Блок бесперебойного питания: назначение и специфика работы бытового ибп

Блок бесперебойного питания: устройство, для чего нужен и как работает типовой ИБП

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

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

Схемы ИБП переменного тока

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

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

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

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

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

Самая простая в исполнении резервная схема питания предполагает наличие переключающего реле и пассивной фильтрации для подавления помех

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

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

Обратите внимание

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

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

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

Питание инвертора при схеме онлайн происходит на постоянной основе от аккумуляторов. Поэтому при возникновении сбоев в электросети время переключения на резервное питание равно нулю

Самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования имеют к тому же наименьший КПД. Электроэнергия уходит в тепло, которое излучает устройство. Поэтому их использование необходимо обосновать.

Наиболее значимый плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества. Но для большинства бытовой техники это не так важно. Те же компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа.

Наиболее важные параметры

Сейчас на рынке много предложений по продаже бытовых источников бесперебойного питания. Чтобы правильно определить их предназначение и не ошибиться с выбором, нужно понимать на какие параметры следует обратить внимание в первую очередь.

Основные технические характеристики

Выходная мощность прибора определяет максимально допустимое значение, которое блок сможет гарантированно выдать потребителю. Ее измеряют в вольт-амперах (В·А). Для удобства пользователей часто приводят это значение и в ваттах.

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

Измерить потребляемую электроэнергию можно с помощью бытового амперметра (ваттметра) с розеткой. Подключаемый прибор нужно перевести в режим максимального потребления

При определении реальной мощности компьютера не следует руководствоваться номиналом блока питания, так как его всегда покупают с запасом. Если нет амперметра, то нужно выполнить следующие действия:

1. отключить все цепи в щитке, кроме той, от которой запитан компьютер;
2. отключить все приборы в этой цепи;
3. включить компьютер и запустить на нем типичную для него программу (например, ролик с YouTube);
4. дождаться, когда на счетчике произойдет изменение значения десятой доли киловатта;
5. засечь время до следующего изменения.

Среднюю мощность потребления (P, ватт) за этот период (t, минут) можно высчитать по формуле:

P = 100 * (60 / t)

Следующая важная характеристика – период автономной работы. Этот показатель зависит от нагрузки, которую в этот момент испытывает ИБП. На максимально допустимой мощности аккумуляторы бытового устройства работают 1-3 минуты. А на половинной – гораздо дольше (до 10 минут).

По графику зависимости времени автономной работы аккумуляторов от средней нагрузки видно, что эта зависимость нелинейная. Это обусловлено способом разрядки батарей

Отсюда следует два вывода:

• при отключении электроэнергии, необходимо максимально снизить потребляемую приборами нагрузку;
• желательно приобретать ИБП с мощностью, которая превышает расчетную хотя бы на 30%.

Диапазон входного напряжения показывает минимально и максимально допустимый вольтаж сети, при котором не произойдет переключение питания на аккумуляторы. Как правило, все ИБП выдерживают интервал в 180-260 В.

У некоторых производителей можно встретить очень хорошие (рекламные) показатели, например, нижнее значение – 110 В. Тут нужно убедиться, что эти цифры взяты именно для максимальной нагрузки, а не для половинной.

Еще один важный технический показатель – уровень шума. ИБП, выполненные по линейно-интерактивной или онлайн технологии выделяют много тепла, поэтому производители устанавливают на них вентиляторы. Если кулеры дешевые, то со временем они будут издавать гул, что для жилого помещения нежелательно.

Интерфейс и выполнение настройки

Внешний вид блоков может быть самым разнообразным. Обычно они имеют классическую прямоугольную форму, где на лицевой стороне находятся индикаторы или дисплей, а на тыльной – силовые разъемы. Их количество не так важно, так как на выходе можно подключить удлинитель с тройником. Это никак не будет противоречить концепции ИБП.

Модель может иметь жк-дисплей, на котором будет отображена ситуация со снабжением подключенных приборов: наличие питания, количество потребителей, заряд аккумулятора и т.д.

Система индикации удешевляет стоимость оборудования. Кроме того, она более практична.

Если необходимо узнать какие-либо параметры, то у многих моделей реализована функция подключения к компьютеру

Чтобы узнать параметры электроснабжения, состояние аккумуляторов ИБП и как он работает, можно подключить его к компьютеру. Для многих моделей реализована эта функция и разработано программное обеспечение. Существует три основных вида интерфейса:

• USB. Наиболее распространенное соединение компьютера и ИБП.
• RS-232 (COM-порт). Редко присутствует в бытовых моделях.
• Ethernet 10/100. Его применяют для удаленного управления бесперебойником.

Программное обеспечение для получения характеристик с ИБП и его управления разработано не только под различные версии Windows. Так, например, у известного производителя Powercom есть Android-версия ПО, позволяющая удаленно следить за состоянием питания и при необходимости корректировать работу бесперебойника.

Программное обеспечение позволяет отслеживать основные характеристики электросети, такие как входной и выходной вольтаж, частоту.

Также можно узнать заряд аккумуляторов и температуру устройства

Размещают бесперебойники в непосредственной близости от защищаемых потребителей электроэнергии. Обычно их ставят на пол или на полки.

Некоторые модели оснащены крепежами, позволяющими монтировать их на стены.

Качество выдаваемого тока

Бесперебойные источники питания должны выдавать ток надлежащего качества. При работе от батарей за это отвечает инвертор, а в случае питания от сети, проблемные моменты должны сглаживать фильтры и стабилизатор. Возникающие в электрической цепи помехи имеют разный генезис и последствия для электроники. Поэтому в этом вопросе тоже нужно тщательно разобраться.

Сетевые помехи и защита

Все современные ИБП оснащены защитой от проблем, связанных со стороны обслуживаемых приборов. Если суммарная нагрузка будет превышать максимально допустимую или произойдет короткое замыкание, то бесперебойник сразу отключит питание.

Помехи в сети можно условно разделить на частотные и импульсные. Первые не так опасны, особенно для блоков питания компьютеров или телевизоров, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Вторые могут вызвать проблему у любой электроники.

Поэтому большинство ИБП оснащены защитой от импульсов и гармоник с помощью варисторов и высокочастотных фильтров.

Удаление помех на линии происходит в два этапа.

Важно

Сначала варисторы отсекают высокочастотные импульсы, а затем фильтр сглаживает мелкие скачки

Проблема появления высоковольтных импульсов характерна не только для силовых кабелей, но и для сетей передачи данных – компьютерных или телефонных. Они могут возникнуть по причине воздействия атмосферного электричества, пробоев рядом расположенной проводки, возникающих электрических наводок и других причин.

Многие производители выпускают модели с возможностью защиты локальной сети. Для этого у ИБП есть два разъема RJ-45 – один на вход и один на выход. Сигнал проходит через фильтр, который подавляет всплески напряжения. Для телефонных линий система такая же, только разъемы имеют формат RJ-11.

Низкое и высокое напряжение

Регулировка вольтажа происходит с помощью автоматического регулятора напряжения (AVR), основным элементом которого служит автотрансформатор. Принцип его функционирования опирается на изменении количества витков одной из обмоток, в результате чего происходит изменение напряжения в сторону увеличения или уменьшения его значения.

Наличие AVR в ИБП позволяет не включать каждый раз автономный режим при незначительном отклонении напряжения от нормативных показателей. Это значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

Профессиональные мультиметры, такие как CEM DT 9909, способны в течение длительного времени записывать значение напряжения. Применение такого прибора может помочь в выборе стабилизатора или ИБП

Согласно ГОСТ 29322-2014 допустимо 10-и процентное отклонение напряжения от эталонного значения на время не более чем 1 час. Все современные ИБП с регуляторами справляются с такими колебаниями.

Чистота выходящего сигнала

От модели инвертора, которая установлена в бесперебойник, зависит тип выходного сигнала. В идеале, кривой напряжения переменного тока должна быть синусоида. Но после преобразования через инвертор она принимает ступенчатый вид.

Чем больше количество ступенек в кривой зависимости мгновенного напряжения от времени, тем лучше качество переменного тока.

Для некоторых устройств это важно

Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида.

Ни один инвертор, а значит, и ИБП не выдает чистую синусоиду, чтобы не писали в рекламных брошюрах производители оборудования. Приближение выходящего сигнала к синусоиде оценивают через коэффициент нелинейных искажений (THD).

Выходящий от блока сигнал можно считать синусоидальным при THD

Основное назначение источника бесперебойного питания (ИБП) для защиты компьютерной техники | Сводные таблицы Excel 2010

Основное назначение источника бесперебойного питания (ИБП) — временно обеспечить питание аппаратуры при перебоях в подаче электроэнергии. Подключать через ИБП компьютеры принято повсеместно. Правда, для многих пользователей это является своего рода «правилом хорошего тона», а практический смысл данного ритуала от них ускользает.

«Ну, ИБП защищает компьютер от скачков напряжения…». Попробуем разобраться: что, от чего и как защищает источник бесперебойного питания?

По внутреннему устройству и логике работы все ИБП делятся на три класса: пассивные, линейно-интерактивные и ИБП с двойным преобразованием.

Соответственно, они в разной мере справляются с происшествиями в электросети и относятся к разным ценовым категориям.

Пассивные (stand-by, VFD, back-UPS, резервные) источники — самые простые и дешевые. В них схема питания от аккумулятора обычно выключена, и запускается только при пропадании напряжения в электросети.

Время переключения с работы от сети на работу от батареи составляет десятые доли секунды, а выходной сигнал при работе от аккумулятора заметно отличается от «правильной» синусоиды.

Как правило, на входе таких ИБП установлены простейший фильтр помех и быстродействующий предохранитель. Первый частично сглаживает импульсные помехи, а второй должен сработать при значительном повышении напряжения в электросети.

Пассивные ИБП предназначены для питания домашних и офисных ПК. Небольшой «провал» выходного напряжения в момент переключения на аккумулятор компьютерным блокам питания не страшен.

Линейно-интерактивные (line-interactive, VI, Smart-UPS) ИБП отличаются тем, что в них схема питания от аккумулятора включена постоянно.

При исчезновении напряжения на входе «бесперебойника» его выходные розетки почти моментально переключаются на внутренний преобразователь — для питаемых устройств этот переход практически незаметен.

Кроме того, многие линейно-интерактивные ИБП способны автоматически поддерживать выходное напряжение 220 В. Делается это двумя способами.

Пока напряжение сети находится в пределах от 175 до 275 В, срабатывает механизм AVR (Automatic Voltage Regulation, авторегулятор напряжения). При отклонении входного напряжения на величину от 10 до 25% ниже номинала ИБП повышает напряжение на выходе на 15%. При отклонении входного напряжения на величину от 10 до 25% выше номинала ИБП понижает напряжение на 15%.

Совет

Если напряжение сети выходит за предельные значения, линейно-интерактивный ИБП переключается на питание от аккумулятора. В этом режиме он продолжает работать, пока или напряжение в сети не вернется к норме, или аккумулятор не разрядится. Однако такие ИБП не стоит рассматривать как стабилизаторы напряжения.

Режим «стабилизации» у них вынужденный и кратковременный!

В ИБП с двойным преобразованием (double conversion, VFI, Online-UPS) напряжение на выход все время выдается от преобразователя, преобразователь постоянно работает от аккумулятора, а аккумулятор непрерывно заряжается от сети.

Фактически вход и выход ИБП гальванически изолированы друг от друга, а на выход поступает стабилизированное напряжение. Это самая надежная, но вместе с тем и неэкономичная схема.

Сам ИБП получается дорогим, большим и тяжелым, преобразователь сильно нагревается и требует охлаждения вентилятором, а потери энергии в ходе преобразования составляют десятки процентов.

ИБП с двойным преобразованием используют только для питания серверов и компьютеров в критически важных случаях. В широкую продажу такие модели поступают редко — обычно их поставляют под заказ. Скорее всего, для питания рабочих компьютеров вы приобретете пассивные, максимум, линейно-интерактивные ИБП.

Мощность источников бесперебойного питания принято указывать в вольт-амперах (VA, ВА). Чтобы перевести эти значения в более привычные ватты (Вт), нужно умножить мощность в вольт-амперах на коэффициент 0,6. Например, ИБП с характеристикой мощности 600 ВА обеспечит питанием технику с максимальным потреблением 360 Вт.

Если дать большую нагрузку, сработает защита по току, и «бесперебойник» отключится. На практике желательно предусмотреть около 30% запаса по мощности.

Таким образом, наиболее распространенные ИБП на 600 или 650 ВА подходят для питания компьютера с реальным потреблением 200—250 Вт и монитора, который забирает еще около 30—60 Вт.

Если расстановка компьютеров в помещении позволяет, выгоднее использовать один мощный ИБП вместо нескольких маленьких. На два офисных компьютера потребуется «бесперебойник» мощностью около 1000 ВА. Для питания трех компьютеров, стоящих рядом, достаточно одного источника мощностью около 1400 ВА.

Так от чего же защищает ИБП?

С ограничением импульсных помех от сети неплохо справляются и фильтры в блоке питания компьютера и монитора. Тем не менее два фильтра лучше, чем один! Защита от перенапряжения тоже важна.

Если, например, отгорит нулевой провод в щитке, в розетке может оказаться напряжение почти 380 В. В блоках питания компьютеров и мониторов в таком случае обычно сгорают варисторы и предохранители. Ремонт копеечный, но требует времени.

По идее, ИБП должен отреагировать на бросок напряжения раньше, чем сгорят предохранители в подключенной к нему технике.

Обратите внимание

Однако на первое место выходит защита данных. Если питание компьютера аварийно отключается, вся несохраненная информация пропадает. ИБП позволяет либо сохранить открытые документы и корректно завершить работу, либо перевести компьютер в спящий режим.

Вручную сохранить документы проще всего. Переходя на питание от батарей, ИБП начинает громко пищать. Раз услышали такое предупреждение — проверьте, все ли сохранено.

Далее смотрите по обстановке: или просто выключите компьютер, или переведите его в спящий режим.

Чтобы задействовать автоматику, необходимо соединить контрольный порт (USB или RS-232, в зависимости от модели) источника бесперебойного питания с компьютером сигнальным кабелем и установить на компьютере необходимое ПО. К сожалению, о такой возможности многие пользователи даже не подозревают! Работой ИБП управляет встроенный микроконтроллер.

Его микропрограмма (прошивка) постоянно отслеживает напряжения и токи во внешних цепях, при включении и периодически во время работы выполняет тестирование электроники и батареи. Она же выдает в контрольный порт сведения о текущем режиме работы, состоянии компонентов ИБП.

По кабелю эти данные поступают в компьютер, где их обрабатывает программа мониторинга.

Для работы с ИБП целесообразно использовать ту программу, которую предлагает его производитель. Например, для APC (www.apc.com) это программа Power-Chute, для Ippon (www.ippon.ru) — WinPower2009 и Ippon Monitor и т. д. Программу можно установить с диска, идущего в комплекте, но лучше скачать наиболее свежую ее версию с сайта производителя.

В настройках приложения нужно задать параметры автоматического выключения. Как правило, на выбор предлагается два варианта: или выключить компьютер через определенное время после перехода на резервное питание, или сделать это за какое-то время до предполагаемого полного разряда батарей.

Сколько времени «бесперебойник» способен проработать от аккумулятора?

Это зависит от емкости батареи и потребляемой мощности. В большинстве массовых моделей установлен один аккумулятор напряжением 12 В и емкостью 7 Ач.

Теоретически ИБП с таким аккумулятором обладает запасом энергии около 80 Ватт-часов. Попросту говоря, он должен питать нагрузку мощностью 80 Вт примерно 1 час, 160 Вт — полчаса, 300 Вт — примерно 15 мин и т. д.

Реально, с учетом потерь на преобразование, это время примерно вдвое меньше.

В источниках мощностью более 800 ВА обычно установлены два таких же аккумулятора или один, но большей емкости. Таблицы или калькуляторы для определения времени автономной работы при различной нагрузке для различных моделей приводятся на сайтах производителей.

Однако «навскидку» можно принять, что любая модель сможет питать нагрузку номинальной для себя мощности в течение примерно 5—15 мин. Если нужно обеспечить достаточно долгое питание компьютера от аккумуляторов, лучше взять ИБП большой мощности с емкими батареями. Работать он будет всего на треть или четверть номинальной мощности.

Важно

Зато такую нагрузку, низкую для себя, он сможет снабжать энергией полчаса и дольше.

Сетевому оборудованию (коммутаторам, маршрутизаторам, NAS) бесперебойное питание тоже полезно. В противном случае при отключении энергии сеть сразу же «упадет», а документы, открытые из сетевых папок, сохранить не удастся. Запитать коммутатор вы можете от ИБП ближайшего к нему рабочего места, хотя правильнее поставить для этого отдельный «бесперебойник» небольшой мощности.

Срок службы аккумулятора ограничен. По мере работы его емкость неуклонно снижается и через 3—5 лет эксплуатации падает почти до нуля.

Еще до того, как индикатор на ИБП сигнализирует о необходимости замены батареи, становится заметно, что аккумулятор перестает «держать заряд». С каждым разом время автономной работы сокращается.

В принципе, для сохранения документов и корректного выключения компьютера достаточно пары минут. Когда ИБП начинает отключаться еще раньше, батарею однозначно пора менять.

Заменить батарею несложно. В популярных ИБП марки APC и некоторых других аккумулятор находится под съемным лючком или крышкой.

Чтобы добраться до аккумулятора в ИБП марки Ippon, SVEN и подобных им по конструкции, необходимо вывернуть четыре винта на днище и разъединить половинки корпуса.

В инструкции и на официальном сайте вы вряд ли встретите описание самостоятельной разборки и замены: как и производители принтеров, изготовители ИБП значительную долю доходов получают от продажи «оригинальных» батарей с установкой их в авторизованных СЦ.

Тем не менее почти во всех компьютерных магазинах продаются герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы наиболее ходовых типоразмеров. Марка и производитель роли не играют: это вполне стандартные изделия.

Предварительно откройте свой «бесперебойник» и выясните, какая батарея в нем установлена. Для большинства ИБП «офисного класса» (500—700 ВА) подходят батареи с маркировкой 12V 7Ah размерами 151×94×65 мм.

Устанавливая новый аккумулятор, постарайтесь плотно одеть клеммы на контактные лепестки батареи. Если клеммы ослабли, их можно аккуратно поджать плоскогубцами.

Совет

После установки батареи ИБП желательно откалибровать, чтобы его микропрограмма оценила и запомнила параметры нового аккумулятора. Полностью зарядите батарею в течение суток. После этого извлеките вилку из розетки, чтобы ИБП перешел на автономное питание. Дайте батарее полностью разрядиться, пока «бесперебойник» не отключится сам.

В качестве нагрузки лучше использовать не компьютер (хотя в крайнем случае и это допустимо), а несколько лампочек общей мощностью порядка 300 Вт. Затем вновь подключите к сети и включите ИБП — пусть батарея зарядится, а устройство продолжит работу в штатном режиме. Кроме калибровки устройства в целом такая процедура является и «тренировкой» аккумулятора.

После полного цикла «разряда — заряда» батарея начинает максимально использовать свою емкость.

Зачем на многих ИБП сделаны телефонные (RJ-11) и сетевые (RJ-45) розетки?

Ни телефон, ни локальная сеть «бесперебойникам» не нужны по определению. Просто в качестве «бонуса» в одном корпусе с устройством установлены проходные фильтры импульсных помех для телефонной линии и сети.

Соедините одно гнездо с телефонной розеткой на стене, а в другое включите телефонный аппарат.

Если в телефонной линии возникнет высоковольтная наводка, например, во время грозы, фильтр сгладит бросок напряжения и защитит телефон.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Слово «инвертор» применительно к электротехнике означает устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в переменный ток. При этом амплитуда напряжения может изменяться в большую или меньшую сторону.

Инверторы могут быть как отдельными устройствами (сварочный или преобразователь напряжения бортовой сети автомобиля в напряжение 220 В переменного тока), так и отдельным блоком или частью схемы (блок питания компьютера, телевизора). Мы же сейчас поговорим об устройствах, использующихся для электропитания в аварийных ситуациях, связанных с исчезновением напряжения сети.

Куда уходит напряжение и когда вернется?

Нет сетей со стопроцентной надежностью. Внезапно свет в квартире или доме гаснет. Связано это с повреждениями кабельных или воздушных линий, электрооборудования подстанций.

Аварии в пределах города, если они не связаны со стихийными бедствиями, ликвидируются относительно быстро. Для этого работают диспетчерские службы и оперативные бригады.

А исключить поврежденный участок и заменить его другим возможно из-за их взаимного резервирования.

В сельской местности и дачных хозяйствах все иначе. Линия питания одна, ехать бригаде далеко. После ураганов или гроз количество поваленных деревьев на провода линий увеличивает шансы остаться в темноте надолго. А при повреждении силового трансформатора ждать придется больше суток.

Ремонт воздушной линии электропередач

Время идет, продукты в холодильнике портятся. Не вскипятить чайник – он электрический. Приготовить ужин не на чем. Разрядилась батарея мобильного телефона – невозможно позвонить в МЧС. В темноте не найти лекарство для бабушки. Остывают нагревательные приборы, а вместе с ними – и сам дом.

Чтобы этого не происходило, нужен персональный, независимый от сети источник электроснабжения. Для этой цели и применяется инвертор.

Простейший инвертор – источник бесперебойного питания (ИБП) компьютера. Внутри него находится аккумулятор, накапливающий энергию. Он работает в режиме постоянной подзарядки. Для этой цели в состав ИБП входит зарядное устройство, следящее за уровнем напряжения на батарее. В зависимости от него оно регулирует ток заряда или отключает батарею.

Как только напряжение питания исчезает, устройство управления отключает нагрузку от сети. Одновременно она подключается к аккумулятору через инвертор, являющийся частью ИБП.

Аккумуляторные батареи на 220 В существуют, но занимают помещение, размером с комнату. Поэтому во всех ИБП аккумуляторы изготавливаются на низкое напряжение. Инвертор, преобразуя его в синусоидальное, одновременно повышает эту величину до номинального напряжения сети.

Такой источник питания хорош тем, что постоянно готов к работе и переключается мгновенно. Но вот главные его недостатки, не позволяющие использовать ИБП для бесперебойного электроснабжения дома или его части:

Инвертор для бесперебойного энергоснабжения дома

Инвертор является логичным развитием источника бесперебойного питания компьютера, лишенным присущих ему недостатков.

Внешний вид инвертора

Увеличение емкости аккумуляторной батареи напрямую связано с ее габаритными размерами. Размещать ее в корпусе инвертора становится нецелесообразным. Поэтому он выделяется в самостоятельное устройство, решающее три основных задачи:

• заряд батареи и контроль напряжения сети;
• переключение источников снабжения;
• преобразование напряжения батареи в величину 220 В переменного тока.

Основная характеристика инвертора – его мощность. Но при ее выборе учитывается один нюанс. Мы уже говорили, что ИБП не может работать с перегрузкой. То же самое касается и инвертора.

Если в составе нагрузки планируются холодильник, электродвигатели насосов отопительных котлов, то учитываются их пусковые токи. В момент запуска электродвигатели потребляют ток, в 3-5 раз больший номинального.

Если суммарный ток нагрузки при включении холодильника превысит номинальный ток инвертора, его отключит защита.

Обратите внимание

Еще одна характеристика инвертора, на которой стоит заострить внимание, это – качество преобразования постоянного тока в переменный. Напряжение в сети изменяется во времени по синусоидальному закону.

Ни одно бытовое полупроводниковое устройство не сгенерирует синусоидальное напряжение так, чтобы оно в точности повторяло сетевое. Величина напряжения на выходе изменяется не плавно, а дискретно, ступеньками.

Чем чаще происходит это изменение (выше частота дискретизации), тем точнее сформированный сигнал повторяет синусоидальный.

Отличие формы напряжения на выходе инвертора от синусоидальной

Но увеличение частоты дискретизации ведет к удорожанию устройства. А ступенчатая форма напряжения неприемлема для работы электродвигателей и некоторых полупроводниковых устройств.

Такие инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду, используются только для питания активной нагрузки: нагревательные элементы, лампы накаливания.

Для приборов, критичных к форме напряжения питания, придется приобрести более дорогой инвертор.

Выбор аккумуляторов для инвертора

Батареи к инвертору приобретаются отдельно. Но и тут есть особенность: аккумуляторы бывают кислотными или щелочными. Принципы заряда у них разные, поэтому каждый инвертор годится только для работы с определенным типом батарей. Иначе он будет неправильно определять степень заряженности аккумуляторов и заряжать их.

Свинцово-кислотный аккумулятор Delta серии HRL

Использование автомобильных аккумуляторных батарей в составе инверторов не оправдано.

Они, хоть и способны выдать в течение короткого времени мощный импульс тока (в автомобиле это нужно для работы стартера), не переносят глубоких разрядов. А разряды неизбежны при длительной работе инвертора.

Поэтому ресурс таких батарей в системах энергоснабжения ограничен.

Для работы с инверторами оптимально применение гелевых или стекловолоконных аккумуляторов. Они изготовлены по специальной технологии и способны многократно переносить глубокие разряды без потерь. И опять же: зарядное устройство инвертора должно поддерживать режим заряда таких батарей.

Гелевый аккумулятор Delta серии DTM

Выбирая емкость аккумуляторов, исходят из желаемого времени автономной работы устройства (T). Его нетрудно подсчитать, зная емкость (C) , мощность планируемой нагрузки (P) и напряжение батареи (U):

Цифры в последней колонке не впечатляют. Да и стоимость инверторов и аккумуляторов к ним не такая уж и маленькая.

Так есть ли смысл в инверторе?

Достоинства и недостатки инверторов

Альтернативой инверторам являются дизельные или бензиновые генераторы. Поэтому и выявлять их достоинства будем, сравнивая с получением электричества с помощью двигателей внутреннего сгорания. Перечислим недостатки генераторов, от которых можно избавиться с помощью инверторов:

• необходимость постройки отдельного помещения с вентиляцией и подогревом в зимнее время;
• хранение запаса топлива (а для дизеля – замена летнего топлива на зимнее при наступлении холодов);
• шум при работе, доставляющий неудобство не только хозяевам, но и соседям;
• необходимость периодического обслуживания (проверки уровня масла, замены свечей, фильтров);
• ручной запуск, необходимость контроля параметров в процессе работы.

Инвертору же не требуется отдельного помещения, он не создает шума при работе (работа вентиляторов охлаждения – не в счет). Вмешательство пользователя в процесс работы не требуется.

При разряде аккумулятора (падении величины напряжения на батарее до минимально возможного уровня) устройство само отключится и замрет в ожидании восстановления напряжения сети.

Затем оно зарядит батарею, и будет ждать, когда сможет вновь оказаться полезным.

Дизельный генератор

И автоматическое переключение с питания от сети на питание от батареи подкупает. Но время автономной работы инвертора мало. Даже, если уменьшить нагрузку до минимально возможной, рано или поздно батарея разрядится. «Конец света» отсрочен, но неизбежен.

Поэтому при решении вопроса: что использовать для аварийного питания жилища – генератор или инвертор рассматривают комплекс факторов.

Инвертор или генератор?

Для начала собирают статистические данные о том, как часто и на какой период пропадает напряжение в городе или поселке. Если эти события случаются очень редко, то нет смысла приобретать генератор, строить для него отдельное помещение, где он будет простаивать в ожидании своего часа.

Затем определяют суммарную мощность электроприборов, питание которых планируется от инвертора в аварийном режиме работы.

В этот список нет смысла включать наружное и подвальное освещение, а при наличии в доме трех телевизоров достаточно одного. В целях экономии жертвуют теми электроприборами, без которых можно пережить сутки или двое.

Остальные при исчезновении напряжения питания придется отключить от сети вручную, или предусмотреть для этой цели автоматику.

Но зато учитывают систему теплоснабжения (отопительный котел), если он есть. Причем, с учетом всех пусковых токов его электродвигателей, не исключено, что ему придется запускаться при питании дома от инвертора.

И не забывают главное – холодильник с его пусковым током, если он компрессорный. Также добавить в список микроволновую печь или электроплитку, электрочайник.

По суммарной мощности нагрузки выбирают модель инвертора, учитывая дополнительно, какого качества синусоидальное напряжение он будет вырабатывать.

Важно

Затем выбираются аккумуляторные батареи с учетом желаемого времени работы инвертора на рассчитанную ранее нагрузку. И здесь нужен разумный подход.

Если финансов недостаточно, то придется заранее продумать, чем можно пожертвовать. Во главу угла ставятся те нагрузки, для которых требуется постоянная работа: холодильник, котел, приборы отопления.

Компьютеры и телевизор на определенном этапе придется отключить, чтобы батарея инвертора продержалась подольше.

Осталось сложить цены, получив итоговую сумму. И проделать тот же самый расчет для генераторной установки. Здесь тоже можно сэкономить: при нечастых отключениях от сети совсем не обязательно строить под нее помещение. Можно хранить ее в сарае, а при необходимости – вынести на улицу и подключить к сети с помощью гибкого кабеля и разъемного соединения.

Не забудьте добавить в список запасные части, необходимые для обслуживания установки в течение срока службы альтернативного ей инвертора. Только так можно рассчитать экономический эффект, а не первоначальные затраты на приобретение оборудования.

Инвертор не потребует дополнительных капиталовложений на протяжении всего срока службы, а вот двигателю внутреннего сгорания уход необходим всегда.

Теперь сравниваем получившиеся суммы и принимаем решение. И помните: за комфорт всегда нужно переплачивать. Готовы вы к этому или нет – решать вам.

Бесперебойный источник питания: принципы работы ИБП разных типов

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

Возрастают требования к качеству электропитания всех этих устройств. Качество питания внешних электрических сетей не всегда удовлетворяет население. Случаются резкие перепады напряжения как в сторону понижения, так и повышения его величины.

Совет

Это очень неблагоприятно сказывается на работе бытового оборудования, а иногда приводит к выходу её из строя.

Защитить себя от таких неприятностей помогает установка бесперебойных блоков питания, от которых питаются устройства, наиболее чувствительные к таким внезапным перепадам.

Резервные бесперебойники

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

Если сетевое напряжение соответствует норме — потребители подключаются непосредственно к ней. При колебаниях напряжения в сети аппаратура переключается на питание от аккумулятора, который является составной частью ИБП.

Частично подавляются шумы и высокочастотные импульсы, напряжение поддерживается на заданном уровне, производится подзарядка аккумуляторной батареи.

Стабилизация сетевого напряжения, питающего подключённую к его выходу аппаратуру, у бесперебойных блоков питания этой категории не производится.

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

К недостаткам источников бесперебойного питания этой категории следует отнести следующие:

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

Линейно-интерактивные источники

Модели этой категории оснащены стабилизаторами напряжения сети, которые выполнены по схеме автотрансформатора.

Переключение его обмоток в зависимости от величины входного сетевого напряжения происходит ступенчато по командам встроенного в схему бесперебойника ИБП микропроцессора.

Таким образом, удается поддерживать на выходе блока напряжение близкое к норме (220−230) В. Дополнительно в схеме имеется фильтр, защищающий потребителя от сетевых помех.

Подключение аккумулятора и отключение от сети происходит тогда, когда параметры напряжения на входе блока выходят за границы порогов стабилизации.

Количества выводов автотрансформатора не хватает для поддержания на выходе номинального напряжения. Существуют допуски и на форму входного сигнала.

При больших искажениях также осуществляется переход на аккумуляторный режим питания аппаратуры потребителя.

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

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

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

Феррорезонансные блоки питания

По своей сути они являются линейно-активными источниками. Стабилизатором сетевого напряжения в них служит феррорезонансный трансформатор.

Он может накапливать энергию магнитного поля, которая поддерживает напряжение во вторичной обмотке трансформатора в моменты переключения. Переходный процесс длится не более (8−16) мс. Это допустимо для большинства потребителей.

Форма напряжения на его выходе синусоидальная, защищённая от сетевых помех. Свои функции источник выполняет по командам собственного блока анализа сети и управления.

Линейные бесперебойные устройства

К этой категории относятся ИБП с двойным преобразованием. В своём составе они имеют преобразователь переменного тока в постоянный (выпрямитель) и преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор).

Выходное напряжение инвертора используется для питания аппаратуры, подключённой в качестве нагрузки. Напряжение выпрямителя используется для подзарядки внутреннего аккумулятора.

Он включён в цепь выпрямителя и постоянно находится в активном режиме, который зависит от качества входного переменного напряжения.

К положительным качествам ИБП этой категории относятся:

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

К недостаткам можно отнести:

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

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

Основные характеристики

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

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

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

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

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

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

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

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

Правила эксплуатации

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

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

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

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

Как выбрать источник бесперебойного питания?

Текущее состояние систем электроснабжения зданий таково, что порой не позволяет получить в розетке стабильные, и так необходимые для нормальной работы электронных устройств 220 В. Нередки случаи скачков и просадок питающего напряжения, когда его величины отклоняются от требуемой более чем на 10%, кратковременной, а то и полной его потери.

Нестабильное питающее напряжение – одна из самых распространенных причин выхода из строя компьютерной и другой электронной техники. Чтобы обезопасить свои электронные устройства от пагубного влияния перепадов напряжения, их необходимо оснастить источником бесперебойного питания.

Это автоматически работающее устройство, оснащенное аккумуляторной батареей, способное практически мгновенно переключиться на питание подключенных устройств от батареи, в случае просадки или полной потери питающего напряжения.

Какой тип ИБП подойдет именно Вам?

Главное, что следует понимать при выборе ИБП – это то, что характер защитных мер должен быть адекватен возможным угрозам. Поэтому, следует оценить важность бесперебойной работы оборудования, необходимое время автономной работы и критичность данных, которое возможно будут утрачены при потере питания.

Существует три основных типа ИБП:

Off-line (релейные UPS)

Являются самым простым типом устройств, предназначены для защиты оборудования. При потере питающего напряжения UPS работает от аккумулятора, до полного исчерпания заряда, либо, если это наступит раньше – до возобновления электроснабжения.

• Преимущества: данный тип устройств наиболее распространен и широко применяется в быту, для защиты домашней техники. Ввиду своей относительной простоты устройства данного типа недороги, бесшумны, просты в эксплуатации.
• Недостатки: длительное время переключения на работу от аккумулятора, достигающее порой 10 мс, что может привести к обесточиванию защищаемого оборудования. Источники бесперебойного питания данного типа не оснащаются встроенным стабилизатором напряжения, поэтому величина питающего напряжения постоянно «плавает» в пределах между верхним и нижним порогом срабатывания, а при частых срабатываниях становится невозможной полноценная зарядка аккумулятора, что пагубно сказывается на его сроке службы. Существенным недостатком ИБП подобного типа является то, что при работе от аккумулятора они не дают на выходе «чистую» синусоиду напряжения, что категорически недопустимо при подключении потребителей, чувствительных к этому параметру.

Line-interactive (линейно интерактивные)

Представляют собой бесперебойники более сложной конструкции, изначально оснащенные стабилизатором питающего напряжения, как правило, выполненного на основе автотрансформатора.

Применяются для защиты оборудования в сетях, с плохими параметрами электроснабжения, имеющими частые и значительные по величинам отклонения от нормы.

Наиболее подходящий вариант для резервного электроснабжения домашней техники, небольшого сервера или коммутационного оборудования.

• Преимущества: обладают более быстрым временем срабатывания (как правило 2-5 мс), более широким диапазоном регулирования (160-290 В), что позволяет меньше переключаться на батарею, тем самым продлевая срок ее службы. Устройства верхнего ценового диапазона выдают «чистую» синусоиду, более дешевые – аппроксимированную, но очень близкую по параметрам к требуемой. Как правило, поставляются в комплекте с программным обеспечением, позволяющим реализовать ряд достаточно полезных функций.
• Недостатки: по сравнению с предыдущим типом имеют более низкий КПД, за счет большего количества электронных компонентов и потерь на них. Данный тип устройств дороже простых бесперебойников.

On-line (ИБП непрерывного действия)

Самый сложный тип устройств. Преобразование энергии происходит дважды – сначала из переменного напряжения в постоянное, а затем наоборот. Причем, батареи включены непосредственно в цепи постоянного тока, поэтому при потерях питания не происходит переключения, устройство просто начинает работать от аккумулятора. Область применения – серверные стойки и шкафы.

• Преимущества: стабильные параметры выходного напряжения, высокая скорость его регулирования в режиме реального времени. Отсутствие задержек, вызванных переключениями.
• Недостатки: самый низкий КПД, составляющий 85-90% и достаточно высокая стоимость.

Как определить необходимую мощность?

• До 1000 ВА. Наиболее распространены для защиты ПК. Как правило, это устройства Off-line или Line-interactive типа;
• До 5000 ВА. В большинстве своем это линейно-интерактивные ИБП, предназначенные для обеспечения надежного электроснабжения стоек с коммутационным оборудованием и серверов;
• Выше 5000 ВА. Как правило – это On-line UPS, используемые в серверных помещениях, для защиты и обеспечения безопасности групп серверного оборудования.

Выбирая модель определенной мощности, следует руководствоваться простым правилом – мощность источника бесперебойного питания должна быть на 20-30% выше от мощности защищаемого оборудования. Это обеспечит более корректную работу UPS и возможность последующего увеличения мощности подключаемых устройств.

Для выбора конкретной величины мощности нужно просуммировать мощность всех подключаемых к бесперебойнику потребителей. Она, как правило, указывается в технической документации или на ярлычках блоков питания оборудования.

Сколько бесперебойник должен проработать в автономном режиме?

Среднее время автономной работы ИБП зависит от нагрузки, подключенной к нему и состояния батарей, как правило, оно составляет 8-12 минут, что вполне достаточно для сохранения информации и корректного завершения работы оборудования.

При выборе UPS для коммутационного или серверного оборудования необходимо получить консультацию у профильных специалистов.

Другие важные функции источников бесперебойного питания

Современные ИБП предоставляют пользователю ряд дополнительных функций и возможностей, на которые нужно обратить внимание при выборе устройства:

• Наличие дополнительных розеток для подключения периферийных устройств;
• Наличие простой и понятной индикации состояния устройства. Это позволит понять, в каком режиме устройство работает в данный момент;
• Наличие в комплекте специализированного программного обеспечения, которое даст возможность просматривать и анализировать параметры работы бесперебойника;
• Возможность замены батареи и распространенность ее типа. Срок службы аккумулятора ограничен 2-3 годами, поэтому при покупке следует предусмотреть ее замены в будущем;
• Возможность «холодного» старта устройства, т.е. включения ИБП при отсутствии электричества. Не часто, но иногда возникает необходимость включить компьютер при отключенном электроснабжении.