Источник питания - это специальное устройство, которое обеспечивает электропитанием различные потребители энергии. Источники питания подразделяются на первичные и вторичные.
К первой группе относятся преобразователи. Основное их назначение - преобразовывать любой вид энергии в электрическую. То есть первичный источник питания является генератором электрической энергии.
Первичные источники питания включают в свой состав химические источники тока (гальванические элементы, топливные элементы, аккумуляторы, редокси-элементы) и прочие (фотоэлектрические преобразователи, электромеханические источники тока, термоэлектрические преобразователи, МГД-генераторы, радиоизотопные источники энергии).
Вторичные источники преобразуют электрическую энергию. Они позволяют получить электропитание для различных устройств с требуемыми параметрами. В эту группу входят трансформаторы и автотрансформаторы, стабилизаторы напряжения, стабилизаторы тока, импульсные преобразователи, вибропреобразователи, инверторы, умформеры.
Выбор блока питания(БП)
При выборе или разработке БП следует учитывать условия эксплуатации, характер нагрузки, требования к безопасности и т. д. Параметры должны соответствовать требованиям питаемого прибора. Желательно наличие устройства защиты, небольшой вес и габариты.
Источник питания является частью электронной аппаратуры, поэтому выход за пределы допуска любого из его параметров может привести к неустойчивой работе или отказу всего устройства.
Основные типы вторичных источников питания
Сетевые БП входят в состав любого радиоэлектронного устройства. Они подразделяются на следующие типы:
- бестрансформаторные;
- линейные;
- импульсные.
Бестрансформаторные
Эти устройства очень просты, дешевы, не требуют настройки. Схема источника питания состоит всего из нескольких элементов: входной цепи, выпрямителя и параметрического стабилизатора. Устройства рассчитаны на ток до сотен мА. Имеют малый вес и габариты. Потребитель питается от сети через гасящий конденсатор или резистор и постоянно находится под сетевым напряжением. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность: нельзя касаться неизолированных элементов.
Линейные
Начали применять в радиоэлектронной технике в начале 20 века. К настоящему времени устарели и применяются в основном в дешевых конструкциях из-за присущих им недостатков: большого веса и габаритов, низкого КПД. Преимуществами линейных источников питания являются простота и высокая надежность, низкий уровень шумов и излучений.
Принцип действия блока питания чрезвычайно прост. Входное напряжение поступает на трансформатор, понижается до требуемой величины, выпрямляется, сглаживается конденсатором и подается на вход стабилизатора, который состоит из транзистора и схемы управления. "Излишки" напряжения компенсируются регулирующим транзистором. Поэтому на нем выделяется значительная мощность в виде тепла. Линейный источник питания целесообразно применять при токах потребления до 1А.
Импульсные БП
Особое место занимают импульсные источники питания с бестрансформаторным входом и высокочастотным преобразователем, рассчитанным на работу с частотами 20-400 кгц. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 90% и более. Но пока они не нашли широкого применения из-за высокой стоимости, сложности устройства, низкой надежности, большого уровня помех.
Особенности источников питания постоянного тока
Эти устройства предназначены для получения стабильного постоянного напряжения или тока. Соответственно, они имеют режимы стабилизации как по току, так и по напряжению. То есть при максимальном изменении тока напряжение практически не меняется, и аналогично при значительных колебаниях напряжения величина тока остается постоянной.
Имеется режим отсечки тока. В этом режиме с питаемого устройства снимается напряжение, если ток превышает установленную величину.
Современный источник питания имеет несколько регулируемых выходов и дополнительные выходы на фиксированные напряжения (3,3V, 5V, 12V …).
Управление работой БП осуществляется встроенным микроконтроллером. Режимы работы и отдельные параметры записываются в ячейки памяти.
Мощность источника питания зависит от назначения прибора и решаемых задач. Предприятия-изготовители выпускают приборы малой (до 100 Вт), средней (до 300 Вт) и большой (свыше 300 Вт) мощности.
Чем отличаются источники бесперебойного и резервного питания
Источник резервного питания подключается к аппаратуре лишь при пропадании напряжения в сети. Подключение может осуществляться в автоматическом или ручном режиме.
Источники бесперебойного питания (ИБП) используются в аппаратуре, в которой отсутствует сетевой блок питания. Они подключены постоянно и обеспечивают нагрузку стабильным питанием. ИБП является одновременно основным и резервным источником питания. При пропадании напряжения в сети он автоматически переключается на резервное питание.
В состав источника бесперебойного питания входят сетевой блок питания, источник резервного питания (аккумуляторная батарея), зарядное устройство, схема коммутации.
Основные виды ИБП, особенности применения
Периодические внезапные отключения электроэнергии стали обычным явлением в нашей жизни. К сожалению, такие скачки напряжения существенно сокращают жизнь бытовой техники, приводят к потере электронных данных.
Избежать неприятных последствий помогают источники бесперебойного питания. Современный рынок представляет широкий ассортимент этих приборов. Принцип работы весьма прост: устройство включают в электросеть, а к нему подключают бытовые приборы. Если сеть функционирует нормально, бесперебойник только накапливает энергию. При пропадании электроэнергии в работу включается ИБП.
ИБП бывают следующих видов:
Резервный ИБП. Подходит для офисной техники, компьютеров, бытового применения. КПД около 99%. Это хороший источник бесперебойного питания. Цена вполне доступная. К сожалению, такие бесперебойники работают не только при отключении электричества, но и при изменении его параметров, поэтому износ аккумуляторной батареи увеличивается. В этом случае можно предложить использовать дополнительный внешний источник питания.
Линейно-интерактивные ИБП. Работают только в случае полного отключения питания. Их можно применять для офисного оборудования, отопительных котлов, вычислительной техники.
ИБП с двойным преобразованием. Это самый дорогой источник бесперебойного питания. Цена его превышает 50 тыс. рублей, но он того стоит. ИБП с двойным преобразованием доводят показания сети до отличных параметров. Время переключения при сбоях - меньше 1 мс. Используются они для питания медицинской техники, серверов, высокочувствительного оборудования.
Замена аккумуляторных батарей ИБП
Аккумуляторные батареи - источники питания тока - являются самым слабым элементом ИБП. 90% неисправностей ИБП связано с выходом из строя аккумулятора. В ИБП, как правило, устанавливают свинцовые необслуживаемые герметизированные аккумуляторы. Электролитом служит гелеобразная масса на основе серной кислоты. Это один из самых дешевых видов аккумуляторов. В то же время они достаточно эффективны (малое внутреннее сопротивление, низкий саморазряд).
Свинцовые аккумуляторы не допускают сильной разрядки. В этом случае они быстро теряют емкость. Срок их службы не превышает 5 лет. Высокая температура и частые разряды заметно сокращают срок службы аккумулятора.
Критерии выбора аккумуляторов для ИБП:
. Аккумулятор должен иметь требуемые напряжение и размеры.
. Желательно устанавливать аккумуляторы от известных производителей.
. Для ИБП годятся только специально предназначенные для них аккумуляторные батареи или батареи определенных марок.
Источник бесперебойного питания (ИБП) или на английском языке UPS (Uninterruptible Power Supply) является важной частью любого современного компьютера.
Но нужен ли ИБП именно вам, как он работает, какие производители являются лучшими и почему, какими параметрами должен обладать ИБП в зависимости от качества электропитания и компьютера?
1. Как устроен ИБП
ИБП представляет собой сравнительно небольшой корпус, в котором находится электросхема и мощный аккумулятор.
Спереди обычно расположена кнопка включения и индикаторы.
А сзади специальные разъемы для подключения системного блока, монитора и других устройств компьютера, которые требуют специальных шнуров.
Часто есть разъемы с питанием от батареи и отдельно разъемы с защитой от скачков электричества, к которым можно подключать такие мощные устройства как лазерный принтер.
Также есть ИБП с разъемами под евро вилку привычного для ИБП формата и так называемые пауки.
Это удобно, не требует специальных шнуров и позволяет подключить для защиты такие устройства как колонки и роутер.
2. Как работает ИБП
Задача ИБП – обеспечить бесперебойное питание компьютера. В случае внезапного отключения электричества, он моментально переключается на питание компьютера от встроенного аккумулятора, преобразуя его постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В.
При переключение на питание от аккумулятора ИБП обычно начинает пищать, оповещая пользователя о необходимости завершить работу ПК. Так как мощность аккумулятора довольно ограничена, ИБП может поддерживать работу компьютера 5-30 (чаще 10-15) минут.
Кроме этого, ИБП защищает компьютер и периферийные устройства (в первую очередь монитор) от скачков напряжения, которые могут вывести их из строя.
Есть также ИБП с функцией стабилизатора, которые могут повышать и понижать напряжение питания в случае, если оно выходит за допустимые диапазоны.
3. Нужен ли ИБП
Многие пользователи задаются вопросом, нужен ли им ИБП, ведь это дополнительные затраты, при том что он никак не влияет на производительность ПК и другие его эксплуатационные параметры. Вопрос вполне резонный и ответ на него может быть разный.
Когда ИБП не нужен:
- компьютер старый или самый дешевый
- напряжение стабильное и пропадает редко
- у вас есть резервная копия всех ценных файлов
- вас не смущает потеря несохраненных файлов
Когда ИБП нужен:
- компьютер представляет достаточную ценность
- напряжение в сети скачет или часто пропадает
- у вас нет резервной копии ценных файлов
- потеря несохраненных файлов для вас критична
В любом случае отказ от приобретения ИБП оправдан только при сильно ограниченных финансовых возможностях. Так как он не только убережет ваши файлы, но не даст произойти сбою системы и выйти из строя компьютеру.
Если для вас компьютер или данные представляют какую-то ценность, то рекомендую приобрести ИБП, так как восстановление может обойтись дороже, не говоря уже о потери времени и нервов.
4. Лучшие производители ИБП
Производителем ИБП №1 в мире является компания APC (American Power Conversion), которую некоторое время назад поглотила французская энергетическая компания Schneider Electric. Именно ИБП от APC используют крупные компании и предприятия по всему миру, так как они являются самыми надежными.
Да, стоят они в 1.5-2 раза дороже чем ИБП дешевых китайских брендов типа Mustek, Ippon, CyberPower. Но APC сделаны значительно качественнее, внутри установлены мощные электрические компоненты, способные обеспечить надежную защиту вашему ПК.
В дешевых китайских ИБП используется соответствующая элементная база и внутри они больше похожи на радиоприемник, чем на серьезное силовое устройство.
Такой ИБП не только не сможет защитить ваш компьютер в критичный момент, но может ни с того ни с сего сгореть сам, утянув на тот свет ваш системный блок или монитор. Не стоит приобретать такие ИБП, так как силовое оборудование должно быть мощным, надежным и не может стоить так дешево.
Конечно, есть еще и другие более-менее надежные ИБП такие как INELT, Stark, отечественные Бастион и Энергия. Но стоят они практически также как APC, при этом имея ограниченный модельный ряд и не всегда удачную конфигурацию разъемов.
Если вы хотите иметь действительно надежный и практичный ИБП, который защитит ваш ПК, а не просто для самоуспокоения, то приобретайте APC.
Однако, стоит отметить, что после перехода компании APC под крыло французов, качество бюджетных моделей снизилось, что отмечают многие пользователи. Корпус стали делать из дешевого пластика с едким запахом, а сами ИБП стали чаще выходить из строя. Поэтому лучше брать либо старые проверенные модели из серии Back-UPS BK (в корпусе из белого пластика), либо уже что-то подороже из серии Back-UPS Pro (всесторонняя защита) или Smart-UPS (самые качественные и надежные). В принципе еще неплохие и удобные Back-UPS BE (паук с евро розетками), они подходят для не очень мощных ПК. Больше всего нареканий на современные серии BX и BC, но и они лучше дешевого китайского хлама.
Еще из довольно качественных БП рекомендую EATON и Legrand, они лучше самых дешевых APC и стоят лишь немного дороже. Есть еще отличные General Electric на уровне наиболее качественных APC, но стоят не дешево. В качестве наиболее бюджетного вариант могу посоветовать только Powercom, но не самые дешевые RPT, а как минимум из серии BNT, PTM или SPD (пауки), еще лучше IMP/IMD или KIN. В общем по возможности, в любом случае вы не прогадаете и искать что-то дешевле от других брендов смысла нет.
5. Типы ИБП
ИБП бывают нескольких типов:
- резервные (offline, standby, back-ups)
- линейно-интерактивные (line-interactive)
- с двойным преобразованием (online, непрерывные)
Резервные ИБП – самые простые и недорогие, они переключаются на работу от батареи не только при полном обесточивании, но и при пониженном или повышенном напряжении в розетке. Если с напряжением у вас все в порядке, то этого обычно достаточно.
Но если оно часто скачет (как в частном секторе), то стоит присмотреться к другому типу ИБП, так как постоянное переключение на питание от батареи заставит вас слушать вечный неприятный писк от ИБП, часто выключать ПК, а также убивает аккумулятор.
Линейно-интерактивные ИБП – помимо аккумулятора, имеют встроенный стабилизатор напряжения, который часто является 3-ступенчатым AVR (автоматическим регулятором напряжения) и стоят несколько дороже.
Такие ИБП при падении напряжения ниже 190 В или повышения выше 250 В выравнивают его до уровня около 220 В на выходе.
При этом не используется аккумулятор, что позволяет спокойно продолжать работу в течение продолжительного времени. Линейно-интерактивные ИБП различаются нижним (140-180 В) и верхним (260-300 В) порогом стабилизации.
Таким образом, если напряжение в розетке падает или наоборот повышается, выходя за допустимые нормы, компьютер на выходе все-равно получит стабильное напряжение близкое к 220 В без использования батареи. Но обращайте особое внимание на нижний и верхний пороги стабилизации.
Нижний порог может быть вполне достаточные 160 В, а может и 180 В, что может быть критично для вашего района. Чем ниже это значение, тем лучше, так как за его пределами происходит переключение на аккумулятор. Аналогично и с максимальным порогом, так как в некоторых местах напряжение прыгает до 280 В.
ИБП с двойным преобразованием – дорогие высококачественные бесперебойники со сложным стабилизатором напряжения и частоты, обеспечивающие стабильные параметры напряжения на выходе и отсутствие задержки при переключении на аккумулятор. Используются в корпоративном секторе для питания серверов, критически важных рабочих станций и сетевого оборудования.
Если напряжение в розетке у вас стабильное, то в принципе хватит самого недорогого резервного ИБП. Для отдаленного района города или частного сектора однозначно лучше брать линейно-интерактивный ИБП, которые я рекомендую в любом случае, так как они уже не на много дороже.
6. Мощность ИБП
Выходная мощность ИБП часто указывается в вольт-амперах (ВА) и отражается в маркировке. При этом мощность компьютера (включая монитор) в ваттах (Вт), на которую рассчитан ИБП, значительно меньше, что также указывается в параметрах конкретной модели.
Значения выходной мощности ИБП для персональных компьютеров колеблются в пределах 400-1500 ВА. Рассчитать необходимую мощность ИБП вы можете с помощью программы «Power Supply Calculator».
На первой вкладке вводятся параметры системного блока и рассчитывается необходимая мощность блока питания.
На второй вкладке, добавив параметры монитора, можно рассчитать рекомендуемую мощность ИБП.
Округлив полную выходную мощность (ВА) до ближайшего целого значения, мы и получим рекомендуемую мощность ИБП, которая в данном случае будет 800 ВА.
В зависимости от модели ИБП и текущего энергопотребления компьютера время работы от аккумулятора может существенно отличаться.
В реальности, если мощность ИБП подобрана правильно, то он может выдержать около 5 минут при высокой нагрузке (на ПК запущена игра или рендеринг видео) и порядка 15 минут при обычной офисной работе.
Если мощности ИБП будет недостаточно, то он может не выдержать отключения напряжения, компьютер внезапно выключится и что-то может выйти из строя.
Учтите также, что со временем аккумулятор подсядет и ИБП будет держать раза в два меньше по времени.
Подбирайте ИБП так, чтобы изначально был некоторый запас по мощности и времени работы от аккумулятора.
8. Форма выходного напряжения ИБП
Форма выходного напряжения ИБП может быть:
- ступенчатая синусоида
- аппроксимированная синусоида
- чистая синусоида
Графически это можно представить в следующим виде.
При переключении на питание от аккумулятора происходит преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В с помощью внутреннего инвертера ИБП.
В большинстве ИБП форма выходного напряжения получается отличной от классической синусоиды, которая приходит к нам из розетки, принимая ступенчатую или аппроксимированную форму.
Когда появились первые блоки питания с модулем активной коррекции мощности (APFC), такая упрощенная форма напряжения проводила к тому, что компьютер просто выключался. Но эта проблема в блоках питания давно решена и может проявиться только с совсем древними БП.
ИБП, способные выдавать чистую синусоиду, стоят в разы дороже обычных и не требуются для простых компьютеров. Они используются для специализированного оборудования, которое не может работать с упрощенными формами напряжения.
Приобретайте ИБП с напряжением в форме аппроксимированной или ступенчатой синусоиды, это не имеет большого значения.
9. Управляемые ИБП
Управляемые ИБП дополнительно подключаются к компьютеру с помощью кабеля USB и могут посылать сигнал на отключение ПК при низком заряде батареи. Это полезно в случае если вы часто уходите, оставляя компьютер включенным или ставите закачки на ночь.
В случае отключения электричества, в то время как вас не будет на месте, ИБП будет удерживать питание пока заряд аккумулятора не приблизится к критическому уровню, а затем отправит компьютеру сигнал о выключении.
Компьютер, получив сигнал, корректно закроет все программы, завершит работу операционной системы и выключится. Иногда для этой функциональности может потребоваться установить специальный драйвер от производителя ИБП, но в целом такая возможность уже встроена в Windows и может даже драйвер устанавливать не придется.
Это интересная и полезная функция, но за все нужно платить и управляемые ИБП стоят дороже своих неуправляемых аналогов, требующих обязательного присутствия пользователя для корректного отключения ПК.
Кроме этого, дополнительное программное обеспечение может информировать пользователя о состояние батареи, позволять управлять ИБП по сети, но большинству пользователей это не нужно.
Если вы будете оставлять компьютер включенным без присмотра на длительное время, то лучше не экономить и взять управляемый ИБП, чтобы не допустить сбоев в работе ПК.
10. Холодный старт ИБП
Функция холодного старта заявлена для большинства ИБП. Это значит, что вы можете включить компьютер в условиях отсутствия напряжения в розетке.
В действительности это не совсем штатный режим работы ИБП и может привести к выходу из стоя как самого ИБП, так и компьютера. Не стоит просто так экспериментировать с этой возможностью.
Для функции холодного старта требуется, чтобы ИБП был качественный, с запасом мощности и хорошим аккумулятором. Во время старта компьютера происходит большой скачок тока и монитор уже лучше включать после загрузки ПК.
11. Дополнительная защита ИБП
Любой ИБП поддерживает штатный набор защиты:
- защита от перегрузки
- защита от высоковольтных импульсов
- защита от короткого замыкания
- фильтрация помех
- предохранитель питания
Желательно, чтобы предохранитель питания был автоматический в виде кнопки. Тогда, в случае чего вам не придется искать ему замену или нести ИБП в ремонт, достаточно будет нажать кнопку и работа ИБП восстановится.
Кроме этого, в ИБП могут быть разъемы RJ45 для защиты от пробоев через кабель интернета и RJ11 для защиты телефонной линии, включая DSL-модем.
Да, есть отдельные устройства и сетевые фильтры с подобной защитой, но в качественном ИБП она лучше.
Приобретайте ИБП с автоматическим предохранителем, а для частного дома с защитой линии RJ45 или RJ11 (в зависимости от типа подключения к интернету).
Одним из основных параметров защиты ИБП является поглощаемая энергия импульса, которая измеряется в джоулях (Дж) и больше важна для жителей частного сектора. Значения поглощаемой энергии импульса находятся в пределах 150-500 Дж.
Чем выше это значения, тем больше вероятность, что ИБП защитит ваш компьютер при попадании молнии в электросеть или замыкания в распределительном трансформаторе.
Если вы живете в частном доме, то выбирайте ИБП с более высокой поглощаемой энергией импульса.
13. Комплект поставки ИБП
Часто в комплект поставки ИБП входит только кабель для подключения в розетку самого ИБП. Для ИБП с нестандартными разъемами, уточняйте комплект поставки у продавца.
Учтите, что кабелей для подключения системного блока и монитора в комплекте может не быть и их придется приобрести отдельно.
14. Замена аккумулятора ИБП
Срок службы аккумулятора ИБП зависит от его качества и количества циклов заряд-разряд, т.е. от того как часто ИБП будет переключаться на работу от аккумулятора и как быстро при этом вы будете выключать ПК. В качественном ИБП срок службы аккумулятора составляет 3-5 лет, в зависимости от условий эксплуатации.
Часто в дешевых китайских ИБП для замены аккумулятора требуется разборка корпуса, что порой не так просто и можно что-то сломать.
Лучше выбирайте ИБП, где для замены аккумулятора предусмотрен открывающийся отсек, чтобы для его замены не нужно было разбирать весь ИБП или нести его в сервис.
Большинство ИБП имеют индикатор, свидетельствующий о необходимости замены аккумулятора. Но он начинает светиться обычно уже когда аккумулятор полностью сдох и не может эксплуатироваться. Если дожидаться этого момента, то очередное отключение электричества, через 4-5 лет эксплуатации ИБП может привести к выходу из строя как самого ИБП, так и компьютера.
15. Лучшие аккумуляторы для ИБП
Лучшие аккумуляторы производят Yuasa и CSB, которые используются в качественных ИБП от APC. Эти аккумуляторы стоят больше чем самые дешевые китайские поделки, но и служат они также значительно дольше. Кроме того, от некачественных аккумуляторов ИБП выходят из строя.
Подобрать аккумулятор для ИБП довольно просто. Достаточно изъять установленный, посмотреть на сколько он ампер-часов (Ач) и замерить размеры линейкой. Также при замене вы можете подобрать аккумулятор повышенной емкости (например, 9 Ач вместо 7 Ач) при условии, что он такого же размера.
Приобретайте для своего ИБП только качественные аккумуляторы от Yuasa и CSB. Если есть возможность, берите модель повышенной емкости.
16. Заключение
Не стоит пренебрегать таким важным устройством как ИБП, которое убережет не только ваши файлы и избавит от головной боли с восстановлением системы, но и продлит жизнь вашему компьютеру.
Но ИБП обязательно должен быть качественным, так как иначе вы рискуете не только выбросить деньги на ветер, но еще и угробить компьютер, вместо того чтобы защитить его от нежелательных воздействий наших ненадежных электросетей и информационных коммуникаций.
17. Ссылки
ИБП Powercom Imperial IMP-1025AP
ИБП Powercom Imperial IMD-525AP
ИБП Powercom SPD-650U
Источник бесперебойного питания является временным заменителем электрической сети для подключенного к нему оборудования. Качество этой замены сильно зависит от типа и марки ИБП.
В электрической сети напряжение имеет синусоидальную форму или форму, близкую к синусоиде.
Все высококлассные ИБП тоже имеют синусоидальную форму выходного сигнала, т.е. обеспечивают электропитание практически не отличающееся от обычной сети или даже имеют синусоиду более высокого качества.
На выходе ИБП (как и в сети) синусоида может быть не совсем идеальной.
Для определения коэффициента гармонических искажений обычно нужно специальное оборудование. Но можно приблизительно оценить величину полного коэффициента гармонических искажений просто по осциллограмме напряжения. Если вы видите слабые искажения, то коэффициент гармонических искажений около 5 %. Если искажения очень хорошо заметны, коэффициент гармонических искажений примерно равен 10 %.
При коэффициенте гармонических искажений более 20 % у вас "не поднимется рука" назвать форму кривой напряжения синусоидой.
Этот способ, как и любое упрощение, имеет свои ограничения. В частности, чем больше номер гармоники, тем при меньшем коэффициенте гармонических искажений ее хорошо видно.
Синусоидальное выходное напряжение имеют все ИБП с двойным преобразованием, феррорезонансные ИБП и большинство ИБП, взаимодействующих с сетью. Для всех этих ИБП полный коэффициент гармонических искажений выходного напряжения, равный 5%, является граничным. Если коэффициент гармонических искажений на выходе ИБП меньше 5%, то ИБП по этому параметру можно считать "хорошим". Если эта величина больше 5%, то форма выходного сигнала ИБП оставляет желать лучшего.
Обычно производители указывают степень гармонических искажений в общем перечне технических характеристик ИБП. Почти всегда указывается только одна величина коэффициента гармонических искажений, относящаяся к некоторым средним (если не сказать идеальным) условиям - например при линейной нагрузке. Следует иметь в виду, что наиболее значительный искажения формы выходного напряжения могут происходить в различных граничных условиях, а также при параметрах не характерных для обычной работы ИБП.
Такими предельными условиями (их набор или сочетание может быть разным для разных моделей ИБП) могут быть максимальная нагрузка или холостой ход (отсутствие нагрузки); предельный или запредельный коэффициент мощности (например меньший, чем 0.5), слишком большой пик-фактор. Серьезные искажения выходное напряжение может претерпевать также при различных переходных процессах (например при ступенчатом изменении нагрузки).
На режиме работы от сети ИБП с переключением и взаимодействующий с сетью питают свою нагрузку отфильтрованным сетевым напряжением. То есть они в этом случае не являются независимыми источниками питания. Таким источником является электрическая сеть. Это значит, что коэффициент гармонических искажений на входе блока питания компьютера будет примерно таким же, как и без ИБП. Это так, поскольку фильтры этих ИБП не предназначены для фильтрации низкочастотных гармоник, и свободно их пропускают. Соответственно, если в сети были сильные гармонические искажения до установки ИБП (из-за общей перегрузки сети или большой доли мощности нелинейных нагрузок), они такими и останутся. Если этих искажений не было, они и не появятся.
Иначе обстоит дело с феррорезонансным ИБП и ИБП с двойным преобразованием энергии. Они являются в рассматриваемом смысле независимыми источниками питания. Поэтому все сказанное выше относительно искажений формы сетевого напряжения нужно в этом случае отнести к выходному напряжению ИБП. Если эти ИБП сильно (почти до номинальной мощности) нагружены нелинейными нагрузками, то на входе этих нагрузок могут появиться искажения основной гармоники, которых не было без ИБП. С другой стороны, если при работе от сети наблюдались гармонические искажения, то они могут пропасть после установки ИБП, если ИБП недогружен.
Если нелинейная нагрузка on-line ИБП составляет более двух третей его полной мощности, то напряжение на выходе ИБП может быть заметно искажено. Не опасное само по себе для компьютеров искажение формы напряжения является нехорошим признаком того, что нагрузка ИБП слишком велика. Лучше установить ИБП большей мощности или отключить от него какое-либо оборудование.
Некоторые высококлассные ИБП с двойным преобразованием оснащены специальной управляющей цепью, назначением которой является корректировка формы выходного напряжения даже при работе с нелинейными нагрузками большой мощности. На выходе этих ИБП напряжение не имеет заметных гармонических искажений, даже в случае, если ИБП питает нелинейные нагрузки значительной мощности.
Разумеется все компьютеры и другое оборудование, предназначенное для питания от сети переменного тока, рассчитано на синусоидальное напряжение. Вряд ли какой-нибудь производитель этой техники готов гарантировать нормальную работу его оборудования с сильно несинусоидальным напряжением.
Тем не менее, большинство потребителей электрической энергии могут питаться напряжением переменного тока несинусоидальной формы. Причем для разного оборудования более важны разные характеристики синусоидального напряжения питания. Например оборудование, оснащенное импульсными блоками питания (скажем, персональные компьютеры) потребляет ток только в моменты времени, когда напряжение очень близко к максимуму. Потому для питания такого оборудования важно правильное амплитудное значение напряжения. Оборудование, имеющее непосредственно питаемые электрические двигатели и нагреватели, требует номинального действующего значения напряжения. Синусоидальное напряжение отвечает требованиям любой из этих нагрузок.
Но почти все виды нагрузок (оборудования), в том числе компьютеры, может более или менее нормально работать с напряжением, которое очень сильно отличается от синусоидального. Этим обстоятельством широко пользуются производители ИБП с переключением.
Раньше (очень давно) некоторые ИБП с переключением имели выходное напряжение в форме меандра (прямоугольных импульсов разной полярности).
Рис. 26. Меандр
Когда мы заменяем синусоидальное напряжение тем или иным его приближением, мы должны выбрать параметры этого приближения такими, чтобы они были наиболее близки параметрам заменяемой синусоиды. Но у меандра амплитудное и действующее значения напряжения равны друг другу (коэффициент амплитуды равен единице). Поэтому мы не можем сделать напряжение прямоугольной формы таким, чтобы оно одновременно удовлетворяло требованиям различных нагрузок.
В попытках найти компромисс производители таких ИБП устанавливали прямоугольное напряжение равным некоторому значению, лежащему между амплитудным и действующим. В результате получалось, что некоторые нагрузки (требующие правильного действующего значения напряжения) могли выйти из строя из-за избыточного напряжения, в то время, как другому оборудованию (потребляющему ток при напряжениях, близких к максимуму) это напряжение было слишком мало.
Для того, чтобы среднеквадратическое и амплитудное значение прямоугольного напряжения были равны соответствующим значениям синусоидального напряжения, производители современных ИБП с переключением слегка изменили форму меандра, введя паузу между прямоугольными импульсами разной полярности.
Рис. 27. Меандр с паузой.
Напряжение такой формы производители ИБП называют "ступенчатым приближением к синусоиде" (англ. - stepped approximation to a sine wave). Эта форма кривой позволяет, при правильно подобранных амплитуде напряжения и длительности пауз, выполнить требования разных нагрузок. Например при длительности паузы около 3 мс (для частоты 50 Гц) действующее значение напряжения совпадает с действующим значением синусоидального напряжения той же амплитуды.
Выходное напряжение всех попадавшихся мне ИБП с переключением, присутствующим на рынке России, имеет вид ступенчатого приближения к синусоиде.
Показанная на рис. 27 форма выходного напряжения - это идеал, к которому должны по идее стремиться производители ИБП. Реальная форма выходного напряжения ИБП с переключением конечно же отличается от идеала.
Иногда производители ИБП соблюдают декларируемое равенство действующего значения напряжения на выходе ИБП действующему значению напряжения сети весьма приблизительно. Длительность пауз, и амплитуда прямоугольного напряжения заметно отклоняются от расчетных значений.
Эти отклонения видимо не могут служить основанием для того, чтобы объявить тот или иной ИБП плохим. Ведь все они нормально работают с персональными компьютерами, для работы с которыми они собственно и предназначены.
Реальная форма выходного напряжения ИБП с переключением приведена на рис. 28.
Рис. 28. Осциллограммы напряжения и тока персонального компьютера, подключенного к ИБП с переключением.
На той же осциллограмме приведена и кривая потребляемого компьютером тока. Это позволяет оценить, насколько "несладко" приходится компьютеру, защищаемому ИБП с переключением. Но, как ни странно, сильные импульсные токи, потребляемые компьютером в моменты начала и конца прямоугольного импульса, не влияют на работу компьютера. Они полностью подавляются блоком питания компьютера, на выходе которого наблюдается постоянное напряжение с обычным уровнем пульсаций.
Не следует также забывать, что компьютер, защищаемый ИБП с переключением, питается несинусоидальным напряжением только в моменты работы ИБП от батареи (т.е. очень кратковременно). При работе ИБП от сети, компьютер питается сетевым напряжением, сглаженным с помощью встроенных в ИБП фильтров шумов и импульсов.
Возможность применения ИБП с переключением для питания другого оборудования (не компьютеров) требует, вообще говоря, проверки в каждом подобном случае. Известны случаи, когда с такими ИБП отказывались работать некоторые принтеры. С другой стороны, известны случай применения ИБП с переключением для защиты таких нетрадиционных нагрузок, как телефонные станции или кассовые аппараты с трансформаторными блоками питания.
К применению ИБП с переключением для питания приборов с трансформаторными блоками питания следует подходить с осторожностью. Дело в том, что обычные для трансформатора 5-10 % потерь в присутствии гармоник увеличиваются пропорционально квадрату номер агармоники. Поэтому ресурс сильно нагруженных трансформаторов при питании напряжением в виде меандра может уменбшаться в десятки раз.
Как и у любого источника питания, форма выходного напряжения ИБП с переключением зависит от величины и характера нагрузки. Для ИБП, выпускаемых известными в мире фирмами эта зависимость обычно невелика.
Однако некоторые ИБП имеют сильную зависимость формы (а иногда и амплитуды) выходного напряжения от нагрузки. Некоторые из них не могут использоваться при малых нагрузках, поскольку имеют на выходе импульсное напряжение амплитудой до 800 В. Другие проверяются изготовителем только при работе с линейными нагрузками. Такие ИБП при работе с компьютером могут быть неустойчивы в моменты переключения.
Сказанное показывает: не следует пользоваться ИБП малознакомых производителей или покупать такие ИБП у неспециализированных фирм.
Если компьютер, принтер, телефонная станция постоянно перегружаются вследствие , актуальным становится вопрос о том, что такое источник бесперебойного питания (ИБП, UPS) и задуматься о его приобретении. Обычно причинами таких явлений бывают , импульсные скачки тока. Они приводят как к внезапному выключению компьютера и периферийных устройств, так и к преждевременному выходу их из строя.
Из всех компьютерных комплектующих наиболее критично на проблемы с электроснабжением реагируют самые основные – материнская плата, жёсткий диск, видеокарта. Увы, поломка этих деталей, как правило, неустранима. Приходится покупать новые детали. А с учётом того, что геометрия разъёмов, напряжение питания и рабочая частота постоянно меняются, возможно, придётся приобретать новый компьютер. Поэтому покупка ИБП позволит предотвратить многие проблемы.
Какими бывают источники бесперебойного питания
Источники бесперебойного питания делятся на три основных вида:
Устройство ИБП
Главным элементом ИБП является аккумуляторная батарея. Основной её параметр – ёмкость. В ней содержатся либо щелочные, либо кислотные аккумуляторы. Ёмкость кислотных аккумуляторов выше, однако их в последнее время не рекомендуется применять из-за неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
В любом случая батареи в источниках бесперебойного питания герметично закрыты, поэтому данные устройства можно применять в любых помещениях. Как правило, батареи в UPS съёмные. Встречаются модели с несъёмными батареями. В этом случае для их замены или восстановления необходимо обратиться к специалистам в авторизованном сервисном центре.
При необходимо правильно рассчитать требуемую мощность. Для этого надо просчитать суммарную потребляемую мощность устройств, которые к нему планируется подключать, и добавить приблизительно 20%, учтя эффект импульсных токов при включении оборудования. Также следует обратить внимание на то, что мощность «бесперебойников» измеряется в вольт*амперах (ВА). Один ВА приблизительно равен 0,72 Вт.
Дополнительные опции
Большинство современных источников бесперебойного питания имеют несколько полезных дополнительных функций:
- Стабилизация входного сигнала (AVR). Даже при резких колебаниях значения входного напряжения устройство-потребитель получает сигнал, близкий к 220-вольтовому. Это очень полезное свойство, так как резкие перепады напряжения способные вывести из строя блоки питания компьютеров, а при работе с подобными ИБП срок службы вычислительной техники значительно продлевается. Качественные стабилизаторы способны практически всегда выдавать выходное напряжение в коридоре от 180 до 280 В.
- «Холодный» старт. При наличии этой функции ИБП может включать компьютер даже при отсутствии питания во внешней сети. Это бывает необходимо, если электроснабжение отключено на длительный период. В этом случае можно выполнить основные задачи, отправить и принять электронную почту и выключить системный блок в штатном режиме. При этом надо иметь в виду, что маломощные ИБП вряд ли смогут произвести «холодный» старт, даже если у них эта функция заявлена.
- Защита от грозы. Полезно, так как при грозе по «витой паре» (к которой, в частности, подключено телефонное оборудование, модем) проходит сигнал большого напряжения. Наличие этой функции позволяет в отдельных случаях сохранить модем, сетевую карту или сетевой чип, «южный мост» материнской платы, мини-АТС.
Мы дали основные сведения о том, что такое источник бесперебойного питания. Какой именно целесообразно приобрести, решать вам.
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.
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.
Принцип работы источника бесперебойного питания
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.
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.
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.
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.
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.
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):
| Пример расчета времени автономной работы | |||
| Напряжение батареи, В | Емкость батареи, А∙ч | Время работы, ч | |
| 12 | 55 | 150 | 4 |
| 12 | 190 | 150 | 15 |
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.
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.
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.