Использование источника бесперебойного питания на несколько устройств. Назначение источника бесперебойного питания (ИБП), виды источников

Примерно через три-шесть месяцев работы стоимость данных, хранящихся на новом рабочем компьютере, начинает превышать стоимость самого компьютера. В случае с сетевым сервером такая ситуация может возникнуть уже через несколько недель после его установки.

В 50 70% случаев причиной сбоев в работе электронных приборов является некачественное электроснабжение. При сбое электропитания одна некорректная сессия записи данных может разрушить всю файловую систему.

Даже если сбои и не приводят к катастрофическим последствиям сразу, то спустя некоторое время чувствительная электронная начинка вашего ПК может попросту «взбунтоваться» из-за постоянных циклов включения/выключения.

В России получили известность данные исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM. Согласно данным Bell Labs и IBM (США), каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций с электропитанием в месяц.

Зачем использовать ИБП именно Вам

Для ответа на этот вопрос Вам следует подумать вот над чем:

Что произойдет, если на вашем объекте прямо сейчас пропадет электропитание?
Думали ли вы о том, какой вред наносит повреждение или потеря данных?
Если у вас действует универсальная сеть передачи голоса и данных, защищено ли все критичное оборудование?
Если вы виртуализировали свои серверы, рассматривали ли вы воздействие этого на свои ИБП?
Насколько много энергии потребляют ваши модули ИБП? Какой у них КПД?
Как часто вы обновляете и обслуживаете ваше IT-оборудование (включая серверы)? А ваши ИБП?

В основном ИБП используют для защиты ИТ-оборудования и другой нагрузки от проблем, снижающих качество электропитания. ИБП выполняет следующие основные три функции:

Предотвращает вред, вызываемый скачками и импульсными помехами электропитания. Многие модели ИБП непрерывно формируют правильную форму выходного напряжения.
Предотвращает потери и повреждения данных. Без ИБП данные, сохраняемые на устройствах хранения, подвергнутых некорректному завершению работы, могут быть повреждены и даже полностью утеряны. В комбинации с соответствующим ПО ИБП может провести корректное завершение работы системы.
Обеспечивает доступность сетей и других приложений, предотвращая простои. ИБП могут также комбинироваться с генераторами, для того чтобы дать генераторам достаточное время для запуска в случае потери питания.

9 проблем электропитания и как ИБП помогает с ними справиться

ИБП Eaton нацелены на решение всех девяти основных проблем электропитания. Они разработаны в соответствии с требованиями защиты, распределения и управления электропитанием для офисов, локальных сетей, центров обработки данных, а также для телекоммуникационного оборудования, медицинского и промышленного рынков.

Для небольших офисных и домашних применений (SOHO), Eaton предлагает бюджетные решения, такие как Ellipse и Eaton 5110 для обычных настольных систем. Для защиты критических систем, таких как сетевые серверы и мощные блейд-серверы, Eaton предлагает линейно-интерактивные и онлайновые ИБП, такие как Eaton 5125, 9130, Evolution, EX, MX, MX Frame, 9155, 9355, 9390, 9395 и Blade UPS

Источник : EATON CORPORATION. Справочник по ИБП

Типичные проблемы электроснабжения

Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие напряжения в сети на время более 40 секунд из-за нарушений в линиях подачи электроэнергии)

Проседания (кратковременное снижение напряжения в сети до величины менее 80% от номинального значения на время более 1 периода (1/50 секунды) являются следствием включения мощных нагрузок, внешне проявляется как мерцание ламп освещения) и всплески (кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110 % от номинального на время более 1 периода (1/50 секунды); появляются при отключении большой нагрузки, внешне проявляются как мерцание ламп освещения) напряжения разной продолжительности (характерно для больших городов)

Высокочастотный шум радиочастотные помехи электромагнитного или другого происхождения, результат работы мощных высокочастотных устройств, коммуникационных устройств

Отклонение частоты за пределы допустимых значений

Высоковольтные выбросы кратковременные импульсы напряжения величиной до 6000В и длительностью до 10 мс; появляются при грозах, как результат статического электричества, из-за искрения переключателей, внешних проявлений не имеют

Выбег частоты изменение частоты на 3 и более Гц от номинального (50 Гц), появляются при нестабильной работе источника электроэнергии, внешне могут и не проявляться.

Все эти факторы могут привести к выходу из строя достаточно «тонкой» электроники, и, как это часто бывает, к потере данных. Впрочем, люди давно научились защищаться: фильтры сетевого напряжения, «гасящие» скачки, дизель-генераторы, обеспечивающие подачу электроэнергии системам при пропадании напряжения в «глобальном масштабе», наконец, источники бесперебойного питания основной инструмент защиты персональных ПК, серверов, мини-АТС и др.

Виды сбоев электропитания

Вид сбоя электропитания	Причина возникновения	Возможные последствия
Пониженное напряжение, провалы напряжения	Перегруженная сеть Неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети Подключение потребителей, совокупная мощность которых сравнима с общей мощностью участка электрической сети	Перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса Отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении Выход из строя электродвигателей Потери данных в компьютерах
Повышенное напряжение	Недогруженная сеть Недостаточно эффективная работа системы регулирования Отключение мощных потребителей	Выход из строя оборудования Аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах
Высоковольтные импульсы	Атмосферное электричество Запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии	Выход из строя чувствительного к качеству питания оборудования
Электрический шум	Включение и отключение мощных потребителей Взаимное влияние электроприборов, работающих неподалеку	Сбои при выполнении программ и передаче данных Нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах
Полное отключение напряжения	Срабатывание предохранителей при перегрузках Непрофессиональные действия персонала Аварии на линиях электропередач	Потери данных в компьютерах Выход из строя жестких дисков на очень старых компьютерах
Гармонические искажения напряжения	В сети преобладает нелинейная нагрузка, оснащенная импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование) Неправильно спроектированная электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками Перегрузка нейтрального провода	Помехи при работе чувствительного оборудования (радио- и телевизионные системы, измерительные приборы и т.д.)
Нестабильная частота	Сильная перегрузка энергосистемы в целом Потеря управления системой	Перегрев трансформаторов Нестабильная частота как индикатор неправильной работы всей энергосистемы или ее существенной части (для компьютеров изменение частоты само по себе не страшно)

АНОНСЫ

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.

сайт

Системы бесперебойного питания в настоящее время становятся очень востребованными. Неважно, где живёт современный человек, - в городской квартире, в загородном доме, в его жизнь прочно вошли различные бытовые приборы, цифровая компьютерная техника, системы жизнеобеспечения.

Назначение и категории ИБП

Возрастают требования к качеству электропитания всех этих устройств. Качество питания внешних электрических сетей не всегда удовлетворяет население. Случаются резкие перепады напряжения как в сторону понижения, так и повышения его величины. Это очень неблагоприятно сказывается на работе бытового оборудования, а иногда приводит к выходу её из строя. Защитить себя от таких неприятностей помогает установка бесперебойных блоков питания , от которых питаются устройства, наиболее чувствительные к таким внезапным перепадам.

В зависимости от схемных решений, которые определяют основные характеристики источников бесперебойного питания, их можно разделить на несколько категорий. Каждая из них обеспечивает бесперебойную работу определённой группы потребителей.

Резервные бесперебойники

Они могут защитить только простую технику для дома и настольные компьютеры.

Если сетевое напряжение соответствует норме - потребители подключаются непосредственно к ней. При колебаниях напряжения в сети аппаратура переключается на питание от аккумулятора, который является составной частью ИБП. Частично подавляются шумы и высокочастотные импульсы, напряжение поддерживается на заданном уровне, производится подзарядка аккумуляторной батареи. Стабилизация сетевого напряжения, питающего подключённую к его выходу аппаратуру, у бесперебойных блоков питания этой категории не производится.

Необходимость перехода на работу от аккумулятора в каждой модели бесперебойного блока питания определяется по-своему. Пределы работы от сети определяются разработчиком данной модели. Они устанавливаются исходя из условий нормального функционирования аппаратуры потребителя.

Аккумуляторный режим работы продолжится до тех пор, пока показатели напряжения в сети не придут в норму. После этого происходит переключение в обратную сторону. Аккумулятор источника должен обеспечить не менее чем пятиминутный запас по времени при работе от него. Этого хватает для сохранения данных на компьютере и безаварийного выключения аппаратуры потребителя.

К недостаткам источников бесперебойного питания этой категории следует отнести следующие:

Отсутствие стабилизатора сетевого напряжения.
Большое время переключения (~20 мс).
Ступенчатая форма выходного напряжения.
Наличие высокочастотных помех.

Переключение на автономный режим питания происходит при любом незначительном отклонении параметров сетевого напряжения от нормы. Это приводит к быстрому износу аккумулятора.

Линейно-интерактивные источники

Модели этой категории оснащены стабилизаторами напряжения сети, которые выполнены по схеме автотрансформатора. Переключение его обмоток в зависимости от величины входного сетевого напряжения происходит ступенчато по командам встроенного в схему бесперебойника ИБП микропроцессора. Таким образом, удается поддерживать на выходе блока напряжение близкое к норме (220−230) В. Дополнительно в схеме имеется фильтр, защищающий потребителя от сетевых помех.

Подключение аккумулятора и отключение от сети происходит тогда, когда параметры напряжения на входе блока выходят за границы порогов стабилизации. Количества выводов автотрансформатора не хватает для поддержания на выходе номинального напряжения. Существуют допуски и на форму входного сигнала. При больших искажениях также осуществляется переход на аккумуляторный режим питания аппаратуры потребителя.

Процесс перехода на питание от аккумуляторной батареи проходит довольно гладко для большинства потребителей и занимает время не более 4 мс.

Таким образом, сравнивая источники этой категории с резервными ИБП можно заметить их преимущества:

Стабилизация сетевого напряжения имеет ступенчатый характер.
Форма выходного напряжения близка к синусоиде.
Фильтрация сетевых помех.
Экономия ресурса аккумуляторной батареи за счёт меньшего количества включений её в работу.

Феррорезонансные блоки питания

По своей сути они являются линейно-активными источниками. Стабилизатором сетевого напряжения в них служит феррорезонансный трансформатор. Он может накапливать энергию магнитного поля, которая поддерживает напряжение во вторичной обмотке трансформатора в моменты переключения. Переходный процесс длится не более (8−16) мс. Это допустимо для большинства потребителей. Форма напряжения на его выходе синусоидальная, защищённая от сетевых помех. Свои функции источник выполняет по командам собственного блока анализа сети и управления.

Линейные бесперебойные устройства

К этой категории относятся ИБП с двойным преобразованием. В своём составе они имеют преобразователь переменного тока в постоянный (выпрямитель) и преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). Выходное напряжение инвертора используется для питания аппаратуры, подключённой в качестве нагрузки. Напряжение выпрямителя используется для подзарядки внутреннего аккумулятора. Он включён в цепь выпрямителя и постоянно находится в активном режиме, который зависит от качества входного переменного напряжения.

К положительным качествам ИБП этой категории относятся:

Стабильность выходного напряжения.
Возможность замены аккумуляторной батареи без отключения ИБП.

К недостаткам можно отнести:

Низкий коэффициент полезного действия (КПД).
Ресурс аккумулятора снижается из-за его постоянной работы.

Аппараты этой категории применяются для работы оборудования больших организаций, на серверах которых хранятся важные данные. Они должны быть сохранены при любых перепадах в сети и любых нарушениях в её работе.

Основные характеристики

При приобретении ИБП необходимо тщательно понять, какие требования к нему предъявляются. Надо выбрать модель, наиболее удовлетворяющую критерию «цена - качество».

При выборе бесперебойного источника питания большое внимание надо уделить сравнению характеристик разных моделей. К ним относятся следующие:

мощность ИБП.
время автономной работы.
время переключения на работу от аккумулятора и обратно.
диапазон изменения входного напряжения.
границы изменения частоты напряжения сети.

Мощность рассчитывается из суммарной нагрузки источника. Её величина должна быть больше мощности потребителей минимум в полтора раза. Оптимальной мощностью блока, установленного в квартире, считается мощность 1000 VA (1000 вольт-ампер).

Время переключения напрямую зависит от величины нагрузки, подключённой в данный момент к выходу источника. Чем больше потребляемый ею ток, тем меньше время работы аккумуляторной батареи. Ёмкость установленной батареи также определяет длительность работы.

Любые модели ИБП имеют элементы визуальной сигнализации. Это могут быть лампочки различных цветов, светодиодные индикаторы, которые определяют состояние бесперебойника в текущий момент.

Горящие постоянно зелёные индикаторы являются признаком нормальной работы блока. Если светодиод работает в импульсном режиме (прерывистое его свечение), то возможны или уже возникли проблемы. Это предупредительная сигнализация, привлекающая внимание.

Постоянное свечение красного индикатора сигнализирует о возникновении аварийной ситуации. Её возникновение сопровождается предупреждающими звуковыми сигналами в виде прерывистых гудков.

Правила эксплуатации

Правильная эксплуатация оборудования - залог её долгой и надёжной работы. К основным правилам, которые надо выполнять при эксплуатации бесперебойного источника питания относятся:

Необходимость постоянного наблюдения за световой индикацией и звуковой сигнализацией блока.
Подключение потребителей, действительно требующих бесперебойного питания.
Заземление ИБП при помощи розетки с тремя гнёздами для подключения вилки прибора.

Если произошло отключение электричества, необходимо выключить всё включённое на этот момент оборудование. ИБП желательно оставить включённым в розетку для возможной подзарядки аккумулятора после устранения неисправности сети. Работа блока с разряженной батареей приводит к быстрому выходу её из строя. Ресурс аккумулятора ограничен и составляет не более 5 лет.

Соблюдение этих нехитрых, но необходимых правил продлит жизнь всему оборудованию, для работы которого требуется бесперебойное питание, а главное, позволит сохранить важную информацию на жёстких дисках компьютеров, которая могла бы быть безвозвратно потеряна в случае внезапных неисправностей в электрических сетях.

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.

Повышение требований к качеству электроэнергии в нынешнее время является вполне закономерным процессом. Требования упомянутых стандартов обусловлены двумя составляющими. К первой можно отнести желание потребителей максимально оградить себя от последствий аварийных ситуаций в энергосистеме. Вторая составляющая связана с условиями работы нагрузки. Сюда следует отнести требования стабильной и непрерывной работы интеллектуального и силового электрооборудования, снижение потерь в питающей сети и прочее. Один из эффективных вариантов технических решений проблемы качества электроэнергии – источники бесперебойного питания (ИБП, англ. UPS).

Основная задача ИБП – обеспечить потребителя электроэнергией в момент выхода параметров качества из регламентируемых норм (просадка, повышение напряжения, значительное искажение формы…). Выполняя эту задачу ИБП может:

отключаться от сети питания и передавать мощность нагрузке, используя собственный источник;
питать нагрузку скорректированным напряжением питающей сети.

В более дорогих ИБП может быть реализована функция улучшения качества потребляемой электроэнергии (интегрирован корректор коэффициента мощности).

Типы «бесперебойников»

Существуют три базовых типа ИБП.

Резервный ИБП (standby, offline, back-ups). Наиболее простое и дешёвое техническое решение (например, популярный APC Back-UPS CS 500). При значительно повышенном или пониженном напряжении ИБП отключается от сети 220В и переходит на режим работы от аккумулятора. Основные элементы offline ИБП: аккумуляторы (батарея), зарядное устройство, инвертор, повышающий трансформатор, система управления, фильтр (рис. 1).

а)

б)
Рис. 1 Нормальный режим работы (а) и режим работы от аккумуляторов (б)Преимуществом offline ИБП является низкая стоимость и высокий КПД при работе от сети. Недостатки: высокий уровень искажений выходного напряжения (высокий коэффициент гармоник, ≈30% в случае прямоугольного сигнала), отсутствие возможности регулировки параметров входного напряжения. Более подробно характеристики выходного напряжения будут рассмотрены ниже.).
Интерактивный ИБП (англ. line — interactive). Является промежуточным типом между дешёвым и простым offline ИБП и дорогим многофункциональным online ИБП (например, ippon back office 600). В отличие от offline ИБП интерактивный источник имеет автотрансформатор, позволяющий поддерживать уровень выходного напряжения в пределах 220В (+-10%) при просадках / повышениях сетевого напряжения (рис. 2). Как правило, число уровней напряжения автотрансформатора колеблется в пределах двух – трёх.

(а)

(б)

(в)

(г)
Рис. 2 Работа интерактивного ИБП при нормальном напряжении сети (а), при просадке напряжения сети (б), при повышенном напряжении сети (в), при исчезновении сетевого напряжения или значительном повышении (г)Регулировка выходного напряжения реализована путём переключения на соответствующую отпайку обмотки трансформатора. При глубокой просадке или значительном повышении, или полном исчезновении сетевого напряжения данный класс ИБП функционирует аналогично offline классу: отключается от сети и генерирует выходное напряжение, используя энергию аккумуляторов. Касательно формы выходного сигнала, она может быть как синусной, так и прямоугольной (или же трапецеидальной).
Преимущества line — interactive в сравнении с резервным ИБП: меньшее время переключения на автономную работу от аккумуляторов, стабилизация уровня напряжения на выходе. Недостатки: более низкий КПД при работе от сети, более высокая цена (сравнительно с offline типом), плохая фильтрация всплесков (импульсное перенапряжение).
ИБП с двойным преобразованием (англ. double-conversion UPS, online). Наиболее функциональный и дорогостоящий тип ИБП. Бесперебойник всегда включен в сеть. Входной синусный ток проходит через выпрямитель, фильтруется, затем снова инвертируется в переменный. В звене постоянного тока может быть установлен отдельный DC/DC конвертер. Поскольку инвертор всегда находится в работе, задержка на переключение в режим питания от батарей практически равна нулю. Стабилизация напряжения на выходе при просадках или провалах сетевого напряжения более качественная, в отличие от стабилизации line — interactive ИБП. КПД может находиться в пределах 85%÷95%. Напряжение на выходе зачастую имеет синусную форму (коэффициент гармоник <5%).

Рис. 3 Функциональная схема одного из вариантов online ИБПНа рис. 3 представлена структурная схема варианта online ИБП. Сетевое напряжение здесь выпрямляется полууправляемым выпрямителем. Импульсное напряжение фильтруется и затем инвертируется. В схемах online ИБП может присутствовать один или несколько так называемых байпасов (обходных коммутаторов). Функция такого коммутатора аналогична функции реле: переключение нагрузки для питания от батареи или напрямую от сети.
На основе структуры online создают не только маломощные однофазные, но и промышленные трёхфазные ИБП. Непрерывность электропитания крупных файловых серверов, медицинской техники, телекоммуникаций осуществляется исключительно на основе online структуры ИБП.
Особые типы ИБП . Используются и другие специфические типы ИБП. К примеру, феррорезонансный источник бесперебойного питания. В данном ИБП специальный трансформатор накапливает заряд энергии, которого должно хватить на время переключения питания от сети на аккумуляторы. Также в качестве источника энергии некоторые ИБП используют механическую энергию супермаховика.

Основные характеристики ИБП.

Мощность . Единицы измерения мощности: вольт-ампер (ВА), ватт (Вт), вольт-ампер реактивный (ВАр). Напомним, что существует полная S, активная Р и реактивная Q мощности. Уравнение, связывающее мощности
S2=P2+Q2
Активная мощность (Вт) расходуется на полезную работу, реактивная (ВАр) – не выполняет полезной работы. Соответственно, полная мощность по определению – максимальная мощность, которой должен обладать источник для обеспечения нагрузки необходимой энергией. Отношение активной мощности к полной показывает качество использования электроэнергии и называется коэффициентом мощности (англ. Power Factor, PF):
(лампы накаливания, обогреватели) имеет PF=1, полная мощность равна активной. ПК, микроволновые печи, кондиционеры имеютПример расчёта.
Рассчитать источник бесперебойного питания для компьютера (два ПК + два монитора). Мощность ПК легко оценить, зная на какую мощность рассчитан блок питания. Пускай в ПК установлены блоки питания 450 Вт (активная мощность). При неизвестном PF для ПК с блоком питания без PFC (англ. Power Factor Corrector, корректор коэффициента мощности) PF можно принимать равным 0,65. Аналогично PF монитора принимаем равным 0,65. Активная мощность монитора 50 Вт. В результате, общая активная мощность потребителя (два рабочих места)
Р=450+50+450+50=1000 Вт
Полная мощность (из формулы 2):
S= Р/PF=1000/0.65=1538 (ВА).
Если в блоках питания (БП) ПК и монитора установлен корректор коэффициента мощности (PF=1), то полная мощность S равна активной.
S=P=1000 (ВА)
Для нагрузки в виде ПК можно рассчитывать ИБП без запаса по мощности, исходя из следующих фактов:

Компьютерные блоки питания имеют защиту от перегрузки. Иными словами, ПК не сможет потреблять мощность, большую, чем заявленная мощность БП.
Мощность блока питания – максимальная мощность. По факту в ненагруженном режиме (сразу после запуска) ПК потребляют около 50% своей мощности.

Результат.
Итак, необходимые минимальные параметры ИБП:

для ПК с блоками питания без PFC – 1кВт / 1540 ВА.
для ПК с блоками питания с PFC – 1кВт/ 1кВА.

Для первого варианта подойдёт источник бесперебойного питания apc Smart-UPS C 2000VA (линейно – интерактивный ИБП 2кВА / 1.3 кВт). Для второго — ИБП Ippon Smart Winner 1500 (1.35 кВт) или Eaton 5SC 1500 ВА (1.05 кВт).
При расчёте важно учесть кратковременное повышение мощности для такой нагрузки, как электродвигатели. В моменты пуска ток Iпуск в пять, семь раз выше номинального Iн:
Iпуск=(5÷7)*Iн

Особенности применения.

Источники бесперебойного питания для котла отопления, а также источники бесперебойного питания для газовых котлов имеют особенность, связанную с режимами работы нулевого проводника. Зачастую автоматика котла требует подключение нейтрали сети. Дело в том, что цепь контроля пламени горелки подключена к заземлению и в четырёхпроводной сети 220В нулевой проводник и заземление котла в конечном счёте замыкаются через физическую землю. Однако, при обрыве нейтрали или при механическом отключении нуля потребителя от нуля сети питания (автономная работа offline ИБП) цепь контроля пламени оказывается разорванной. Для устранения этой проблемы возможны следующие решения:

Выводы

Начальный пункт выбора источника бесперебойного питания – определение характера нагрузки (ИБП для компьютера, для котлов отопления…). Для ответственных потребителей и устройств, содержащих электродвигатели переменного тока, следует выбирать дорогие и функциональные online ИБП. Для ПК и офисной аппаратура подойдут более дешёвые line-interactive или back ИПБ. Следующий пункт выбора – вычисление мощности и времени работы от батарей ИБП. Также следует предусмотреть возможность использования «сквозного» нуля. При формировании конечного решение следует учитывать популярность брендов на рынке: лидеру APC принадлежит около 50% всех продаж, далее со значительным отрывом следуют Ippon, Eaton Powerware, Powercom.