Что такое UPS и как он устроен

Источник бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninterruptible Power Supplies) предназначен для снабжения компьютера электроэнергией в случае пропадания напряжения в электрической сети.

Внезапное отключение напряжения чревато потерей данных и физической порчей оборудования.

В электрической сети всегда есть помехи и всплески напряжения, которые возникают при коммутации мощных потребителей.

Если нагрузка по конкретной электрической линии велика, напряжение на нагрузке снижается ниже нормы. Источник бесперебойного питания и нужен для того, чтобы питать компьютеры (и другую нагрузку) «чистым» напряжением.

В случае пропадания напряжения источник начинает работать от аккумуляторной батареи, вырабатывая переменное напряжение 220 В для компьютера.

Источник бесперебойного питания для всего дома

Для электропитания сети квартиры или частного дома используются преимущественно 220В модели. Исходя из того, что они фильтруют сетевые помехи и высоковольтные скачки напряжения, то даже недорогие бесперебойники могут использоваться для чувствительной бытовой электротехники (плазменные телевизоры, стереосистемы). Имеют свои преимущества над другими методами защиты:

• Стоимость маломощных моделей (300-450 Вт) начинается от 1000 грн;
• Универсальные в бытовом применении и подходят для большинства электроприборов, работающих на асинхронных двигателях (АД);
• КПД достигает 99%, что характеризуется бесшумностью и малым тепловыделением;
• Компактные габариты, благодаря чему могут монтироваться в стойку.

При этом не лишены недостатков:

• Относительно длительное переключение (от 6 до 10 мс);
• Отсутствие корректировки параметров;
• Аппроксимированная синусоида (значит, не подходят для некоторых типов АД).

Линейно-интерактивный источник бесперебойного питания лучше всего подходит для холодильников (чистая синусоида), т.к. дополнительно оборудован автоматическим регулятором напряжения.

Бытовой ИБП подбирается по следующим техническим параметрам:

• Мощность на выходе, с учетом пусковых токов. Как правило, для этого монтируются отдельные розетки, рассчитанные на самую необходимую электронику и бытовые приборы, к ним дополнительно может подводится освещение. Например, для дома с потреблением до 20-30 кВт*ч в день, достаточно 2-киловаттной модели, главное, чтобы максимальная нагрузка не превышала этот предел;
• Длительность переключения на батарею (измеряется в миллисекундах). Для некоторых приборов важно мгновенное переключение, для этого существует отдельная категория бесперебойников непрерывного действия, постоянно пропускающих через себя электричество.
• Ток на выходе — преимущественно 220В, но существуют еще 12-вольтовые — для камер видеонаблюдения. Для трехфазных приборов необходимы источники бесперебойного питания на 220В, подключенные по схеме с синхронизацией фаз.
• Время работы (зависит от емкости АКБ и сетевой нагрузки). Ее должно быть достаточно для подключения запасной линии. Например, если установлен электро-генератор, для дома хватит бесперебойника до 5-7 минут, что вполне достаточно для выхода на нужные обороты, после старта;
• Диапазон входного напряжения — при частых перебоях в сети, лучше выбрать большее значение.

Источник безперебойного питания (ИБП)

Выгодно заказать источники бесперебойного питания (ИБП) в Киеве и других городах страны предлагает интернет-магазин MOYO.

Задача ИБП — обеспечивать стабильную и непрерывную подачу питания. Источник бесперебойного питания полезен для компьютера, ноутбука и других мобильных девайсов даже при наличии у них встроенной батареи. Устройство защищает технику от повреждений в результате нестабильной работы электросети и предотвращает потерю пользователем информации, которую он не успел сохранить на момент сбоя.

В Украине приобрести ИБП доступно в моделях от разных мировых производителей в широком ценовом диапазоне.

Типы ИБП

На рынке сегодня представлены три типа ИБП:
1) резервный (Back-UPS);
2) линейно-активный (Smart-UPS);
3) «онлайновый» (On-Line).

Резервные, оффлайновые, модели отличаются простотой конструкции, благодаря чему невысокой является и цена на источники бесперебойного питания подобного формата. Прибор состоит из аккумулятора, зарядного устройства, инвертора и реле. Переключение оборудования с сети переменного тока на аккумулятор измеряется в миллисекундах.

Особенность Smart-UPS — наличие активной системы охлаждения и дополнительный ступенчатый стабилизатор. Он позволяет выравнивать подаваемое напряжение до 220V без перехода на батарею и, в результате, работать с более широким диапазоном входящих токов. Устройства отличаются более высокой мощностью и шумностью, чем модели Back-UPS, демонстрируют уменьшенное время переключения и комплектуются двумя батареями.

On-Line ИБП осуществляет двухступенчатый процесс преобразования и не имеет реле переключения. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, и лишь затем подается на выход. Из-за энергозатратности этой сложной схемы устройство характеризуется КПД около 85%, но при этом обеспечивает нулевую задержку при подаче питания от батареи и, помимо напряжения, способно регулировать частоту.

Рекомендации по выбору

Чтобы купить ИБП, воспользуйтесь следующей полезной информацией:

• Для редких аварийных ситуаций в домашних условиях отличным вариантом станет Back-UPS.
• О приобретении Smart-UPS стоит задуматься при частых и длительных «просадках» напряжения — устройства смогут его выравнивать, минимизируя переходы на аккумулятор.
• Выбирая источники бесперебойного питания, отдавайте предпочтение моделям с запасом по мощности.
• Уделяйте внимание разъемам подключения, которые могут быть выполнены в стандарте специальной компьютерной или классической евро-розетки.
• Простейшая формула расчета необходимой мощности ИБП выглядит как удвоенное значение суммарного потребления энергии компьютерного оборудования.

Если у вас есть привычка оставлять ПК включенным в свое отсутствие, выбирайте источник бесперебойного питания, снабженный связью с компьютером. В случае прекращения подачи электроэнергии, эта модель сможет самостоятельно «усыпить» технику или выключить систему, в то время как устройство без связи с компьютером при полной разрядке аккумулятора просто отключит питания.

В нашем каталоге представлен полный ассортимент моделей. Выбирайте и заказывайте.

Тестировал с регулируемой нагрузкой J7-f и USB-измерителем J7-2TE:

При подключенном БП устройство непосредственно пропускает входное напряжение на выход, повторяя его величину, отбирая около 0.4 А на заряд пустой батареи, около 0.2 А — почти полной, и 0.01-0.02 А — полной (светится индикатор FULL). Примерно до половины заряда преобразователь издает хорошо слышимый высокочастотный писк, однако во второй половине его не слышно.

При работе от батареи, на токах до 1.5 А мигает индикатор «100%», дальше начинает мигать «75%», примерно на 2.5 А — «50%», на 3.3 А — «25%». Падение уровня заряда при росте тока происходит довольно быстро — определенно, аккумуляторы там не на 2000 мА*ч, а максимум на 1000. Погонял на 2.5 А несколько минут, затем стал увеличивать ток. Примерно на 3.7 А устройство аварийно отключается. Фото за полсекунды до отключения:

Напряжение при увеличении тока не падает — наоборот, растет с 12.3 до 12.7 В. Заметного шума на выходе не возникает вплоть до момента отключения.

После отключения контроллер продолжает находиться в режиме защиты, кратковременно зажигая индикатор «25%» при удержании кнопки питания, однако не запуская выходной преобразователь:

Вывести его из этого режима удается только подачей напряжения от БП.

Входящим в комплект кабелем можно подключить до двух потребителей, а для большего количества предлагаются разветвители в ассортименте, вроде такого. Только нужно внимательно смотреть на размеры разъемов, поскольку

Основные критерии выбора

По большому счету, сегодня купить хороший источник бесперебойного питания нетрудно. Достаточно найти проверенный магазин с качественной техникой. Например, можно купить хороший ИБП в магазине QwertyShop. Другой вопрос – для какой именно техники хорош определенный тип ИБП, и почему даже самый лучший бесперебойник для ПК может оказаться бесполезным для твердотопливного или газового котла. А все потому, что бесперебойники выбирают не по принципу «понравился-не понравился», а учитывая разные технические характеристики.

Типы ИБП

В зависимости от особенностей функционирования выделяют следующие типы ИБП:

• резервные;
• линейно-интерактивные;
• с двойным преобразованием.

Среди всех бесперебойников самые популярные и наиболее дешевые — устройства резервного типа. Когда нет никаких проблем с энергоснабжением, ток проходит через ИБП транзитом, в это же время заряжая его аккумулятор. Свою основную функцию он начинает выполнять, как только возникают проблемы с основным источником питания. Для перехода в активное состояние бесперебойнику в большинстве случаев требуется 10 миллисекунд. Устройство резервного типа продлевает работоспособность техники примерно на 5-10 минут. Такой ИБП считается лучшим для дома. Но есть у него и минусы. Он не выполняет функции стабилизатора (то есть не защищает технику от скачков напряжения), а также не подходит для продолжительного поддержания работы устройств.

Линейно-интерактивные бесперебойники отличаются от предыдущих как раз таки наличием стабилизатора. Что это значит? Когда напряжение в электросети отклоняется от нормы, ИБП силами трансформатора выравнивает имеющийся ток, без задействования аккумулятора. Но если стабилизировать напряжение не получается или возникают проблемы с электроснабжением, ИБП переводит технику на питание от аккумулятора. На переключение уходит в среднем 3 миллисекунды. Линейно-интерактивный бесперебойник обычно используют для компьютера и другой оргтехники, но в некоторых случаях возможно использование и для котла (хотя для таких целей лучше подходят модели, предназначенные исключительно для отопительных систем).

ИБП с двойным преобразованием – это так называемые бесперебойники online типа. Структура устройства предусматривает мгновенное переключение на аккумулятор и наоборот. Многие модели из этой группы также берут на себя роль стабилизатора напряжения. Online-ИБП – лучший выбор для чувствительной техники и серверов. Минус устройства – высокая цена. Но в защиту стоит сказать, что эти бесперебойники стоят своих денег.

Мощность

Современные бесперебойники отличаются не только по типу, но и по мощности. И самое время узнать, как рассчитать мощность подходящего ИБП. Отправной точкой для выбора является реальная потребляемая мощность техники, для которой нужен UPS. Покупка слишком мощного бесперебойника — пустая трата денег, а устройство недостаточной мощности не сможет корректно выполнять свою функцию.

Но прежде чем приступить к подсчетам, надо понять разницу между разными видами мощности. На электроприборах эта величина может быть указана в ваттах или в вольт-амперах. На UPS обычно только в вольт-амперах. В первом случае (Вт) цифра указывает номинальную (активную) мощность, во втором (ВА) — выходную (полную). Номинальная мощность определяется по формуле: выходная мощность умноженная на коэффициент мощности. А посему важно правильно рассчитать коэффициент мощности нагрузки. Эта величина указывает, какая часть мощности из предоставленной источником в реальности используется техникой. На практике значение этого коэффициента колеблется между показателями 0,1 и 1. В качестве примера можно взять компьютерные блоки питания, средний коэффициент мощности которых составляет 0,6-0,8, или серверы, системы хранения данных и сетевое оборудование, в которых этот показатель максимально близок к 1.

Теперь вернемся к бесперебойникам. В технических характеристиках любого ИБП указан его собственный выходной коэффициент мощности. Так вот, в правильно подобранном бесперебойнике он не может быть ниже, чем коэффициент техники, которая будет к нему подключена.

Второй показатель, на который следует обращать внимание, это выходная мощность ИБП (та самая, что измеряется в вольт-амперах), то есть максимально возможная мощность нагрузки. В идеале этот показатель должен быть на 25-30% больше, чем общая мощность приборов, которые будут подключены к UPS. Но чтобы корректно рассчитать цифры, мощность приборов придется из Вт перевести в ВА (по указанной выше формуле).

Продолжительность автономной работы

Этот показатель напрямую зависит от того, насколько правильно был проведен расчет мощности для ИБП. Но помимо этого, не менее важную роль играет емкость аккумулятора (способность накапливать электрозаряд). Среднее время работы ИБП в автономном режиме составляет 5-10 минут. Когда речь идет о «спасении» компьютерной техники, этого времени вполне достаточно для корректного завершения работы. Но более мощные модели UPS могут функционировать в автономном режиме даже до 12 часов.

Наличие разъемов

Подбор по параметрам мощности и емкости батареи – это хорошо. Но также не стоит забывать, что при покупке UPS важно обращать внимание на наличие необходимых разъемов и наперед рассчитать, сколько и каких понадобится именно вам. Помимо основных, некоторые модели ИБП имеют разъемы для защиты телефонных и сетевых линий от высоковольтных импульсов. Выходные разъемы бесперебойника должны совпадать с разъемами нагрузки. То есть если для ваших нужд необходим ИБП на евророзетку, то перед покупкой надо проверить не досталась ли вам модель с IEC разъемом, известным как компьютерная вилка.

Обычно на ИБП присутствует несколько розеток и разъемов. Среди них:

• розетки для подключения устройств к аккумуляторной батарее (они бывают EURO «под вилку» и IEC под кабель питания);
• розетки для подключения устройств к стабилизатору, минуя батарею;
• разъемы для защиты телефонных и информационных линий;
• разъемы для мониторинга и диагностики (COM, USB);
• разъем для подключения ИБП к сети 220 В;
• разъемы для защиты телефонной (RJ-11) и информационной сети (RJ-45);
• разъемы для управления устройством с компьютера (RS-232).

Индикация

Данные о состоянии аккумулятора и режиме работы ИБП в разных моделях отображаются разными способами. В бюджетных устройствах эта функция возложена на светодиодные индикаторы. В более дорогих моделях уже присутствует ЖК-дисплей, на котором и высвечивается вся важная информация.

Смотрим на бренд

Последний пункт в нашем обзоре, но не последний по важности – выбор ИБП по бренду. Покупка бесперебойника от проверенной фирмы-производителя – это вовсе не дань моде и не погоня за брендами. И хоть во всех ИБП аккумуляторы рано или поздно придется менять (обычно через 2 года), но чем качественнее устройство, тем дольше оно послужит. Сегодня лидерами на рынке ИБП считаются такие производители, как Powercom, APC, Ippon, P-Com, Inelt, LogicPower, Luxeon, Mustek, Eaton, PowerWalker, выпускающие бюджетные и более дорогие линейки источников бесперебойного питания для дома.

Заключение

Теперь самое время подытожить. Итак, вы принадлежите к тем счастливчикам, которые редко сталкиваются со сбоями напряжения в электросети или отключением света, а в случае ЧП «спасать» придется только компьютер. В таком случае следует покупать ИБП резервного типа. Если ваша электролиния – это сплошные скачки напряжения, то, поверьте, дешевле будет купить линейно-интерактивный бесперебойник и не переживать, как отразятся скачки в проводах на компьютере и другой технике. Покупка дорогих ИБП с двойным преобразованием оправдана в том случае, если ваше задание заключается в создании условий для бесперебойной работы серверов или отопительной системы.

Если говорить о мощности, то для обычного компьютера впору ИБП с выходной мощностью в 350-500 вольт-ампер. Для геймерского ПК с двумя мониторами понадобится уже минимум 500-1000 ВА, а если к этой «компании» добавить еще и акустическую систему, потребуется UPS выходной мощностью не меньше 1500 ВА.

Если выбираете ИБП для котла по параметрам номинальной мощности и емкости аккумулятора, то для циркуляционного насоса на 90-150 Вт вполне хватит трехсотваттного бесперебойника, если система отопления использует два насоса, тогда ваш выбор — ИБП на 400-500 Вт (плюс 25-30% запаса).

Таких примеров можно привести сотни. Но еще раз напоминаем, что результат высчитывается всегда по одной и той же формуле: сумма мощности приборов + 20% (это минимум). А чем больше резерв мощности ИБП, тем дольше сможет работать ваша техника без основного источника питания. Это главное, что нужно понимать, выбирая ИБП для дома.

Типы источников бесперебойного питания (ИБП)

ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики и соответственно различное применение.

Термины

Входное напряжение, вход – напряжение в электрической сети, розетка. Напряжение в эклектической сети подвержено различным скачкам, перепадам и пропаданием напряжения.

Нагрузка, потребитель – устройство, которое питается от источника бесперебойного питания.

Фильтр – часть схемы, блок, который сглаживает скачки и перепады напряжения электрического тока.

Инвертор – блок ИБП, который преобразует постоянное напряжение в переменное или наоборот. Необходимость данного блока состоит в том, что аккумуляторные батареи заряжаются и выдают только постоянный ток, а нагрузка питается от переменного тока в 50 Гц.

АКБ, аккумулятор, батарея – как правило, свинцово-кислотная аккумуляторная батарея или блок из нескольких батарей.

ИБП класса Off-line (Standby, back ups)

При работе в нормальном режиме нагрузка питается входным напряжением, отфильтрованным от помех EMI/RFI Noise фильтром на входе. Батареи заряжаются от входного напряжения схемой зарядки.

Если входное напряжение пропадает, то ИБП переходит в режим работы от АКБ, включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Инвертор преобразует постоянное напряжение батарей в переменное и подает питание на нагрузку. Достаточно часто, ради удешевления конструкции в ИБП этого класса ставят инверторы прямоугольных сигналов, что дает на выходе напряжение далеко не синусоидальной формы.

• Простота
• Невысокая стоимость
• Компактность
• Высокий КПД

• Отсутствие сетевого стабилизатора напряжения при работе от сети
• Более высокий износ аккумуляторов
• Ненулевое время переключения на режим работы от АКБ

Применение

Для защиты домашних ПК и офисного компьютерного оборудования от кратковременного отключения электричества.

ИБП класса Line-interactive (Линейно-интерактивные, Smart-UPS)

Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме Off-Line и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором). Основное преимущество этого типа ИБП по сравнению с предыдущим заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети без перехода в режим питания от АКБ. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей.

В ИБП данного типа применяется инверторы двух типов: с аппроксимированной синусоидой (НЧ ШИМ) и полностью синусоидальным (ВЧ ШИМ) выходным напряжением. Первые могут применяться для защиты устройств с импульсными источниками питания, включая компьютерное оборудование. Вторые подходят для защиты устройств, чувствительных к форме входного напряжения – электромоторов, насосов, газовых котлов.

• Экономичность
• Стабилизация входного напряжения
• Фильтрация импульсов и помех
• Компактность
• Высокий КПД

• Неполная фильтрации входного напряжения
• Cтупенчатая (не плавная) стабилизация напряжения
• Ненулевое время переключения на режим работы от АКБ

Применение

Для защиты компьютеров, сетевого, телекоммуникационного и другого оборудования.

ИБП класса On-Line (С двойным преобразованием, Smart-UPS Online)

Поступающее на вход On-Line ИБП переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Поскольку аккумуляторные батареи всегда подключены к инвертору, нет необходимости в переключении с внешней сети на АКБ, время переключения всегда равна нулю. Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети.

К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность и более высокая стоимость. За счет двойного преобразования, On-Line ИБП страдают невысоким КПД и требуют дополнительного охлаждения.

• Мгновенное переключение на аккумуляторы
• Постоянная стабилизация напряжения и частоты
• Отсутствие влияние подключенного оборудования на основную электросеть

• Сложность
• Высокая стоимость
• Дополнительные затраты на двойное преобразование, невысокий КПД

Применение

Серверы, рабочие станции, центры обработки данных, прочее вычислительное и телекоммуникационное оборудование, требующее качественное электропитание.

В заключение

Как рассчитать ИБП мы достаточно подробно рассказали, но в качестве заключения стоит уделить внимание еще одному важному моменту. Дело в том, что ИБП, особенно доступные бытовые модели, не стоит рассматривать как основной источник питания при необходимости в большой автономности.

Говоря простым языком – это не лучший выбор, например, для его многочасового использования в загородном доме, где случаются продолжительные перебои с электроэнергией. В этом случае потребуется модель с внешними аккумуляторами. Компактного же бесперебойника с одной встроенной батареей, в лучшем случае, хватит на 10-15 минут работы. Впрочем, это не означает его абсолютную бесполезность. Во-первых, он позволит безопасно отключить компьютер, а, во-вторых, возьмет на себя функции сетевого фильтра в период питания от электросети, который, к примеру, защитит дорогостоящее оборудование от перепадов напряжения или грозы.