Для чего нужен ИБП. Сферы применения источника бесперебойного питания.

Что такое ИБП и какие они бывают?

ИБП (или UPS) – это устройство резервирования электроэнергии, обеспечивающее непрерывность электроснабжения при отключении сетевого напряжения.

С каждым годом в нашей стране источники бесперебойного питания становятся все более популярными не только среди сельских, но и городских жителей. Такая тенденция связана прежде всего с появлением электроприборов и оборудования, особенно требовательного к качеству электропитания.

Учитывая многообразие типов ИБП и особенностей их работы, очевидной является необходимость соответствия технических характеристик выбранной модели требованиям электроприборов к сетевому напряжению.

Согласно Международному стандарту IEC 62040-3 Системы бесперебойного энергоснабжения (UPS) устройства имеют следующую классификацию согласно их схеме построения:

• резервные (off-line или standby);
• линейно-интерактивные (line-interactive);
• двойного преобразования (on-line).

В зависимости от рабочего напряжения нагрузки, ИБП могут быть однофазными (для питания однофазных потребителей) и трехфазными (для питания трехфазных и однофазных потребителей в трехфазных групповых сетях).

Также не маловажным параметром источника питания является его конструктивное исполнение, которое зависит от назначения, мощности и времени работы в автономном режиме, например:

• устройства небольшой мощности выпускаются в настенном, моноблочном напольном (башенном) исполнении, а также имеют унифицированные размеры для размещения в 19-дюймовых стойках и шкафах;
• бесперебойники средней и большой мощности выпускаются в моноблочном напольном или шкафном конструктиве, а также в исполнении для размещения в стандартные 19-дюймовые стойки и шкафы.

Как выбрать ИБП для компьютера

Для правильного выбора источника бесперебойного питания, идеально подходящим для сохранения работоспособности компа, надо учесть некоторые характеристики устройства.

По мощности

Важная характеристика бесперебойника – мощность, от нее зависит надежность защиты от перепадов напряжения и срок службы:

1. Полная мощность измеряется в ВА, характеризует максимальную величину мощности, которую можно подключить к бесперебойнику.
2. Активная мощность измеряется в Вт – это максимальная мощность подключенных к ИБП устройств. Мощность бесперебойника должна быть больше на 20-30%.

Считаем суммарную активную мощность оборудования, которое планируем подключить к источнику бесперебойного питания, добавляем к этому числу тридцать процентов и определяем мощность ИБП. Например, мощность домашнего ПК 420 Вт и мощность монитора 45 Вт – суммарная 465 Вт, значит, потребуется ИБП с мощностью не менее 600 Вт.

Из чего состоит ИБП?

Каждая модель ИБП, вне зависимости от схемы построения, состоит из следующих электронных элементов:

В зависимости от типа и функциональных возможностей определенной модели, в состав бесперебойника могут входить также:

Принцип работы бесперебойника для ПК (сервера)

Источник бесперебойной работы переменного тока – устройство, в котором питание есть всегда. Однако стоит учесть, что это не резервный источник питания, а аварийный – включается в случае “форс-мажоров” и лишь на короткое время.

Основная функция ИБП – мгновенная подача питания в момент отключения основного напряжения сети – реализована посредством аккумуляторной батареи, которая накапливает энергию. Встроенное в корпус ИБП зарядное устройство контролирует уровень напряжения на аккумуляторе, при необходимости включаясь в режим подзарядки.

При исчезновении напряжения в сети, устройство управления выключает компьютер от сети и одновременно подключает ПК к аккумуляторной батарее. Встроенный инвертор преобразует постоянное напряжение батареи в переменное, повышая его до рабочего напряжения сети 220 В.

При включении в рабочий режим бесперебойник подает звуковой или световой сигнал, оповещая пользователя о проблемах с питанием ПК.

В зависимости от емкости батареи и мощности компьютера, бесперебойник обеспечивает переменное напряжение на выходе на небольшое время, которое нужно для сохранения текущего сеанса и завершения работы компьютера.

Из чего состоит ИБП

Компоненты блока ИБП:

• аккумуляторы для накопления энергии;
• зарядное устройство, поддерживающее работоспособность батареи;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
• управляющая схема.

Способ подключения

UPS оборудован несколькими гнездами-выходами, расположенными на задней панели прибора. Подключить персональный компьютер и периферию, отключение которой грозит негативными последствиями, соответствующими кабелями не составит труда при соблюдении порядка действий:

• после первой зарядки отключаем бесперебойник от сети;
• выключаем компьютер;
• подключаем сетевой кабель компьютера на соответствующий разъем ИБП;
• присоединяем сетевой кабель бесперебойника к сети;
• нажимаем и удерживаем кнопку включения ИБП, ждем светового или звукового сигнала о начале работы;
• включаем компьютер;
• устанавливаем драйвера UPS.

Назначение и дополнительные функции ИБП

Основным назначением устройств является обеспечение бесперебойности электропитания подключенных электроприборов при возникновении перебоев в подаче электроэнергии или недопустимых отклонениях её параметров (напряжения и частоты) от нормальных значений.

Функциональность ИБП сегодня не ограничивается переключением питания подключенных электроприборов на работу от АКБ при кратковременных отключениях электричества в питающей сети. Дополнительными возможностями некоторых современных устройств являются:

• стабилизация напряжения (в источниках питания двойного преобразования и линейно-интерактивного типа);
• фильтрация частотных и импульсных помех;
• «холодный старт», позволяющий включать электроприборы при отключении электроэнергии (во время нахождения устройства в автономном режиме);
• световая и звуковая индикация состояний системы питания (отображение уровня напряжения и частоты на входе и выходе, фактическая мощность потребления нагрузки и т. д.);
• таймер отключения/включения нагрузки в заданное время;

• синхронизация с ПК, организация удаленного мониторинга системы питания и управления устройством.

Отдельно стоит сказать о защите от сетевых помех и скачков напряжения, а также защите локальной сети.

Для защиты от от сетевых помех на входе ИБП обычно устанавливается сглаживающий фильтр ВЧ-помех, который представляет собой пассивный многозвенный RC- или LC-фильтр.

Для защиты от высоковольтных импульсов используется варисторный блок, включенный параллельно цепи питания на входе. Также для подавления высоковольтных импульсов в источниках бесперебойного питания применяются фильтры с металл-оксидным варистором. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко снижается, шунтируя вход бесперебойника. Возникающие при этом сверхтоки (могут достигать значений в несколько кA) будут протекать через варистор блока защиты, не поступая в цепи питания ИБП и не влияя на подключенные электроприборы.

Аналогично на основе варисторов в большинстве ИБП реализована защита локальных сетей. Подключение информационных кабелей через выделенные разъемы RJ-45 и RJ-11 обеспечивает защиту сетевого оборудования (сетевых адаптеров, роутеров и т. д.) и телефонной линии.

Резервные ИБП

Резервные ИБП

В большинстве случаев для стабильного питания бытовых потребителей широко используются сравнительно недорогие, но эффективные резервные бесперебойники. В потребительских сетях они применяются особенно широко. Это пассивные устройства, принцип работы которых построен на следующем.

Если работа централизованной системы электроснабжения стабильна, техника в комплексе с подключенным оборудованием работает напрямую. При обрыве электропитания происходит переключение на аккумуляторные батареи.

Такие UPS станут лучшим решением для защиты компьютеров, оргтехники, офисного оборудования. При этом необходимо отметить ступенчатую форму кривой напряжения, наличие помех на высоких частотах. Время срабатывания при отключении электроэнергии не превышает 20 мс (в среднем этот показатель составляет 4 – 12 мс). Отсутствие в составе конструкции стабилизатора не позволяет использовать их в сетях с нестабильным напряжением.

Выбор типа ИБП в зависимости от нагрузки

К важнейшим техническим характеристикам ИБП можно отнести:

• мощность устройства;
• время переключения на работу от АКБ и обратно;
• схему построения и форму выходного сигнала;
• максимальную длительность работы в автономном режиме;
• наличие функции стабилизации напряжения;
• время полного заряда аккумуляторов;
• исполнение и габаритные размеры.

Залогом эффективности и надежности работы любой нагрузки, помимо бесперебойности электроснабжения, является качество питающего напряжения, один из наиболее важных показателей которого – форма выходного сигнала. Каждому типу ИБП свойственно формирование синусоиды определенной формы, не всегда подходящей для нормальной работы подключенных электроприборов.

Рассмотрим существующие схемы построения ИБП и соответствие формы их выходного сигнала различным видам нагрузок.

ИБП резервного типа (off-line)

При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства выполняют переключение питания нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.

Пожалуй, это наиболее популярный в бытовом использовании бесперебойник. Доступная стоимость и удовлетворительные технические характеристики делают его оптимальным бюджетным вариантом защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей).

Модифицированная синусоида на выходе этих ИБП категорически не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП оффлайн топологии в качестве источников питания перечисленных электроприборов с электродвигателями гарантированно и довольно быстро выведет их из строя.

Примером нагрузки, совместимой с резервными ИБП, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, учитывая возможность возникновения повышенного количества помех на выходах блоков питания серверов, офисной и охранной техники, будет целесообразным воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.

Вполне разумным будет использование резервного бесперебойника и для питания сети маломощного дежурного освещения. Ограничением в этом случае является наличие в балласте ламп с электромагнитным дросселем. Результаты практики совместного использования оффлайн ИБП с лампами прямого включения и работающими с электронными ПРА подтверждают нормальную работы ламп с сохранением их заявленного срока службы.

Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)

Представляют собой более высокий класс устройств по сравнению с предыдущим. В отличие от ИБП резервного типа, они оснащены встроенным стабилизатором напряжения, что расширяет область их использования, позволяя применять в сетях с незначительными отклонениями напряжения от нормы. Кроме того, время переключения на АКБ ИБП этой топологии составляет ~4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.

Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при покупке следует изучить технические характеристики бесперебойника.

При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (Line-Interactive Sin) к ИБП можно подключать электроприборы с электродвигателями – насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющая электроника газовых котлов и т. п.

Устройства с модифицированной синусоидой (ступенчатой формы) на выходе для такого применения не подойдут.

Онлайн ИБП (on-line)

ИБП этого типа выполняют непрерывное преобразование переменного напряжения в постоянное (с подзарядкой АКБ) и дальнейшее его инвертирование в переменный с чистым синусом на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.

Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и при значительных отклонениях напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как, по сути, переключение на работу от батарей или с АКБ на внешнюю сеть не происходит.

Добавив к этому высокую точность коррекции напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и синусоиду идеальной формы на выходе, ИБП двойного преобразования можно с уверенностью назвать универсальными для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.

Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура и т. д. даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии.

На сегодняшний день в качестве единственного серьезного недостатка, ограничивающего применение онлайн ИБП, можно назвать их высокую стоимость.

Для чего нужен ИБП

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

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

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

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