Как использовать ибп в качестве. Применение источников бесперебойного питания. Назначение и виды источников бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания, ИБП, UPS – как только не называют этот нехитрый аппарат, способный обеспечивать бесперебойное энергоснабжение на объектах особой важности. К таким объектам, в первую очередь, относятся предприятия атомной энергетики, нефтедобывающие, нефтеперерабатывающие комплексы и объекты социальной инфраструктуры.

Не менее важное значение приобретает бесперебойное электроснабжение и в домашних условиях: эффективная работа локальных компьютерных сетей и персональных компьютеров напрямую зависит от электроэнергии. В случае перебоев с электроснабжением или при его полном отключении позволит работать компьютеру еще несколько десятков минут, чего достаточно для сохранения необходимых данных и безопасного отключения компьютера.

Понятно, что цены на ИБП для одного компьютера и цены на ИБП для большого производства будут отличаться друг от друга. Поэтому, выбирая ИБП/ UPS , необходимо знать о тех или иных видах таких аппаратов.

Классификация и виды ИБП

Исходя из различных параметров, ИБП принято разделять на несколько видов. Если в качестве определяющего фактора использовать мощность ИБП , то среди них выделяются аппараты высокой, средней и малой мощности. Тот или иной класс мощности используется для различных целей, и ясно, что использовать мощностью в несколько сотен ватт будет не совсем целесообразно в домашних условиях для одного компьютера.

Другим классифицирующим параметром, определяющим типы ИБП , принято считать принцип действия самих систем бесперебойного питания. В связи с этим выделяют такие категории ИБП как онлайновые (on-line), оффлайновые (off-line) и линейно-интерактивные (line-interactive).

Оффлайновый источник бесперебойного питания при нормальной работе обеспечивает подключение к основной питающей сети. В аварийном режиме питание переключается на резервные источники, в данном случае на аккумуляторные батареи. Основным преимуществом ИБП оффлайнового типа остается его простота исполнения и неприхотливость в работе.

Линейно-интерактивные ИБП помимо коммутирующего устройства имеют в своем составе стабилизатор входящего напряжения. То есть источник бесперебойного питания такого типа не только обеспечивает автономное энергоснабжение приборов при отключении электроэнергии, но и защищает от пониженного или повышенного напряжения без общего переключения на аварийный режим.

Онлайновый источник бесперебойного питания построен по принципу двойного преобразования напряжения. Поступающее на входе переменное напряжение с помощью выпрямителя трансформируется в постоянное, а затем при помощи инвертора снова становится переменным. Все это способствует установлению стабильного уровня выходного напряжения, а также гасит помехи основной питающей сети.

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.

Прежде чем купить новый ИБП, следует ознакомиться с некоторыми «внутренними» аспектами его функционирования. А для того чтобы источник бесперебойного питания служил вам как можно дольше и вложение ваших средств оказалось максимально эффективным, постарайтесь следовать приведенным ниже советам.

Какие батареи используются в ИБП

Во всех ИБП, производимых АРС (и другими известными крупными производителей ИБП), используются свинцовые кислотные аккумуляторные батареи, очень похожие на самые обычные автомобильные аккумуляторы. Разница заключается в том, что, если уж приводить подобное сравнение, то батареи, используемые АРС, изготовлены по одной технологии с самыми дорогими из доступных на сегодняшний день автомобильными аккумуляторами: содержащийся внутри электролит находится в гелеобразном состоянии и не разливается при повреждениях корпуса; батарея герметизирована, вследствие чего она не требует ухода, не выделяет при эксплуатации вредных и взрывоопасных газов (водорода), ее можно «кантовать» как угодно, без опасения пролить электролит.

Насколько долговечны батареи ИБП

Несмотря на то что в различных ИБП используется, казалось бы, одна и та же батарейная технология, наблюдаются колебания срока эксплуатации батарей ИБП разных изготовителей в широких пределах. Это весьма важно для пользователей, поскольку замена батарей стоит дорого (до 30% первоначальной стоимости ИБП). Выход батарей из строя снижает эффективность системы, является источником простоев и лишней головной боли. На надежность батареи значительное влияние оказывает температура. Дело в том, что естественные процессы, вызывающие старение батареи, во многом зависят от температуры. Подробные данные испытаний, предоставленные изготовителями батарей, показывают, что срок эксплуатации батареи при повышении температуры на каждые 10°C снижается на 10%. Это означает, что конструкция ИБП должна предусматривать минимальный нагрев батареи. Все ИБП с топологией online и гибридные online-источники нагреваются сильнее, нежели резервные или линейно-интерактивные (вот почему первым требуется вентилятор). Это важнейшая причина, в силу которой ИБП резервного и линейно-интерактивного типов реже нуждаются в замене батарей, чем ИБП с топологией online.

Стоит ли обращать внимание на конструкцию зарядного устройства при выборе ИБП?

Зарядное устройство является важным компонентом ИБП. Условия подзарядки батарей оказывают существенное влияние на их долговечность. Срок службы батареи ИБП максимален в том случае, если она непрерывно подзаряжается от зарядного устройства с постоянным или «плавающего» типа напряжением. Фактически срок эксплуатации подзаряжаемой батареи значительно превышает срок простого хранения. Это происходит потому, что некоторые естественные процессы старения приостанавливаются постоянной подзарядкой. Поэтому необходимо подзаряжать батарею, даже если ИБП отключен. Во многих случаях ИБП отключают регулярно (если защищаемая нагрузка отключена, то незачем держать включенным и ИБП, поскольку он может сработать и вызвать нежелательный износ батареи). Многие из предлагаемых в продаже ИБП не обеспечивают важной функции постоянной подзарядки.

Влияет ли напряжение на надежность?

Батареи состоят из отдельных ячеек, примерно по 2 В каждая. Для создания батареи более высокого напряжения отдельные элементы соединяют последовательно. В 12-вольтовой батарее - шесть элементов, в 24-вольтовой - 12 элементов и т.д. Когда батарея находится под непрерывной подзарядкой, как в системах ИБП, отдельные элементы подзаряжаются одновременно. В силу неизбежного разброса параметров некоторые элементы отбирают большую по сравнению с другими долю напряжения зарядки. Это вызывает преждевременное старение подобных элементов. Надежность группы из последовательно соединенных элементов определяется надежностью наименее надежного элемента. Поэтому, когда один из элементов выходит из строя, выходит из строя и батарея в целом. Доказано, что скорость процессов старения непосредственно связана с количеством элементов в батарее, в связи с этим скорость старения возрастает при повышении напряжения батареи. В лучших типах ИБП применяется меньшее количество более мощных элементов вместо большего количества элементов меньшей мощности, тем самым достигается повышенная надежность. Некоторые изготовители применяют батареи высокого напряжения, что при заданном уровне мощности дает возможность уменьшить число проводных соединений и полупроводников, снизив, таким образом, стоимость ИБП. Напряжение батареи большинства типичных ИБП при мощности порядка 1кВА составляет 24...96 В. При таком уровне мощности у батарей ИБП фирмы АРС, в частности семейства Smart-UPS, напряжение не превышает 24 В. Батареи низкого напряжения в ИБП, производимых компанией АРС, имеют более высокий по сравнению с конкурирующими устройствами срок эксплуатации. Средний срок эксплуатации в батареях АРС равен 3-5 годам (в зависимости от температурного режима, частоты циклов разряд/заряд), тогда как некоторые изготовители указывают срок эксплуатации только 1 год. В течение 10-летнего срока использования ИБП пользователи некоторых систем затрачивают на батареи вдвое больше, чем на само устройство! Хотя разработка ИБП с применением высоковольтных батарей оказывается проще и обходится производителю и дешевле, на пользователя в таком случае ложатся скрытые расходы в виде укороченного срока эксплуатации ИБП.

Почему «пульсирующий» ток уменьшает срок службы батареи

В идеальном варианте для увеличения времени использования батарею ИБП необходимо постоянно держать на «плавающей» или постоянной подзарядке. В такой ситуации полностью заряженная батарея отбирает от зарядного устройства небольшое количество тока, называемого плавающим током, или током самозарядки. Несмотря на рекомендации изготовителей батарей, в некоторых системах ИБП батареи дополнительно подвергаются действию пульсирующего тока. Пульсирующие токи возникают потому, что инвертор, вырабатывающий переменный ток для нагрузки, потребляет на входе постоянный ток. Выпрямитель же, находящийся на входе ИБП, всегда выдает пульсирующий ток. Коэффициент остается ненулевым даже при использовании самых современных схем выпрямления и подавления пульсаций. Поэтому батарее, включенной параллельно выходу выпрямителя, приходится отдавать какой-то ток в те моменты времени, когда ток на выходе выпрямителя уменьшается, и наоборот, - подзаряжаться тогда, когда ток на выходе выпрямителя падает. Это вызывает мини-циклы разрядки/зарядки с частотой, равной, как правило, удвоенной рабочей частоте ИБП (50 или 60 Гц). Названные циклы изнашивают батарею, нагревают ее и вызывают ее преждевременное старение.

В ИБП с батареей, находящейся в резерве, таких как классический резервный, резервный феррорезонансного типа, линейно-интерактивный, батарея не подвергается воздействию пульсирующих токов. Батарея ИБП типа online в разной степени (в зависимости от конструктивных особенностей), но тем не менее всегда подвергается их воздействию. Чтобы выяснить, имеют ли место пульсирующие токи, необходимо проанализировать топологию ИБП. В ИБП типа online батарея размещена между зарядным устройством и инвертором, и пульсирующие токи будут всегда. Это классический, «исторически» самый ранний тип ИБП «online с двойным преобразованием». Если же в ИБП типа on-line батарея отделена от входа инвертора запирающим диодом, преобразователем или переключателем того или иного типа, то пульсирующего тока быть не должно. Естественно, в этих конструкциях батарея не всегда подключена к контуру, а потому ИБП с подобной топологией обычно относят к гибридным.

На что в ИБП нельзя полагаться

Батарея - наименее надежный элемент большинства хорошо сконструированных систем ИБП. Тем не менее архитектура ИБП может влиять на долговечность этого критичного компонента. Если держать батарею под непрерывной подзарядкой даже при отключении ИБП (как это делается во всех ИБП, производимых АРС), срок ее эксплуатации увеличивается. При выборе ИБП следует избегать топологий с высоким напряжением батареи. Следует остерегаться ИБП, в которых батарея подвергается воздействию пульсирующих токов или перегреву. В большинстве систем ИБП применяются одинаковые батареи. И все же конструктивные различия между ИБП различных систем обусловливают значительные различия в сроке службы батарей, а следовательно, и в размерах эксплуатационных затрат.

Перед первым включением нового ИБП обязательно следует зарядить батареи

Батареи нового ИБП за время транспортировки и хранения на складе, естественно, потеряли большую часть «заводского» заряда. Поэтому, если вы сразу же поставите ИБП под нагрузку, батареи не смогут обеспечить должный уровень поддержания питания. Более того, процедура самотестирования, автоматически запускаемая при каждом включении ИБП (кроме Back-UPS), в числе прочих диагностических операций, проверяет, в состоянии ли батарея справиться с нагрузкой. А поскольку незаряженная батарея справиться с нагрузкой не может, система, возможно, сообщит, что батарея неисправна и требует замены. Все, что нужно сделать в такой ситуации - дать батареям зарядиться. Оставьте ИБП подключенным к сети на 24 часа. Это первая зарядка батарей, поэтому она требует больше времени, чем обычная штатная зарядка, регламентированная в техническом описании. Сам ИБП может быть выключен. Если вы принесли ИБП с холода, дайте ему согреться при комнатной температуре в течение нескольких часов.

Подключайте к ИБП только ту нагрузку, которая действительно требует бесперебойного питания

Использование ИБП оправданно лишь там, где потеря питания способна привести к потере данных, - в персональных компьютерах, серверах, концентраторах, маршрутизаторах, внешних модемах, стримерах, дисководах и т.п. Принтеры, сканеры и уж тем более осветительные лампы не нуждаются в ИБП. Что произойдет, если принтер потеряет питание во время печати? Испортится лист бумаги - ценность его не сопоставима со стоимостью ИБП. Кроме того, принтер, подключенный к устройству бесперебойного питания, при переходе на питание от батарей расходует на себя их энергию, отнимая ее у компьютера, который действительно в ней нуждается. Для того чтобы защитить от разрядов и помех оборудование, не несущее информации, которая может быть потеряна в результате сбоя питания, достаточно применения сетевого фильтра (например, APC Surge Arrest) или, при значительных колебаниях напряжения в сети, сетевого стабилизатора.

Если ваш источник часто переходит на режим питания от батарей, проверьте, правильно ли он настроен. Может статься, что порог срабатывания или чувствительность выставлены слишком требовательно.

Тестируйте ИБП. Периодически запуская процедуру самотестирования, вы всегда будете уверены, что ваш ИБП полностью готов к работе.

Не выключайте ИБП из розетки. Выключайте ИБП с помощью кнопки на передней панели, но не выдергивайте его шнур из розетки, если только вы не покидаете его на длительный срок. Даже в выключенном состоянии ИБП производства АРС осуществляет зарядку батарей.

КомпьютерПресс 12"1999

По мере своего развития цивилизация начинает потреблять все больше энергии, в частности, электрической — станки, заводы, электронасосы, фонари на улицах, лампы в квартирах… Появление радио, телевизоров, телефонов, компьютеров дало человечеству возможность ускорить обмен информацией, однако, еще сильнее привязало его к источникам электроэнергии, поскольку теперь, во многих случаях, пропадание электричества равносильно потере канала доставки информационного потока. Наиболее критична такая ситуация для ряда наиболее современных отраслей, в частности, там, где основным инструментом производства являются компьютерные сети.

Давно подсчитано, что через пару-тройку месяцев работы стоимость информации, хранящейся на компьютере, превышает стоимость самого ПК. Уже давно информация стала разновидностью товара — ее создают, оценивают, продают, покупают, накапливают, преобразуют… и порой теряют по самым разнообразным причинам. Разумеется, до половины проблем, связанных с потерей информации, возникает из-за программных или аппаратных сбоев компьютерами. Во всех остальных случаях, как правило, проблемы связаны с некачественным электроснабжением компьютера.

Обеспечение качественного питания компонентов ПК — залог стабильной работы любой компьютерной системы. От формы и качественных характеристик сетевого питания, от удачного выбора компонентов питания порой зависит судьба целых месяцев работы. Исходя из этих соображений, была разработана изложенная ниже методика исследования, призванная в дальнейшем стать основой тестирования качественных характеристик бесперебойных блоков питания.

1. Положения ГОСТ
2. Классификация ИБП (описание, схема)
   • Оффлайновые
   • Линейно-интерактивные
   • Онлайновые
   • Основные типы по мощностям
3. Физика
   • a. Виды мощности, формулы расчета:
     • Мгновенная
     • Активная
     • Реактивная
     • Полная
4. Тестирование:
   • Цель тестирования
   • Общий план проведения
   • Параметры для проверки
5. Оборудование, использованное при тестировании
6. Библиография

Положения ГОСТ

Все, что связано с электрическими сетями, в России регламентируется положениями ГОСТ 13109-97 (принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации взамен ГОСТ 13109-87). Нормативы этого документа полностью соответствуют международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех.

Стандартными показателями для электросетей в России, установленными ГОСТ, являются следующие характеристики:

• напряжение питания — 220 В±10%
• частота — 50±1 Гц
• коэффициент нелинейных искажений формы напряжения — менее 8% в течение длительного времени и 12% — кратковременно

Оговорены в документе и типичные проблемы электроснабжения. Чаще всего нам приходится сталкиваться со следующими из них:

• 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. Как раз о последней категории устройств и пойдет речь.
Классификация ИБП

«Разделять» ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на

1. Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА — включая и on-line)
2. Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА)
3. Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА)
4. Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА)

Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on-line и off-line , которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно-интерактивные .

Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off-line или standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).

Мы будем пользоваться вторым типом классификации.

Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном — переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком — ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).

Линейно-интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств — защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.

ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем — с помощью инвертора — снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.

Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом — снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.

Физика

Во всех справочниках по электротехнике различаются четыре вида мощности: мгновенная , активная , реактивная и полная . Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенного значения напряжения и мгновенного значения тока для произвольно выбранного момента времени, то есть

Так как в цепи с сопротивлением r u=ir, то

Средняя за период мощность P рассматриваемой цепи равна постоянной слагающей мгновенной мощности

Среднюю за период мощность переменного тока называют активной . Единица активной мощности вольт-ампер называется ватт (Вт).

Соответственно и сопротивление r называют активным. Так как U=Ir, то

Обычно именно активную мощность понимают под потребляемой мощностью устройства.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока и напряжения на синус угла сдвига фазы между ними.

Полная мощность — потребляемая нагрузкой суммарная мощность (учитываются как активная, так и реактивная ее составляющие). Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения — ВА (вольт-ампер). Для синусоидального тока равна

Практически на любом электрическом приборе находится этикетка с указанием либо полной мощности устройства, либо активной мощности.
Тестирование

Основная цель тестирования — продемонстрировать поведение тестируемых ИБП в реальных условиях, дать представление о дополнительных характеристиках, которые не находят отражения в общей документации на устройства, на практике определить влияние различных факторов на работу ИБП и, возможно, помочь определиться с выбором того или иного источника бесперебойного питания.

Несмотря на то, что рекомендаций по выбору ИБП в настоящее время существует великое множество, в ходе тестирования мы рассчитываем, во-первых, рассмотреть ряд дополнительных параметров, которыми стоит поинтересоваться перед покупкой оборудования, во-вторых, по необходимости скорректировать набор выбранных методов и параметров тестирования и выработать базу для будущего анализа всего тракта питания систем.

Общий план проведения тестирования выглядит следующим образом:

• Указание класса устройства
• Указание заявленных производителем характеристик
• Описание комплектности поставки (наличие руководства, дополнительных шнуров, ПО)
• Краткое описание внешнего вида ИБП (функции, вынесенные на контрольную панель и перечень разъемов)
• Тип аккумуляторов (с указанием емкости аккумуляторов, обслуживаемые/необслуживаемые, наименование, возможно — взаимозаменяемость, возможность подключения дополнительных аккумуляторных блоков)
• «Энергетическая» составляющая тестов

В процессе тестирования планируется проверить следующие параметры:

• Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работает от сети, не переключаясь на аккумуляторы. Больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов ИБП на батарею и увеличивает срок ее службы
• Время переключения на питание от аккумулятора. Чем меньше время переключения, тем меньше риск выхода из строя нагрузки (устройства, подключенного через ИБП). Длительность и характер процесса переключения во многом определяют возможность нормального продолжения работы оборудования. Для компьютерной нагрузки допустимое время прерывания питания 20-40 мс.
• Осциллограмма переключения на аккумулятор
• Время переключения с аккумулятора на внешнее питание
• Осциллограмма переключения с аккумулятора на внешнее питание
• Время работы в автономном режиме. Этот параметр определяется исключительно емкостью батарей, установленных в ИБП, которая, в свою очередь, увеличивается при росте максимальной выходной мощности ИБП. Для обеспечения автономным питанием двух современных компьютеров SOHO типичной конфигурации в течение 15-20 мин, максимальная выходная мощность ИБП должна быть порядка 600-700 ВА.
• Параметры выходного напряжения при работе от батарей
• Форма импульса в начале разряда аккумулятора
• Форма импульса в конце разряда аккумулятора
• Диапазон выходного напряжения ИБП при изменении входного напряжения. Чем этот диапазон уже, тем меньше влияние изменения входного напряжения на питаемую нагрузку
• Стабилизация выходного напряжения
• Фильтрация выходного напряжения (если она есть)
• Поведение ИБП при перегрузке на выходе
• Поведение ИБП при пропадании нагрузки
• Вычисление КПД ИБП. Определяется как отношение выходной мощности устройства к потребляемой мощности от источника питания
• Коэффициент нелинейных искажений, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной
  • 0% — синусоида
  • 3% — искажения не заметны на глаз
  • 5% — искажения заметны глазом
  • до 21% — трапецеидальная или ступенчатая форма сигнала
  • 43% — сигнал имеет прямоугольную форму

Оборудование

При тестировании мы будем пользоваться не реальными рабочими станциями и серверами, а эквивалентными нагрузками, которые имеют стабильный характер потребления и коэффициент использования мощности, близкий к 1. В качестве основного оборудования, которое будет использоваться при проведении тестирований, в настоящее время рассматривается следующий комплект:

Библиография

1. ГОСТ 721-77 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В
2. ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения
3. ГОСТ 21128-83 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В
4. ГОСТ 30372-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения
5. Теоретическая электротехника, изд. 9-е, исправленное, М.-Л., издательство "Энергия", 1965
6. Рекламные материалы компании
7. Интернет-ресурс

Чтобы источник бесперебойного питания (ИБП) прослужил максимально долго, а его приобретение принесло ощутимую пользу, следуйте нижеприведенным советам по уходу, подключению и обслуживанию ИБП.

Определившись с вопросом, какой ИБП лучше и распаковав долгожданную покупку, не спешите сразу его подключать. Перед первым включением нового источника бесперебойного питания необходимо полностью зарядить аккумуляторные батареи. Если новый источник будет сразу поставлен под нагрузку, его аккумуляторные батареи не смогут обеспечить необходимую для питания мощность.

Рисунок 1. Комплектация APC Back-UPS CS-500

Процедура самотестирования, которая автоматически запускается при включении (кроме моделей Back-UPS), проверяет, может ли аккумуляторная батарея справиться с поступившей нагрузкой. В случае, когда батарея не заряжена, бесперебойник может сообщить, что АКБ неисправна и необходима его замена. В этом случае нужно просто зарядить батареи. Для этого следует подключить прибор к сети и оставить его включенным на 24 часа.

Первая зарядка батарей требует несколько больше времени, чем штатная зарядка. При первой зарядке источник бесперебойного питания может быть отключенным. Некоторые ИБП, например, от производителя АРС могут заряжаться от сети в независимости от того, включен источник или нет.

Подключать к источнику питания нужно только то оборудование, которое действительно требует бесперебойного питания.

Если аппарат принесли с холода, необходимо дать ему нагреться в течение примерно двух часов при комнатной температуре.

Покупка источника бесперебойного питания может быть оправдана лишь в том случае, если отключение электропитания приведет к потере важных данных. Среди приборов, нуждающихся в ИБП: серверы, персональные компьютеры, маршрутизаторы, хабы, стримеры, внешние модемы и т.д.

Рисунок 2. Схема подключения устройств связи

Сканеры, принтеры и осветительное оборудование следует подключать к бесперебойнику по усмотрению. Если принтер выключится во время печати, просто испортится листок бумаги, но принтер, подключенный к источнику бесперебойного питания, в момент перехода на питание от АКБ полностью расходует их энергию на себя, и таким образом, лишает защиты компьютер, остро в ней нуждающийся. Поэтому подключайте периферийную технику к ИБП только в том случае, если уверены, что энергии аккумуляторов хватит на питание всех устройств.

Рисунок 3. Схема подключения ИБП к компьютеру

Если требуется защитить от помех или разряда оборудование, которое не несет в себе важной информации, достаточно использовать сетевой фильтр, типа Surge Arrest или сетевой стабилизатор, типа Line-R.

Ни в коем случае не перегружайте источник бесперебойного питания. Выбирайте такую модель ИБП, мощность которой была бы не меньше суммарной мощности нагрузки. Не забывайте про разницу между вольт-амперами и ваттами! Обязательно подключайте устройство с заземлением, поскольку без него будет снижена эффективность подавления помех. Выключайте ИБП только с помощью кнопки на передней панели. Отключайте шнур из розетки только в том случае, если вам придется покинуть дом или офис на длительный срок. Многие источники способны даже в выключенном состоянии осуществлять зарядку батарей.

Большинство ИБП самостоятельно решают, когда переходить на АКБ. Однако, если Ваш источник постоянно переключается на работу от батареи, стоит проверить его настройки. Возможно, чувствительность прибора или порог его срабатывания выставлен слишком высоко. Не забывайте периодически тестировать устройство. Процедура самотестирования позволит Вам быть уверенным в том, что ИБП правильно функционирует и готов к работе в любой момент.