появилась срочная необходимость скопировать документ на флешку. ИБП с поддержкой холодного старта можно включить, даже если электроэнергии в сети все еще нет, и сделать работу.

Раньше разъемы для подключения устройств в бесперебойнике выглядели, в основном, так:

Этот разъем стандарта IEC 320 отлично подходит для подключения различной компьютерной техники. Однако оборудование с обычным шнуром питания, тот же WiFi роутер, в него не подключишь. Для этих целей можно использовать сетевой фильтр с аналогичным разъемом, который подсоединяется к ИБП, а уже в него включать различное оборудование. Но это не всегда удобно.

Поэтому сейчас многие модели стали просто дополнять розетками типа Schuko (у нас их часто называют евророзетками), чтобы технику можно было включить напрямую:

Розетки для фильтрации помех. ИБП может быть оснащен розеткой или несколькими для чувствительного оборудования, которые не обеспечивают поддержку питания во время отключения электроэнергии, но защищают подключенное оборудование от помех электросети.

Розетки для телефонной линии, витой пары . Высоковольтные импульсы могут передаваться не только непосредственно по электрическому силовому кабелю, но и в случае различных аварий и поломок - и по телефонному кабелю, и по витой паре. Для защиты телефонного, сетевого и компьютерного оборудования некоторые производители предусматривают специальные разъемы, (вход/выход), куда можно подсоединить телефонную или интернет-линию.

Продолжение - в следующей статье.

Электрические сети российский городов сложно отнести к современным. Оборудование устаревшее, ремонт не проводится, перепады напряжения стали нормой. Все дефекты и неполадки крайне отрицательно сказываются на работе потребителей. Некачественное электропитание особенно сильно бьет по компьютерным и микропроцессорным устройствам, вызывая не только отдельные сбои, но и полную потерю работоспособности. К сожалению, электрооборудование от подобных перепадов часто не защищено и проблему поможет решить источник бесперебойного питания. По конфигурации фаз выходов и входов ИБП делятся на два вида: однофазный вход - выход и трехфазный вход - выход.

Для чего нужен ИБП

В первую очередь эти устройства предотвращают повреждения оборудования и не допускают сбоев в работе электронных систем. Они дают возможность корректно завершить работу в случае неожиданного отключения электричества.

С помощью ИБП успешно преодолеваются перебои и электрические помехи, периодически возникающие в домашних и рабочих сетях. Среди них чаще всего встречаются следующие:

• Провалы напряжения. В этом состоянии напряжение внезапно понижается на значительную величину. Для его восстановления требуются различные временные промежутки, в некоторых случаях - десятки секунд. Причина провалов чаще всего связана с ограниченной мощностью подстанции, особенно зимой, а также с запуском и дальнейшей работой мощного оборудования. Физически низкое напряжение проявляется в виде мерцающих лампочек.
• Импульс напряжения. В данном случае напряжение резко изменяется, с амплитудой до 2000 вольт, а затем выходит на обычный уровень за очень короткое время. Для этого требуется не более 10 миллисекунд. Основной причиной считается работа промышленного оборудования, кондиционеров, лифтов, действие грозовых разрядов и т.д.
• Отсутствие напряжения в течение короткого времени. Данный промежуток составляет не более 20 миллисекунд и практически незаметен. Тем не менее, на электронное оборудование оказывается негативное влияние
• Отсутствие напряжения в течение продолжительного времени. Данный период может составлять от 20 миллисекунд до нескольких часов. Причиной являются перегрузки, неблагоприятные погодные условия и физические повреждения на подстанциях, из-за которых линии электропередачи отключаются.
• Изменения частоты в течение короткого периода времени, когда к сети подключается мощное оборудование. Негативное влияние оказывают и радиочастотные шумы при подключении радиопередатчиков, нагрузок, генераторов и промышленного оборудования.

Компании, выпускающие электронику, провели исследования, в результате которых выяснилось, что каждый персональный компьютер в течение месяца не менее 120 раз подвергается различным негативным воздействиям, так или иначе связанным с проблемами напряжения в электрических сетях.

Основные функции ИБП

В соответствии с известными проблемами, регулярно возникающими в электрических сетях, источники бесперебойного питания выполняют ряд важных функций, направленных на их ликвидацию и предотвращение негативных последствий.

Назначение источника бесперебойного питания заключается в следующих действиях:

• Фильтруют питающее напряжение, снижают уровень шумов.
• Поглощают кратковременные выбросы напряжения, в том числе и незначительные.
• Защищают от коротких замыканий и перегрузок.
• При отсутствии напряжения в сети обеспечивают нагрузку резервным электропитанием в течение установленного периода времени.

Наиболее продвинутые модели бесперебойников могут производить дополнительные полезные действия, благодаря специализированному программному обеспечению, предназначенному для управления этими устройствами:

• Нагрузка включается и выключается по командам внутреннего таймера точно в заданное время.
• В случае длительного отсутствия напряжения выполняется автоматическое обслуживание оборудования, а также его перезапуск после восстановления нормального режима питания.
• Отслеживаются аварийные ситуации, выдаются различные предупреждающие сигналы.
• На дисплее устройства отображается напряжение и частота переменного тока в данной сети, а также выходное питающее напряжение и мощность, потребляемая нагрузкой.
• Проведение мониторинга и фиксация данных относительно состояния ИБП. Сюда входит температура батареи, уровень ее заряда и другие рабочие характеристики.

Общая схема работы устройств бесперебойного питания

Большинство ИБП укомплектовано следующими компонентами в соответствии с их рабочими схемами:

• Инвертор, с помощью которого формируется синусоида.
• Аккумуляторные батареи, накапливающие электроэнергию.
• Электронная схема для управления всеми процессами.
• Программное обеспечение.
• Устройство для зарядки аккумулятора.

В случае необходимости к устройству может быть организован удаленный доступ с использованием локальной сети. Надежность и работоспособность схемы повышается путем ее резервирования.

Источники бесперебойного питания могут находиться в следующих рабочих режимах:

• Период зарядки. Цепь синусоиды на входе и выходе прерывается за счет внутреннего переключателя устройства. Аккумуляторная батарея, подключенная к выпрямителю, заряжается до восстановления своей оптимальной емкости.
• Период готовности. По окончании зарядки аккумулятора происходит автоматическое замыкание внутреннего переключателя устройства. Батарея переходит в буферный режим и поддерживает состояние готовности к дальнейшей работе.
• Период разрядки. Осуществляется автоматический перевод батареи на питание нагрузки, что приводит к ее постепенной разрядке.

Технические характеристики

Все устройства бесперебойного питания имеют определенный набор технических характеристик. Они отличаются индивидуальными параметрами, в зависимости от конструкции и модификации того или иного прибора.

У каждого из них существуют собственные диапазоны входного напряжения, когда ИБП функционируют от сети и не задействуют встроенные батареи. Следует помнить, что большие диапазоны снижают время работы от батарей, тем самым увеличивая их срок службы. Кроме того, они продолжают подавать питание к нагрузке от сети, тогда как при меньшем диапазоне ИБП переходят на батарею, быстро разряжают ее и обесточивают нагрузку.

У всех UPS выходное напряжение изменяется в случае изменения входного напряжения. То есть, оно должно поддерживаться на таком уровне, чтобы подключенное оборудование могло нормально работать. Пониженное напряжение на выходе нередко приводит к сбоям в работе и потере данных. Превышение дает такие же результаты, и дополняется выходом из строя используемой нагрузки.

Большое значение имеет качество переключений и переходных процессов на АКБ и обратно, которые не должны привлекать внимание, выполняться корректно, за малый промежуток времени. Частота UPS правильно синхронизируется по отношению к внешней частоте основной сети. В случае возникновения перегрузки подается специальный сигнал с помощью световой и звуковой индикации. Само устройство при работе от АКБ отключается, а пользователь должен своевременно уменьшить нагрузку.

Многие прибору могут быть включены в режиме так называемого холодного старта, когда отсутствует напряжение в основной питающей сети. Данная функция полезна при длительном отсутствии напряжения, когда необходимо срочно выполнить какое-либо действие с электронной аппаратурой.

Однофазный вход - выход (1ф / 1ф или 1:1)

Однофазные источники бесперебойного питания были разработаны для однофазной сети. Они надежно защищают электрооборудование, которое нуждается в повышенных требованиях к качеству электропитания, от всяких неполадок в сети (например - отсутствие или искажение напряжения, подавление высокочастотных помех).

Такое оборудование поддерживает качество выходного напряжения, если присутствуют неполадки при входном напряжении с помощью использования энергии аккумуляторных батарей (отклонения номинала, пропадание, искажения формы). Однофазные ИБП применяются во многих отраслях информационной техники, связи.

Трехфазный вход - выход (3ф / 3ф или 3:3)

Трехфазные типы источников бесперебойного питания обычно используются для постоянной круглосуточной работы. Устройство подходит для питания трехфазного оборудования, которое рассчитано на 3х380 В и для однофазных потребителей энергии, действующих при 220 В. Трехфазные UPS поддерживают необходимое качество выходного напряжения. Они используются в банках, вычислительных центрах, медицинских центрах, транспорте, и пр.

Виды источников бесперебойного питания

По своему типу источник бесперебойного питания делится на три категории.

Интерактивные ИБП (line-interactive)

Это самый идеальный вариант для дома, а именно там, где напряжение нестабильное и часто пропадает. По сравнению с остальными видами есть два важных аспекта. Первый, срабатывание у них намного быстрее, за 2-5 миллисекунд. Второе, прежде чем переключиться, пробуют выровнять напряжение, что довольно эффективно работает при небольших скачках. В результате, улучшается ресурс батареи, удается сэкономить массу денег. Это идеальный вариант для домашнего использования.

Данные устройства отличаются более сложной схемой, включающей в себя стабилизатор напряжения с автотрансформатором, обладающим функцией ступенчатого регулирования. Эти приборы лишь корректируют величину напряжения на выходе, но не могут управлять частотой сигналов. Полная стабилизация невозможна из-за малого числа ступеней регулировок.

Более дорогие разновидности моделей укомплектованы инверторами с полупроводниковыми ключами. При переходе на питание от батареи, они обладают более высоким быстродействием по сравнению с другими устройствами.

Оффлайный источник бесперебойного питания ИБП (off-line)

Самый недорогой вид. Принцип работы заключается в том, что в случае исчезновения или скачка напряжения перевести оборудование на питание от батареи. Этот тип имеет существенные недостатки. Первый, это время срабатывания, оно составляет около 10 миллисекунд. Второй, если у вас дома постоянно скачет напряжение такой UPS будет часто переключаться на питание от батареи, это существенно понизит ее ресурс и придется менять ее через несколько месяцев.

Онлайн ИБП (on-line)

Самый дорогой и эффективный источник бесперебойного питания. В реальном времени он регулирует напряжение, переходя на аккумулятор только в самых сложных ситуациях. Часто применяют для серверов, требующих высококачественного питания. Аккумулятор находится постоянно включенным в схему и не требует каких-либо дополнительных коммутаций.

Как выбрать подходящий ИБП

Перед выбором устройства необходимо определиться, какие именно проблемы с электропитанием будут наиболее актуальными.

Для жителей новых районов, расположенных в крупных городах будет вполне достаточно простейших оффлайн-устройств. В этих местах обычно проложены новые сети, выдающие стабильное напряжение. Поэтому в дополнение к ИБП рекомендуется на всякий случай приобрести сетевой фильтр. Его нельзя подключать к выходу бесперебойника, во избежание искажения токовых характеристик. При выборе источников бесперебойного питания для офисов и крупных локальных сетей можно выбрать любой из вариантов, рассмотренных выше, в соответствии с условиями эксплуатации.

Выбирая источник бесперебойного питания (ИБП), следует обращать внимание на следующие параметры и технические характеристики:

• Величина выходной мощности
• Время, необходимое для переключений на питание от АКБ и обратно.
• Время работы в автономном режиме, в зависимости от емкости аккумуляторов и мощности оборудования, подключенного к UPS.
• Ширина диапазона входного напряжения сети, при которой возможна стабилизация питания без переключения на батареи.
• Срок эксплуатации аккумуляторов, составляющий в среднем от 5 до 10 лет.

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.

(ИБП) для компьютера рекомендуется использовать, когда часто наблюдаются перепады напряжения сети или необходимо сохранить важную информацию. Существуют разные виды таких устройств. При выборе учитывают основные параметры, их соотносят с характеристиками ПК. За счет этого обеспечивается надежность при эксплуатации компьютера.

Так называется устройство, которое продолжает подавать напряжение к подключенной к нему технике. Это возможно благодаря встроенному аккумулятору, который включается в работу при перебоях в работе источника питания.

При изменениях параметров сети, возникновении помех нарушается работа техники, которая подключена к ИБП: в лучшем случае устройства отключаются, худшем — сгорают конструкционные элементы при сильных скачках напряжения, коротком замыкании.

Продолжительность работы устройства при отключении электроэнергии зависит от параметров аккумулятора: емкости и типа. Однако чем дольше работает бесперебойник для компьютера, тем больше его размеры, т. к. при этом увеличивается емкость, а значит, и габариты аккумулятора.

Устройство не только обеспечивает автономную работу, но и поддерживает напряжение на достаточном уровне, что позволяет компьютеру продолжать работу в безопасном режиме без риска потери информации.

Однако ИБП не может работать бесконечно. Если подача напряжения не будет возобновлена, со временем устройство отключится. В результате произойдет потеря информации на компьютере. По этой причине при отключении электропитания контролируется уровень заряда аккумулятора ИБП. Преимущество такого устройства заключается в наличии индикации: световой, звуковой.

Световая индикация прибора

При изменении параметров работы (при переходе в автономный режим или подключении компьютера к источнику сетевого напряжения, критическом снижении заряда батареи) бесперебойник выдает звуковые сигналы разных типов.

Одновременно загораются лампочки.

Цвет позволяет ориентироваться, какие изменения произошли в работе ИБП. Если к ПК подключен простой бесперебойник, то минимального отрезка времени, в течение которого обеспечивается автономная работа компьютера, будет достаточно, чтобы сбросить информацию на флешку.

Устройство ИБП

Главные элементы конструкции:

• аккумулятор;
• инвертор;
• фильтр;
• выпрямитель;
• байпас.

Емкость аккумулятора бесперебойника может изменяться в пределах 7-9 Ач. Часто конструкцией ИБП предусматривается свинцово-кислотные батареи. Они герметичные, поэтому не подвергаются обслуживанию.

В простых моделях предусмотрен 1 аккумулятор, однако существуют модели, конструкцией которых предусмотрено 2 и более батареи, за счет чего увеличивается продолжительность автономной работы подключенного ПК.

ИБП со свинцово-кислотной батареей

По устройству источники бесперебойного питания отличаются, что определяется принадлежностью прибора к той или иной группе техники. Объединяет подобные устройства способ подключения ПК — посредством установленной в корпусе ИБП розетки. Их количество отличается, что также определяется возможностями бесперебойника.

На корпусе имеется кнопка питания.

Конструкцией некоторых моделей предусмотрен дисплей, на который выводится информация о параметрах подключенного источника напряжения.

Как выбрать

Изучив конструкцию ИБП, перед покупкой обращают внимание на главные параметры:

1. Мощность бесперебойника (единицы измерения — ВА). Ее необходимо определить самостоятельно. Для этого суммируется мощность подключенной техники. Однако при включении мощность возрастает в несколько раз, поэтому полученное значение следует умножить на коэффициент пускового тока. Его показатель отличается в зависимости от вида подключенного к ИБП устройства. Чтобы узнать значение полной мощности (ВА), полезную мощность делят на 0,7.
2. Продолжительность автономной работы. Данный параметр определяется потребностями и финансовыми возможностями пользователя. Если после отключения достаточно обеспечить автономную работу техники в течение нескольких минут, следует приобретать наиболее простые устройства. Они подают напряжение компьютеру на протяжении 4-15 минут после того, как в сети пропадет напряжение. Этого достаточно, чтобы сохранить информацию и правильно отключить ПК. Если нужно обеспечивать автономную работу компьютера дольше, выбирают более производительные бесперебойники.
3. Количество розеток на устройстве. Для домашнего использования можно с минимальными возможностями. В офисах устанавливают подобные устройства с большим количеством розеток.

Для чего используют ИБП

Главным направлением применения является обеспечение бесперебойной работы техники, об этом можно узнать из названия такого устройства. Если интересно, для чего еще нужен ИБП, рассматривают другие его возможности:

• поддержание частоты сетевого напряжения на требуемом уровне — 50 Гц, если значение этого параметра изменяется, увеличивается риск выхода подключенной техники из строя, в лучшем случае компьютер будет работать нестабильно;
• поддержание подаваемого на ПК напряжения на достаточном уровне, что необходимо при колебаниях значений данного параметра;
• защита ПК от поломки или отключения при перегрузках сети, что возможно при одновременном включении разных бытовых устройств и компьютера, в том числе.

Принцип работы ИБП

Механизм действия таких приборов отличается, на что влияет тип конструкции. Если интересно, что такое ИБП, нужно изучить особенность разных видов:

• резервные (Offline);
• линейно-интерактивные;
• онлайн-приборы.

Принцип работы ИБП первой группы основан на переключении компьютера в режим автономной работы (от аккумулятора бесперебойника), когда в сети пропадает напряжение.

В нормальных условиях электропитание ПК осуществляется в обход источника бесперебойного питания. Это наиболее простые устройства.

Резервный ИБП Powercom SPD-1000u

Недостатком считается низкий уровень защиты — эффективность 55-60%. Это обусловлено тем, что сигнал фильтруется лишь частично. Возможностей такого прибора достаточно для эксплуатации в быту. На крупных предприятиях качество питания ниже. По этой причине в таких условиях требуется устанавливать надежные ИБП.

Линейно-интерактивные модели по устройству и принципу работы сходны с ранее рассмотренным вариантом (резервного типа). Однако у них есть преимущество — стабилизация напряжения.

Для этого предусматривается коммутирующее устройство. В результате отклонение напряжения на выходе ИБП не наблюдается.

Отмечается увеличение надежности таких приборов — уровень эффективности до 85%. Бесперебойники этого вида делятся на группы: модели, выдающие на выходе ступенчатую или «чистую» синусоиду (без искажений).

Онлайн-бесперебойники характеризуются высокой надежностью.

Принцип действия основан на двойном преобразовании сигнала. В результате уровень надежности приборов достигает 100%, независимо от типа источника питания: сетевого напряжения или аккумулятора при отключении от электропитания.

Ток на входе бесперебойника преобразуется в постоянный, что реализуется посредством выпрямителя. Затем инвертор преобразует его в переменный. В результате получают ток, характеризующийся подходящими параметрами.

Онлайн-бесперебойники оснащаются байпасом. Этот элемент конструкции обеспечивает бесперебойную работу ПК, даже если один из узлов ИБП вышел из строя.

Почему нужно использовать ИБП для компьютера

Главная цель подключения ПК через бесперебойник — обеспечение надежной работы техники. При перепадах сетевого напряжения, перегрузках, изменении показателя частоты возрастает риск выхода компьютера из строя. При наличии ИБП такая вероятность снижается. Такой прибор первый попадает под удар, когда наблюдаются перебои электропитания.

Еще одна причина его установки — сохранность информации. При наличии ИБП появляется несколько минут, чтобы правильно отключить компьютер.

Бесперебойник позволяет увеличить срок службы подключенной техники. Благодаря стабилизации параметров исключается необходимость выполнения ремонта компьютера. ПК лучше работает: не наблюдаются сбои, замедление выполнения программ.