Как рассчитать мощность источника бесперебойного питания. Грамотный выбор источника бесперебойного питания

Скачки напряжения – основная причина поломки компьютеров. Чтобы защитить устройства от поломки, установите UPS или источник бесперебойного питания. Он используется для устранения различных помех в электросети:

• Резкое повышение и понижение напряжения;
• Внезапное отключение электроэнергии;
• Электромагнитные помехи;
• Высокочастотные импульсы.

К бесперебойнику подключают системный блок, монитор, аудиосистему, игровые джойстики, модемы, принтеры и сканеры. Чтобы обеспечить всем устройствам надежную защиту, важно знать, как правильно подобрать ИБП для компьютера.

Как выбрать источник бесперебойного питания для компьютера

Выбор ИБП для компьютера начинается с определения его типа. Их три: резервные, интерактивные и онлайн-устройства.

• Резервные бесперебойники работают в двух режимах. При наличии напряжения в сети они «фильтруют» входящие токи и делают их безопасными для оборудования. При отсутствии напряжения выступают в роли резервного аккумулятора. Иными словами, если произошло отключение света, вы сможете работать с ПК еще некоторое время.
  Преимущество: низкая цена
  Недостатки: относительно долгое время срабатывания (до 15 мс), что может быть критичным для некоторых видов техники.
• Интерактивные ИБП, в отличие от резервных, оборудованы встроенным стабилизатором напряжения. Если нагрузка в сети незначительно изменилась, прибор скорректирует ее. Переключение на работу от батарей происходит только при серьезных изменениях в сети.
  Преимущество: быстрое время срабатывания, универсальные, подходят как для компьютеров, так и для всей сопутствующей техники.
  Недостаток: не подходят для техники с высокими пусковыми токами.
• Онлайн-UPS относятся к профессиональному оборудованию. Они преобразуют входящий переменный ток в постоянный, «пропускают» через себя и снова выдают переменный с точным напряжением 220 В.
  Преимущество: подходят для защиты сверхчувствительного и дорогостоящего оборудования.
  Недостатки: очень дорогие и шумные, устанавливаются в помещениях, где нет людей.

Еще один важный параметр – время автономной работы устройства. Оно указано производителем в техническом паспорте прибора и составляет от 10 до 50 минут. Может меняться в зависимости от количества подключенного оборудования.

Как рассчитать мощность ИБП для компьютера

Для начала определите тип вашего ПК и решите, какую дополнительную технику вы хотите к нему подключить. Посчитайте их суммарную мощность. Будьте внимательны: мощность техники указана в ваттах (Вт), а ИБП, как правило, - в вольтамперах (ВА). Вам нужно самостоятельно правильно рассчитать мощность ИБП для компьютера.

• Стандартный офисный компьютер включает системный блок, монитор, колонки и принтер. Их суммарная мощность составляет около 500 Вт. Пересчитываем в вольтамперы: 500*1,4=700 ВА.
• Игровой компьютер состоит из системного блока, одного или двух мониторов, мощной акустической системы, а также джойстиков, рулей и прочего оборудования. Игровые компьютеры гораздо мощнее офисных, поэтому и примерная суммарная мощность будет выше – около 800 Вт. Делаем расчет по образцу и получаем 1120 ВА.

Как подключить ИБП к компьютеру

Подключить бесперебойник к ПК довольно просто. Обязательно наличие сетевого фильтра – тройника.

1. Подключаем бесперебойник к включенному сетевому фильтру. Это необходимо, чтобы подзарядить батарею устройства.
2. Все оборудование: системный блок, монитор, акустическую систему – подключаем к ИБП.
3. Правильно включаем компьютер. Нажимаем на кнопку включения UPS и ждем, пока загорится зеленая лампочка. Она сигнализирует о том, что прибор готов к работе. Только после этого включаем компьютер. Только в этом случае ваше оборудование будет надежно защищено от скачков напряжения.

Во-первых, нужно принимать во внимание мощность источника бесперебойного питания. Для расчета нужной мощности в вольт-амперах нужно учитывать коэффициент мощности, который для источника бесперебойного питания равен 0,7. Таким образом, для системы мощностью 200Вт нужен ИБП мощностью от 200/0,7=285 ВА.

Во-вторых, следует определить время автономного питания нагрузки, необходимое для Вашей системы. Данный критерий определяет емкость аккумулятора для устройства бесперебойного питания, который является самой дорогостоящей частью ИБП. В связи с этим, следует точно определиться с целью использования ИБП: возможно, он нужен для продолжения работы Вашего ПК после отключения электроэнергии в течение 5-10 минут; либо Вам нужно несколько часов для завершения срочных проектов; либо же ИБП предназначен для обеспечения долгосрочного питания системы сигнализации или других систем.

Третьим параметром является форма напряжения. Для ПК обычно используются импульсные источники питания, и здесь вполне можно использовать ступенчатое напряжение.

На что нужно обратить внимание?

Выбирая источник бесперебойного питания компьютера, следует учитывать, что обычно для таких целей достаточно устройства мощностью от 400 до 600 ВА. Если домашний ПК имеет немало периферийных устройств, следует приобретать источник немного мощнее, например, 825 ВА. В случае, если у Вас дома два ПК, то для полноценной их защиты нужно приобретать ИБП мощностью более 1000 ВА.

При выборе блока бесперебойного питания для домашнего использования, нужно принять во внимание, что это устройство обычно устанавливается на столе рядом с системным блоком – для удобства контроля за его работой. Таким образом, желательно, чтобы ИБП был приятного цвета и дизайна и не слишком шумел (не более 40-45 ДБ на расстоянии до 1м).

В дополнение к сказанному, следует знать, что в среднем ПК способен сохранять работу при пропадании напряжения до 20 мс, хотя некоторые системные блоки способны выдерживать колебания даже в 300 мс. Эти показатели Вашего ПК желательно учитывать при выборе источника бесперебойного питания.

Какие основные функции выполняют UPS?

Основные функции источников бесперебойного питания следующие:

• Сглаживание небольших и непродолжительных скачков напряжения;
• Фильтрация питающего напряжения и обеспечение менее шумной работы системы;
• Сохранение работоспособности системы на определенное время после прекращения подачи электроэнергии в сети;
• Предохранение системы от перегрузок или короткого замыкания.
• Помимо основных функций современные ИБП часто снабжаются и рядом дополнительных благодаря специальному ПО:
• Автоматическое выключение системы, если напряжение в сети отсутствует долгое время и перезапуск системы при возобновлении подачи электроэнергии;
• Тестирование состояния системы бесперебойного питания и запись соответствующих данных в log-файл (температура источника, уровень заряда аккумулятора и др.);
• Индикация показателей напряжения и частоты переменного тока в электросети, питающего напряжения на выходе, а также и мощности, которую потребляет нагрузка;
• Уведомление пользователя в случае аварийных ситуаций при помощи индикаторов или монитора, звуковых сигналов или программных сообщений;
• Возможность установки таймера для автоматического включения и выключения нагрузки в определенное время.

Что такое пассивные источники бесперебойного питания резервного типа?

Пассивные ИБП резервного типа (passive standby) – это один из трех классов источников бесперебойного питания согласно принятому стандарту Международной электротехнической комиссии (IES). Эти ИБП часто называют оффлайновыми.

Принцип их работы довольно прост – при нормальном функционировании системы (если показатели входного напряжения не превышают установленные нормы) нагрузка, проводимая через фильтр, получается прямо от электросети. Если показатели начинают превышать установленные лимиты, - нагрузка переводится на питание от аккумулятора данного источника бесперебойного питания.
Простота организации в работе пассивного ИБП резервного типа обуславливает достаточно несложную его схемотехнику, компактный размер и невысокую стоимость. В то же время, у данного вида бесперебойного питания компьютера есть немало недостатков. Основной недостаток в том, что любое ощутимое изменение в подаче электроэнергии способно привести к переходу на питание от аккумуляторной батареи, что довольно быстро вызывает изнашивание этой дорогостоящей части UPS.

Что такое линейно-интерактивные ИБП и где они применяются?

Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания (line interactive), по сравнению с офлайновыми ИБП, имеют дополнительную функцию стабилизации напряжения. Они снабжены специальным модулем AVR, который корректирует перепады напряжения при его понижении или повышении и обеспечивает нормальную работу системы без переключения на аккумуляторное питание. Режим резервного питания включится лишь при изменении напряжения на величину, которую AVR не сможет скорректировать.

Более редкое использование аккумуляторной батареи в линейно-интерактивных ИБП гарантирует ее большую долговечность, чем в оффлайновых источниках бесперебойного питания. Диапазон рабочих напряжений для данного типа ИБП значительно шире, чем у оффлайновых систем бесперебойного питания, в среднем +/- 20% от номинального напряжения. Номинальное напряжения обычно составляет 220В, 230В или 240В. Время переключения на аккумуляторную батарею для данного вида ИБП довольно большое – около 4-7мс, однако для домашнего использования это незначительно.

В настоящее время линейно-интерактивные источники бесперебойного питания являются оптимальным выбором для использования в домашних условиях.

Какие преимущества у онлайновых источников бесперебойного питания?

Онлайновые ИБП, также называемые ups блоками бесперебойного питания с двойным преобразованием (double conversion), являются самым дорогостоящим классом ИБП. Принцип их работы существенно отличается от других ИБП. Поступающее в онлайновый ИБП переменное напряжение преобразуется в постоянное (благодаря выпрямителю), которое затем снова преобразуется в переменное (благодаря инвертору) – такое двойное преобразование практически на сто процентов ограждает защищаемую систему от любых изменений во внешней сети.

Батарея аккумулятора постоянно подключена ко входу в инвертор, что сводит к минимуму время переключения на нее при аварийной ситуации (0.0 мс). Мощность такого устройства обычно довольно большая – от 700ВА.

Среди недостатков онлайновых источников бесперебойного питания следует указать низкий КПД (т.к. электроэнергия преобразуется два раза), высокий уровень шума при работе и довольно высокие цены. В силу этого данные ups блоки бесперебойного питания обычно не применяются для защиты домашних ПК или электроприборов. Основная сфера их использования – корпоративные приложения.

Что такое феррорезонансные ИБП?

Феррорезонансные ups - источники бесперебойного питания - это устройства, которые в своей работе основываются на эффекте феррорезонанса, который обычно используется в стабилизаторах напряжения. В этих ИБП применяется феррорезонансный трансформатор, который в нормальном режиме является стабилизатором напряжения, а также сетевым фильтром.

При прекращении подачи питания этот трансформатор в течение 8-16 мс поставляет в нагрузку электропитание за счет электроэнергии, которая накопилась в его магнитной системе. Этого времени вполне достаточно, чтобы инвертор источника бесперебойного питания смог начать снабжение нагрузки электроэнергией от аккумуляторной батареи.

Данный тип ИБП имеет не очень высокий КПД (не более 93%), поэтому особого распространения он не получил, несмотря на то, что он обеспечивает довольно надежную защиту от высоковольтных выбросов энергии и электромагнитных шумов. Феррорезонансные источники бесперебойного питания относятся к источникам средней мощности – максимальная их мощность равна 18кВА.

С какими мощностями работают ИБП?

В зависимости от мощности бесперебойного источника питания, их условно классифицируют на три вида: маломощные, средней мощности и мощные источники.
Маломощными являются ИБП, которые подключаются непосредственно к защищаемому оборудованию и питаются от электросети через стандартные розетки. Такие устройства обычно рассчитаны на мощность в диапазоне 250-3000 ВА (в зависимости от модели).

ИБП средней мощности обычно рассчитаны на мощность в диапазоне 3-30 кВА. Они поставляют в нагрузку электропитание посредством встроенного розеточного блока либо специальной розеточной сети. Питание данные устройства бесперебойного питания обычно получают от кабеля распределительного щита через защитно-коммутационный аппарат.

UPS ИБП большой мощности обычно работают с напряжением в диапазоне от 10 до сотен кВА (до 800 кВА). Они подключаются к питающей сети так же, как и среднемощные ИБП. Они обычно размещаются в специальных помещениях, имеют значительные размеры и напольное исполнение.

Как перевести показатели мощности для источников бесперебойного питания из вольт-амперов в ватты?

Для перевода показателей мощности из ВА в Вт используется коэффициент мощности (PF). Если Вашим источником бесперебойного питания используется ступенчатая аппроксимация, нужно умножить мощность в вольт-амперах на коэффициент 0,6; если же используется синус – на 0,7 – 0,95 в зависимости от PF блока питания. Для блока бесперебойного питания компьютера коэффициент обычно равен 0,7.

Источники, обеспечивающие < strong> бесперебойное питание, имеют такой параметр, как максимальная активная мощность, которая измеряется в ваттах. Если, предположим, Ваш ИБП имеет показатели 1000ВА, 600Вт, это значит, что активная мощность, получаемая от источника, должна быть не больше 600Вт, в то время как полная мощность системы может достигать 1000ВА.

Какими возможностями обладает источник бесперебойного питания?

Прежде, чем выбрать источник бесперебойного питания, важное значение имеет простота их использования и технического обслуживания. Довольно важно иметь возможность наблюдать за работой источника. Для этих целей современные источники бесперебойного питания снабжены светодиодами или дисплеями.

Каждый блок бесперебойного питания имеет функцию тестирования своих внутренних узлов, которая запускается автоматически при запуске ИБП и периодически повторяется. Тестирование включает в себя контроль над внештатными ситуациями, анализ состояния и уровня заряда аккумулятора, а также корректность подключения источника бесперебойного питания.

Многие современные ИБП снабжены возможностью дистанционного контроля за питанием оборудования. Для этого источник бесперебойного питания компьютера или другой системы соединяется с ней при помощи специальных интерфейсных кабелей и определенного ПО. В частности, использование ПО Smart 2000, интерфейса RS-232, а также интерфейса с сухим контактом делает задачу управления источником на больших расстояниях вполне реальной.

Большая часть ИБП имеет возможность горячей замены аккумуляторных батарей, т.е. замены без выключения самого источника и остановки питания системы. Таким образом, пользователь сам может купить батареи и заменить ими старые. Такая функция есть у всех онлайновых ИБП и у части линейно-интерактивных источников.

Что нужно учитывать при подключении ИБП?

Подключение устройства бесперебойного питания не является сложной задачей. Стандартный ИБП имеет ряд одинаковых разъемов для электрических кабелей. Однако, следует учитывать, что источник бесперебойного питания компьютера и сам компьютер нельзя соединять при помощи компьютерного кабеля, имеющего на конце стандартную вилку, т.к. разъем ИБП попросту не подойдет к такой вилке. В ряде случаев специальные кабели не входят в комплект ИБП, и их нужно покупать отдельно. Мощные блоки бесперебойного питания обычно подключаются при помощи специальных клеммных колодок.

Не стоит подключать к ИБП копировальные аппараты или лазерные принтеры, т.к. во время работы они иногда используют высокую пиковую мощность, что может вызвать перегрузку источника бесперебойного питания и выключение всей системы.

После того, как устройство бесперебойного питания подключено к сети, потребуется около 4-6 часов для полной зарядки его батареи. После этого устройство полностью готово к использованию. При нормальной работе системы ИБП никак не дает о себе знать. Если же происходит внештатная ситуация – он оповещает пользователя тремя способами: при помощи индикаторов или дисплея, звуковым сигналом и программно – при помощи специального сообщения на экране компьютера.

Какой вид ИБП лучше всего подходит для офисов и локальных сетей?

Проблема защиты офисов и локальных сетей от неполадок в энергоснабжении имеет три варианта решения. Первое решение является наиболее простым и наименее затратным. Следует хранить всю важную информацию на сервере, который снабдить надежным ИБП - источником бесперебойного питания.

Обычно для этих целей используются линейно-интерактивные ИБП либо онлайновые для защиты особо ценных данных. Функции, которыми снабжены эти высококлассные блок бесперебойного питания, как, например, мониторинг или дистанционное управление являются немаловажными в данных условиях.
Второй вид решения обеспечит большую надежность при больших затратах. Он заключается в снабжении компьютеров несложными ИБП. Если не забывать о максимальной допустимой мощности, можно разумно сэкономить, подсоединяя несколько рабочих станции к одной системе бесперебойного питания.

Третий вариант является самым дорогостоящим, однако обеспечивает максимальную защиту системы и сохранность информации. Он состоит в подключении всей электросети к онлайновому ИБП, рассчитанному на большую мощность. Такой шаг является рациональным лишь при исключительной ценности информации в системе или при наличии контроллера, который может аккуратно обесточить систему в нужное время.

Какой срок службы у аккумуляторных батарей ИБП и есть ли возможность его продлить?

При выборе источника бесперебойного питания цена во многом зависит от типа его аккумулятора. Батареи аккумулятора обычно могут использоваться в течение 4-6 лет, однако неумелое обращение вполне способно укоротить этот срок. Одной из причин сокращения срока службы батарей является использование их до полной разрядки.

При таком использовании в батареях происходят необратимые химические процессы. Высокая температура воздуха (выше 30 градусов) также укорачивает жизнь аккумуляторным батареям. Губительной для батарей и для многих компонентов ИБП и сильная перегрузка системы.
Перед началом использования нового ИБП нужно поставить его на зарядку на несколько часов. Запасные аккумуляторы не стоит закупать впрок, т.к. срок их хранения не очень велик. Для предохранения батареи от перегрева желательно приобретать систему бесперебойного питания, которая периодически тестирует свои компоненты и корректирует их состояние. Если прибор подвергся переохлаждению (ниже 0 градусов), перед началом работы его следует согреть в течение нескольких часов.

Как обеспечить долгосрочную работу ИБП?

• Для этого нужно соблюдать ряд следующих правил:
• Не допускать перегрузки ИБП - подключать к нему лишь те системы, которые действительно нужно предотвратить от проблем с подачей электроэнергии;
• Правильно заземлить систему, т.к. иначе эффективность корректировки будет снижена;
• Не ударять источник бесперебойного питания и не допускать его тряски;
• Не допускать хранения блока бесперебойного питания во влажном помещении;
• При отключении напряжения в сети следует выключить подключенное к ИБП оборудование для того, чтобы источник мог зарядить свой аккумулятор при возобновлении подачи электроэнергии. Данное действие предотвратит полную разрядку батареи;
• Нельзя включать сетевой фильтр между системой бесперебойного питания и компьютером;
• Периодически стоит включать тестирование источником бесперебойного питания своих компонентов;
• Не подключать к источнику лазерные принтеры или копировальные аппараты.
• Таким образом, срок службы батарей блока бесперебойного питания во многом зависит от соблюдения правил эксплуатации: частоты включения автономного режима, температуры и влажности в помещении, условий зарядки и от вида самого аккумулятора.

Что такое распределенная система бесперебойного питания?

Распределенная система бесперебойного питания - это система, состоящая из ряда ИБП, причем каждый источник поставлен к отдельному ПК или другому оборудованию. Источники бесперебойного питания, составляющие такую систему, могут иметь различные характеристики и свойства.

Такая система, обеспечивающая бесперебойное питание, отличается простотой и чаще всего используется в офисах и для домашних целей. У нее есть немало преимуществ:

Благодаря тому, что каждая единица оборудования защищается собственным ИБП, защита в системе используется максимально эффективно – для каждого элемента подбирается защита в соответствии с его особенностями, характером работы и степенью важности информации;

Данная система бесперебойного питания предусматривает простой и эффективный способ контроля над ее состоянием – каждый пользователь видит состояние ИБП приставленного к нему оборудования и может вовремя сообщить в случае неполадок;

Развивать данную систему довольно просто – можно начать с приобретения ИБП для сервера, а затем постепенно снабдить источниками все оборудование в системе;

При выходе из строя одного из источников бесперебойного питания в системе, система продолжает эффективно функционировать благодаря замене поломанного ИБП источником от менее важного оборудования.

Что такое централизованная система бесперебойного питания?

Централизованная система бесперебойного питания обычно состоит из одного ИБП, установленного для защиты большого количества оборудования.

Такая система имеет ряд преимуществ:

В централизованных системах бесперебойного питания обычно применяются ИБП высокого класса, обеспечивающие наилучшую защиту оборудования;

Трехфазные ИБП (UPS), которые обычно используются в данной системе, предохраняют электросеть от перегрузок, связанных с работой ПК и делают работу всей системы более безопасной;

Использование одного источника бесперебойного питания вместо нескольких той же ценовой категории позволяет значительно сэкономить средства;

Один источник бесперебойного питания значительно проще контролировать, чем несколько десятков ИБП.

Централизованная система бесперебойного питания имеет и ряд недостатков, например, необходимость в квалифицированных кадрах или специализированной фирме для обслуживания ИБП; такую систему менять и расширять значительно сложнее – поэтому при ее планировании нужно учесть все нюансы и перспективы на будущее; такая система довольно дорога для использования в простых компьютерных системах.

Что такое байпас, и какова его функция в ИБП?

Если нужно выбрать блок бесперебойного питания, который бы отвечал требованиям повышенной надежности, особое внимание нужно обратить на байпас. Байпас (bypass) – это механизм обходного пути, он является обязательной частью любого источника бесперебойного питания высокой или средней мощности.

Этот механизм состоит из двух основных частей – электронного байпаса (статического) и механического (ручного) байпаса. Такая электронно-механическая конструкция позволяет переводить нагрузку с инвертора ИБП на байпас и обратно без изменения характера напряжения. Байпас является связующим звеном между входом и выходом ИБП и позволяет осуществлять эту связь в обход механизма резервирования питания.

Благодаря байпасу осуществляются следующие функции:

• Включение и выключение источника бесперебойного питания для проведения ремонтных работ без прекращения энергоснабжения приемников;
• При возникновении коротких замыканий или перегрузок в инверторе, нагрузку можно перевести с инвертора на байпас;
• Если качество электроэнергии в сети нормальное, нагрузку можно переводить с инвертора на байпас для экономии электроэнергии.

Какие типы инверторов используются в ИБП?

Инвертор является важной частью любого ИБП (UPS). Это полупроводник, который преобразует постоянное напряжение от аккумуляторных батарей (АБ) в переменное в вольтах, которое подается на нагрузку. В линейно-интерактивных ИБП источников бесперебойного питания инвертор часто выполняет дополнительные функции зарядного устройства.

Инвертор может подавать напряжение разной формы в зависимости от типа ИБП. Упрощенные модели инверторов часто производят напряжение прямоугольной формы с паузами без тока. Инверторы более совершенных моделей формируют аппроксимированное напряжение – ступенчатое, но близкое к синусоидальной форме. Эти два вида инверторов подходят для защиты маломощного оборудования и применяются с импульсными блоками питания.

Инверторы более мощных источников бесперебойного питания, в частности, линейно-интерактивных, выдают напряжение синусоидальной формы с довольно низким коэффициентом искажения (не более 3%). Такие инверторы могут применяться для любых видов нагрузок, начиная от импульсных блоков ПК вплоть до электродвигателей.

Что означает схема зеркального преобразования и для чего ее применяют?

Схема зеркального преобразования часто применяется в промышленных источниках бесперебойного питания с двойным преобразованием. Ее работа основывается на применении IGBT-транзисторов, т.е. биполярных полевых транзисторов, имеющих изолированных затвор.

Особенность зеркального преобразования в том, что выпрямитель и инвертор ИБП имеют одинаковое строение. Такая особенность позволяет добиваться следующих результатов:
Получение входного тока без нелинейных искажений;

Близкий к единице коэффициент мощности источника бесперебойного питания;

Осуществление принципа ШИМ без использования трансформатора на выходе.

Основным недостатком зеркального преобразования является довольно низкий КПД – на 1-1,5 % ниже, чем у ИБП с двойным преобразованием, имеющего тиристорные преобразователи. Это обуславливает небольшую сферу применения подобных блоков бесперебойного питания с мощностью не более 30-40 кВА.

В чем заключается принцип ШИМ?

Принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) заключается в определении оптимального времени, в течение которого открыт ключевой транзистор и одновременное урегулирование объема электроэнергии, накопленной трансформатором. Основные преимущества этого метода заключаются в неизменности периода повторений Т наряду с простотой его реализации. Благодаря этому принцип ШИМ используется практически в каждом источнике бесперебойного питания

Например , в случае увеличения тока оборудования, защищаемого ИБП (UPS), происходит следующее. Энергия, наколенная трансформатором, начинает расходоваться быстрее, сокращая время для закрытого состояния ключа. Для увеличения запаса энергии в трансформаторе происходит процесс увеличения времени для открытого состояния ключевого транзистора. Таким образом, общее время Т постоянно. Аналогичные действия происходят и при уменьшении тока в оборудовании.

Устройство, регулирующее работу ключевого транзистора, называется ШИМ-контроллером. ШИМ-контроллер является неотъемлемой частью ИБП и включает в себя все элементы управления, например, устройства запуска и защиты.

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

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.

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

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

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:

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

Источник бесперебойного питания важный элемент при построении сложных систем, где нужна гарантия безопасности от непредвиденных перебоев в энергоснабжении

Источник бесперебойного питания важный элемент при построении сложных систем, где нужна гарантия безопасности от непредвиденных перебоев в энергоснабжении и других проблем в электросети. Расскажем о том, какие критерии необходимо учесть при выборе ИБП.

Сейчас рынок забит множеством устройства отличающихся, как ценником, так и качеством. Разобраться во всем этом многообразии невероятно сложно. Если же бюджет ограничен, то нужно подходить к выбору максимально ответственно. Поэтому для начала стоит ответить себе на несколько вопросов:

Насколько ответственное оборудование вы собираетесь защищать?

Какое время автономной работы оборудования в случае пропадания напряжения будет оптимальным?

Дабы ответить на поставленные вопросы стоит разобраться с тем какие классы ИБП сейчас существуют, и определиться с основными критериями, которые нужно учитывать при выборе ИБП.

Классы ИБП

Классы, представленных на рынке ИБП, отличаются друг от друга поведением в разных режимах работы и схематикой. Выделяют:

Резервные или off-line ИБП (BackUp),
- Линейно-интерактивные ИБП (Line-interactive),
- ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion).

Off-Line ИБП считаются наиболее простыми и неприхотливыми. В нормальном режиме работы от сети электричество поступает на вход такого “бесперебойника, а после транзитом подается на основную нагрузку. При возникновении неполадок сети (перепадов и потерь напряжения) ИБП автоматически переходит на работу от аккумулятора.

Недостатки такой схемы работы - это длительное переключение питания на аккумуляторы (от 4 до 10 миллисекунд). Кроме того при работе ИБП от аккумулятора на оборудование подается не привычный для сети синус, а аппроксимированный синус.

Следующий класс источников бесперебойного питания Line-interactive не имеет кардинальных отличий от схемы Off-line. В случае аварии питание также переключается на аккумулятора, а затрачивается на это аналогичные (от 4 до 10 миллисекунд). На выходе также получается аппроксимированный синус.

Однако в ИБП этого класса на входе присутствует трансформатор, благодаря которому удается компенсировать те самые перепады напряжения. Стоит подчеркнуть, что ИБП класса Off-line и Line-interactive не предназначены для подключения ответственного оборудования.

При подключении ответственного оборудования рекомендуется использовать ИБП с двойным преобразованием (double conversion) или On-line ИБП. Работа таких источников бесперебойного питания устроена так, что входящее напряжение выправляется благодаря выпрямителю. После этого инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. При такой схеме аккумуляторы подключены к выходу выпрямителя и входу инвертора, что обеспечивает мгновенный переход (0 миллисекунд) к работе от аккумулятора.

Помимо этого КПД определяет какое количество тепла в окружающую среду выделяет ИБП. Этот показатель важен при проектировании серверной. Например, если будет установлен ИБП небольшой мощности, то он не будет выделять много тепла. Напротив, при большой мощности “бесперебойника” в несколько десятков киловатт, тепловыделение будет большим. Чтобы избежать перегрева оборудования придется каким-то образом удалять тепло из помещения, а это дополнительные траты на мощные кондиционеры. Итог таков: чем больше коэффициент полезного действия ИБП, тем меньше будет выделяться тепло.

В качестве примера представим несколько вариантов эффективного и неэффективного использования ИБП:

В первом случае, к ИБП мощностью 800 Ватт подключили оборудование мощностью 50 Ватт. На самообеспечение ИБП использует около 70 Ватт. Рассчитываем КПД по формуле и получаем 42%.

Во втором случае, при нагрузке же в 600 Вт, коэффициент полезного действия ИБП будет значительно выше - 89%. Этот вариант более предпочтителен и эффективен.

Источник бесперебойного питания для компьютера нужен для корректного завершения программ и сохранения важных данных пользователем при аварийном отключении питания. ИБП не рассчитан на долговременное питание компьютера. Время работы составляет в среднем 15 минут, чего вполне хватает, чтобы все закрыть и сохранить. Для более долгой работы нужны мощные аккумуляторы, что делает устройство очень громоздким и дорогим.

В зависимости от принципа работы ИБП делятся на три типа:

Резервные ИБП;
- линейно-интерактивные ИБП;
- ИБП с двойным преобразованием.

При покупке такого устройства следует помнить, что мощность ИБП обозначается в вольт-амперах – ВА, а мощность подключаемых устройств в ваттах – Вт. Для перевода одной величины в другую нужно количество ВА умножить на коэффициент 0,7 и получатся ватты. Например мощность ИБП 1000 ВА умножить на 0,7 - получится 700 Вт. Следовательно, учитывая необходимый запас по мощности, к такому ИБП можно подключать нагрузку до 500 Вт.

При выборе ИБП также стоит обратить внимание на время автономной работы при полной нагрузке, наличие защиты от короткого замыкания в сети и подключенном устройстве, возможность замены батарей, наличие дисплея и какая информация на нем отображается.

Резервные ИБП

При пропадании напряжения в сети или сильном падении напряжения резервный ИБП переключается на аккумуляторы. Время переключения составляет менее 10 миллисекунд, что вполне достаточно для бесперебойной работы компьютера. Из-за возможности переключения ИБП на питание от аккумуляторов при скачках напряжения, перед ним желательно включать сетевой стабилизатор, это существенно продлит срок службы аккумуляторов.

Резервные источники питания являются самым распространенным типом ИБП, т.к. относительно дешевы, имеют высокий КПД и низкий уровень шума. Время автономной работы составляет от 5 до 10-15 минут и зависит от мощности подключаемого устройства. Поэтому приобретать устройство необходимо с 20–30 % запасом по мощности.

Линейно-интерактивные ИБП

Источники бесперебойного питания этого типа имеют в своем составе стабилизатор напряжения, поэтому имеют преимущество перед предыдущими, но также и стоят существенно дороже.

Такие устройства переключаются на питание от батарей только при полном отключении электричества, поэтому батареи служат гораздо дольше. Также они более экономичны, имеют большее время автономной работы – до 20 минут, более высокую защиту подключаемых устройств. Недостатки – высокая цена и шум от вентилятора охлаждения стабилизатора.

ИБП с двойным преобразованием напряжения

Это самые сложные и дорогие устройства. Принцип работы заключается в преобразовании переменного тока в постоянный и затем снова в переменный. На выходе получается идеальная синусоида и напряжение ровно 220 вольт. Аккумуляторы подключены постоянно, поэтому эти ИБП имеют нулевое время переключения.

Предназначены для питания дорогостоящей техники, серверных станций и компьютерных сетей, не допускающих даже кратковременной остановки работы. Недостатки – очень высокая стоимость, низкий КПД, большое тепловыделение, повышенный шум.