Как устроен бесперебойник

Нестабильность электросети – это проблема многих городов России. Перебои в электроэнергии встречаются в старых домах, новостройках, в офисах, на предприятиях. Это происходит из-за низкого или слишком высокого напряжения, возможно и полного прекращения питания. Все это негативно отражается на оборудовании. Перебои электропитания могут стать причиной потери информации или выхода из строя аппаратуры. Чтобы этого не произошло, следует приобрести источник бесперебойного питания. Выбрать его достаточно сложно. Однако IT-инженеры ittelo.ru прекрасно разбираются в проблеме, поэтому смогут предложить лучшее решение в рациональном бюджете, которое будет учитывать все особенности техники.

ИБП: устройство и принцип работы

ИБП входит в систему электропитания и располагается в этой цепи между потребителем тока и питающей сетью. Его задача состоит в том, чтобы обеспечивать технику стабильным электричеством. Если говорить упрощенно о конструкции ИБП, то она включает инвертор, аккумулятор, выпрямитель и фильтр. На данный момент есть три вида бесперебойников, различие между которыми заключается в принципе действия.

Резервные ИБП

Наиболее простой и дешевый источник бесперебойного питания – резервный. Он работает по следующему принципу: оборудование питается из сети до тех пор, пока там есть напряжение, когда оно пропадает, то энергия начинает поступать от аккумулятора. Батарея заряжается в тот момент, когда бесперебойник работает от сети. У этой аппаратуры довольно низкая эффективность – всего 50-60%.

Большинство бытовых бесперебойников, покупаемых для компьютерной техники, работают по принципу офлайн и обеспечивают минимальный уровень защиты. Ток фильтруется не полностью. И этого вполне достаточно, если речь идет о домашней технике, ведь для жилья качество сети выше, чем для промышленности. А вот для серверов подобный бесперебойник вряд ли подойдет.

Линейно-интерактивные ИБП

Работают аналогично резервным установкам, но с одним важным отличием: они способны стабилизировать напряжение. Такой эффект достигается благодаря наличию коммутирующего устройства. Если напряжение сильно возрастает или снижается, линейно-интерактивный ИБП не переключается на аккумуляторное питание, что является большим преимуществом. Это позволяет оборудованию оставаться в работе даже при значительных отклонениях напряжения в электросети – до 20% от установленной нормы. Таким образом, линейно-интерактивные ИБП обеспечивают стабильную работу оборудования с эффективностью защиты до 85%.

Онлайн ИБП

Онлайн ИБП, или ИБП с двойным преобразованием, обеспечивают наивысшую степень защиты оборудования – эффективность их работы достигает 99%. Благодаря использованию этой технологии сервер защищен как при работе на внешних источниках энергии, так и при переходе на аккумулятор. Онлайн-ИБП – это наиболее сложное оборудование для обеспечения бесперебойного питания, но в то же время и наиболее эффективное. Оно преобразует переменный ток из внешней сети в постоянный, используя для этого выпрямитель, а затем переводит его обратно в переменный с помощью инвертора. В результате на выходе получается ток с идеальными параметрами, что гарантирует надежную работу оборудования.

С технической точки зрения онлайн ИБП – это идеальное устройство. Однако, чтобы получить высококачественные параметры сети, необходимо сложное оборудование, что значительно влияет на стоимость бесперебойника. К тому же двойное преобразование несколько снижает КПД, однако на современных устройствах это практически незаметно. К тому же недостатки заключаются еще и в том, что такой бесперебойник достаточно шумный и выделяет много тепла. К тому же из-за постоянной работы АКБ батарея быстрее выходит из строя.

Чем интересны ИБП для дома: конструкция, виды и функции оборудования

ИБП нужны не только для серверов или промышленного оборудования. Такие устройства широко используются и в быту, например, для подключения отопительного котла или компьютера.

Конструкция ИБП

У бесперебойников есть несколько основных элементов:

•  Аккумуляторная батарея. Обычно свинцово-кислотный элемент. Когда сеть проседает или полностью отключается, ИБП начинает расходовать накопленную энергию. Иногда бесперебойники продаются без АКБ – они рассчитаны на подключение внешней батареи. Таким образом пользователь может самостоятельно выбирать продолжительность автономной работы;
• Электронный блок управления. Необходим для работы оборудования в автоматическом режиме;
• Зарядное устройство. Служит для пополнения заряда АКБ;
• Инвертор. Трансформирует постоянный ток в переменный.

Также могут быть дополнительные элементы, которые делают бесперебойник более функциональным:

• Выпрямитель. Есть в онлайн ИБП, служит для преобразования переменного тока в постоянный;
• Блок байпас. Следит за подключением основной сети, когда ее характеристики стабилизируются;
• Бустер. Применяется в линейно-интерактивных моделях. Служит для автоматического понижения или повышения напряжения;
• Фильтр. Устраняет помехи сети;
• Гальваническая развязка. Устанавливается на входе в бесперебойник, служит для минимизации негативного влияния электрических помех;
•  Платы расширения интерфейсов. С их помощью можно контролировать работу бесперебойников удаленно.

Функции ИБП

Главная задача источника бесперебойного питания состоит в том, чтобы обеспечить оборудование электричеством, когда пропадает централизованное энергоснабжение. В автономном режиме техника будет работать не более получаса (точное время зависит от емкости аккумулятора, а также от мощности потребителя). В любом случае времени будет достаточно, чтобы успеть сохранить все данные и правильно завершить процессы.

Кроме этого, у бесперебойников есть и другие функции:

• Стабилизация параметров входящего тока;
• Фильтрация помех. Импульсные помехи появляются в результате кратковременного скачка напряжения, они хоть и длятся доли секунд, однако могут спровоцировать возгорания. Частотные помехи есть всегда, их провоцирует включение и выключение разных потребителей. Однако они не таят в себе опасности;
• Пуск подключенного оборудования без работы сети (энергия берется от АКБ);
• Отображение состояния бесперебойника в режиме онлайн. Например, отображается, когда UPS работает, а когда отключается, какая мощность потребляется и др.;
• Таймер включения и отключения ИБП в автоматическом режиме;
• Удаленный контроль бесперебойника.

Виды ИБП

Сегодня есть три вида бесперебойников:

• Резервные. Переключают на аккумулятор, когда значения тока выходят за границы установленных;
• Линейно-интерактивные. Кроме переключения питания еще стабилизируют напряжение;
• С двойным преобразователем. Их еще называют онлайн-бесперебойники. Идеальные параметры выходного тока достигаются за счет того, что сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а потом снова в переменный.

Что такое ИБП и зачем он нужен?

Серверное оборудование, как и многая другая электротехника, чувствительно к отключениям питания и нестабильной работе сети. Негативные факторы могут полностью вывести из строя технику. Поэтому уже многие пришли к выводу, что пора ставить источники бесперебойного питания, которые поддержат работу потребителей и стабилизируют параметры тока.

Условия эксплуатации

Бесперебойники используются как в быту, так и на промышленных объектах. Поэтому и производители радуют широким разнообразием продукции. Чтобы эксплуатация UPS подарила только приятные впечатления, необходимо обратить внимание на два важных параметра: мощность и время автономной работы.

Чтобы определить оптимальную мощность бесперебойника, нужно узнать, какая суммарная нагрузка на него приходится. Для этого нужно сложить мощности всех потребителей, которые будут подключены к UPS. Например, у нас есть три сервера по 200 Вт. То есть вместе они потребляют 600 Вт. Однако во время работы возможны и большие значения. Поэтому если взять 600 Вт ИБП, можно столкнуться с перегрузкой устройства. В случае с серверным оборудованием рекомендуется взять 30-процентный запас. То есть в нашем случае будет 600+30% = 780 Вт. Естественно, именно такого бесперебойника может и не быть, поэтому нужно брать ближайшее большее устройство.

Важно! В случае с другими потребителями возможен другой расчет. Например, для котла отопления или насоса будут действовать высокие пусковые токи во время старта. Поэтому запас мощности будет превышать номинальную мощность в несколько раз.

Время автономной работы будет сильно различаться в разных моделях. Если это офисный бесперебойник, то он сможет обеспечивать технику питанием от нескольких минут до четверти часа. При этом чем меньше нагрузка и больше емкость батареи, тем дольше техника будет питаться от аккумулятора.

Зачем подключать стабилизатор напряжения

В дополнение к источнику бесперебойного питания может устанавливаться стабилизатор напряжения. Он необходим в тех случаях, когда UPS не может самостоятельно стабилизировать сеть. К тому же линейно-интерактивные ИБП не справляются с сильными перепадами, поэтому также не всегда эффективны, стабилизатор и в этом случае может потребоваться.

Стабилизатор должен стоять перед источником бесперебойного питания. Если установить его после, будет перегреваться стабилизатор трансформатора. Ситуация усугубится, если на выходе будет неправильная синусоида.

К тому же ни один бесперебойник не обладает тем же диапазоном стабилизации, как все модели стабилизаторов. Ведь перед ними стоит другая задача – они должны обеспечить технику электричеством, чтобы безопасно и корректно завершить ее работу.

Схемы ИБП переменного тока

Для бытовых нужд, а также в ряде коммерческих случаев используются ИБП, которые включаются в однофазную сеть с напряжением 220 В. При отключении энергии они еще некоторое время будут питать потребитель.

Также есть модели, работающие в трехфазной цепи, которые могут выдавать как 380, так и 220 В. Но их цена значительно выше. Их целесообразно покупать, когда следует обеспечить мощность в 10 кВА и выше.

Чтобы преобразовать переменный ток сети в постоянный, в котором работает аккумулятор, используется выпрямитель. В обратном направлении ток преобразуется инвертором. Чтобы переключать ИБП на работу от АКБ, в схеме устройства предусмотрено электромеханическое реле.

Если в бесперебойнике есть трансформатор, то он во время работы будет сильно нагреваться, поэтому их оснащают кулерами, которые довольно шумные.

Наиболее важные параметры

При выборе стоит обратить внимание на следующие ключевые характеристики ИБП:

• Выходная    мощность; 
• Время    переключения на АКБ; 
• Время    автономной работы; 
• Входное    напряжение; 
• Преобразование    выходного напряжения при колебаниях входного; 
• Действия    при перегрузках; 
• Фазность; 
• Регулировка    частоты; 
• Возможность    холодного старта; Срок    службы.

Качество поставляемого тока

Хороший ИБП будет выдавать высококачественный ток. Когда идет питание от сети, за стабильные параметры отвечают фильтры, стабилизаторы. Если же техника работает от аккумулятора, то за это ответственен инвертор.

ИБП: правила использования

При выборе источника бесперебойного питания важно учесть, какие устройства он будет питать. В определенных случаях одного ИБП может быть недостаточно, и потребуются дополнительные меры.

Если оборудование подключается через импульсный блок питания (как это обычно бывает с бытовой техникой), будет достаточно приобрести недорогой UPS, не обеспечивающий чистую синусоидальную форму сигнала.

В случае, когда нужно обеспечить резервное питание оборудования с асинхронным двигателем, понадобится более сложный ИБП, способный выдавать чистую синусоиду.

Бесперебойное питание потребителей постоянного тока

Некоторому оборудованию для работы требуется постоянный ток с напряжением 12, 24 или 48 В. Можно приобрести бесперебойник, который будет соответствовать данным требованиям. Чтобы понять, что модель поддерживает постоянный ток, нужно изучить маркировку, где должно быть обозначение «DC». Также есть блоки, которые выдают постоянный ток с напряжением 60, 110 и 220 В, но они применяются в энергетике и на промышленных объектах.

Основные технические характеристики

Чтобы понять, сможет ли ИБП обеспечить энергией потребителей, необходимо знать их мощность. В случае с бесперебойниками этот параметр обозначается В*А (дополнительно может дублироваться в Ваттах).

Также важное значение имеет период автономной работы. От диапазона входного напряжения будет зависеть, в какой момент техника перейдет в автономный режим. Обычно это значения в 180-260 В.

Интерфейс и выполнение настройки

Внешне бесперебойники выглядят разнообразно. Классической считается прямоугольная форма с индикаторами или дисплеем на лицевой стороне. Сзади будут расположены разъемы для входного и выходного тока. Количество выходов не так важно, ведь при желании можно поставить тройник.

Интерфейсы бывают трех распространенных видов:

• USB;
• RS-232    (COM-порт);
• Ethernet 10/100.

Сетевые помехи и защита

Чтобы защитить подключенное оборудование, линейно-интерактивные ИБП и источники бесперебойного питания с двойным преобразованием отключаются в случае обнаружения короткого замыкания или избыточной нагрузки. Помехи в электрической сети могут быть разных видов, в том числе частотные и импульсивные, которые в основном не наносят серьезного ущерба оборудованию. В связи с этим, большинство ИБП оснащаются фильтрами для подавления таких помех и гармонических искажений, например, с помощью варисторов или высокочастотных фильтров.

Низкое и высокое напряжение

Устройства линейно-интерактивного ИБП и онлайн-ИБП автоматически регулируют напряжение с помощью функции AVR (автоматического регулятора напряжения). Принцип работы заключается в изменении числа витков обмоток, что позволяет стабилизировать выходное напряжение и избежать постоянного переключения на питание от аккумулятора при значительных колебаниях сетевого напряжения.

Чистота выходящего сигнала

Качество выходного сигнала, производимого инвертором, является важным параметром бесперебойника. В идеале, переменный ток должен представлять собой синусоидальную форму, но после прохождения через ИБП он обычно приобретает трапециевидную форму. Ни один из существующих ИБП не способен генерировать чистую синусоидальную волну. Вместо этого качество генерируемой волны определяется с помощью коэффициента гармонических искажений или THD.

Резервное и дополнительное электропитание

ИБП не способны обеспечивать длительное питание для мощных потребителей. В таких случаях необходимо использовать генератор, который будет работать в качестве дополнительного источника энергии. Бесперебойник будет поддерживать работу оборудования до тех пор, пока генератор не начнет функционировать.

Стабилизация пониженного напряжения

Если проблема низкого напряжения является постоянной, то рекомендуется приобрести входной стабилизатор напряжения. Это поможет предотвратить возможные проблемы, связанные с повышением силы тока при понижении напряжения.