Электрические сети российский городов сложно отнести к современным. Оборудование устаревшее, ремонт не проводится, перепады напряжения стали нормой. Все дефекты и неполадки крайне отрицательно сказываются на работе потребителей. Некачественное электропитание особенно сильно бьет по компьютерным и микропроцессорным устройствам, вызывая не только отдельные сбои, но и полную потерю работоспособности. К сожалению, электрооборудование от подобных перепадов часто не защищено и проблему поможет решить источник бесперебойного питания. По конфигурации фаз выходов и входов ИБП делятся на два вида: однофазный вход — выход и трехфазный вход — выход.
Для чего нужен ИБП
В первую очередь эти устройства предотвращают повреждения оборудования и не допускают сбоев в работе электронных систем. Они дают возможность корректно завершить работу в случае неожиданного отключения электричества.
С помощью ИБП успешно преодолеваются перебои и электрические помехи, периодически возникающие в домашних и рабочих сетях. Среди них чаще всего встречаются следующие:
- Провалы напряжения. В этом состоянии напряжение внезапно понижается на значительную величину. Для его восстановления требуются различные временные промежутки, в некоторых случаях десятки секунд. Причина провалов чаще всего связана с ограниченной мощностью подстанции, особенно зимой, а также с запуском и дальнейшей работой мощного оборудования. Физически низкое напряжение проявляется в виде мерцающих лампочек.
- Импульс напряжения. В данном случае напряжение резко изменяется, с амплитудой до 2000 вольт, а затем выходит на обычный уровень за очень короткое время. Для этого требуется не более 10 миллисекунд. Основной причиной считается работа промышленного оборудования, кондиционеров, лифтов, действие грозовых разрядов и т.д.
- Отсутствие напряжения в течение короткого времени. Данный промежуток составляет не более 20 миллисекунд и практически незаметен. Тем не менее, на электронное оборудование оказывается негативное влияние
- Отсутствие напряжения в течение продолжительного времени. Данный период может составлять от 20 миллисекунд до нескольких часов. Причиной являются перегрузки, неблагоприятные погодные условия и физические повреждения на подстанциях, из-за которых линии электропередачи отключаются.
- Изменения частоты в течение короткого периода времени, когда к сети подключается мощное оборудование. Негативное влияние оказывают и радиочастотные шумы при подключении радиопередатчиков, нагрузок, генераторов и промышленного оборудования.
Компании, выпускающие электронику, провели исследования, в результате которых выяснилось, что каждый персональный компьютер в течение месяца не менее 120 раз подвергается различным негативным воздействиям, так или иначе связанным с проблемами напряжения в электрических сетях.
Основные функции ИБП
В соответствии с известными проблемами, регулярно возникающими в электрических сетях, источники бесперебойного питания выполняют ряд важных функций, направленных на их ликвидацию и предотвращение негативных последствий.
Назначение источника бесперебойного питания заключается в следующих действиях:
- Фильтруют питающее напряжение, снижают уровень шумов.
- Поглощают кратковременные выбросы напряжения, в том числе и незначительные.
- Защищают от коротких замыканий и перегрузок.
- При отсутствии напряжения в сети обеспечивают нагрузку резервным электропитанием в течение установленного периода времени.
Наиболее продвинутые модели бесперебойников могут производить дополнительные полезные действия, благодаря специализированному программному обеспечению, предназначенному для управления этими устройствами:
- Нагрузка включается и выключается по командам внутреннего таймера точно в заданное время.
- В случае длительного отсутствия напряжения выполняется автоматическое обслуживание оборудования, а также его перезапуск после восстановления нормального режима питания.
- Отслеживаются аварийные ситуации, выдаются различные предупреждающие сигналы.
- На дисплее устройства отображается напряжение и частота переменного тока в данной сети, а также выходное питающее напряжение и мощность, потребляемая нагрузкой.
- Проведение мониторинга и фиксация данных относительно состояния ИБП. Сюда входит температура батареи, уровень ее заряда и другие рабочие характеристики.
Общая схема работы устройств бесперебойного питания
Большинство ИБП укомплектовано следующими компонентами в соответствии с их рабочими схемами:
- Инвертор, с помощью которого формируется синусоида.
- Аккумуляторные батареи, накапливающие электроэнергию.
- Электронная схема для управления всеми процессами.
- Программное обеспечение.
- Устройство для зарядки аккумулятора.
В случае необходимости к устройству может быть организован удаленный доступ с использованием локальной сети. Надежность и работоспособность схемы повышается путем ее резервирования.
Источники бесперебойного питания могут находиться в следующих рабочих режимах:
- Период зарядки. Цепь синусоиды на входе и выходе прерывается за счет внутреннего переключателя устройства. Аккумуляторная батарея, подключенная к выпрямителю, заряжается до восстановления своей оптимальной емкости.
- Период готовности. По окончании зарядки аккумулятора происходит автоматическое замыкание внутреннего переключателя устройства. Батарея переходит в буферный режим и поддерживает состояние готовности к дальнейшей работе.
- Период разрядки. Осуществляется автоматический перевод батареи на питание нагрузки, что приводит к ее постепенной разрядке.
Технические характеристики
Все устройства бесперебойного питания имеют определенный набор технических характеристик. Они отличаются индивидуальными параметрами, в зависимости от конструкции и модификации того или иного прибора.
У каждого из них существуют собственные диапазоны входного напряжения, когда ИБП функционируют от сети и не задействуют встроенные батареи. Следует помнить, что большие диапазоны снижают время работы от батарей, тем самым увеличивая их срок службы. Кроме того, они продолжают подавать питание к нагрузке от сети, тогда как при меньшем диапазоне ИБП переходят на батарею, быстро разряжают ее и обесточивают нагрузку.
У всех UPS выходное напряжение изменяется в случае изменения входного напряжения. То есть, оно должно поддерживаться на таком уровне, чтобы подключенное оборудование могло нормально работать. Пониженное напряжение на выходе нередко приводит к сбоям в работе и потере данных. Превышение дает такие же результаты, и дополняется выходом из строя используемой нагрузки.
Большое значение имеет качество переключений и переходных процессов на АКБ и обратно, которые не должны привлекать внимание, выполняться корректно, за малый промежуток времени. Частота UPS правильно синхронизируется по отношению к внешней частоте основной сети. В случае возникновения перегрузки подается специальный сигнал с помощью световой и звуковой индикации. Само устройство при работе от АКБ отключается, а пользователь должен своевременно уменьшить нагрузку.
Многие прибору могут быть включены в режиме так называемого холодного старта, когда отсутствует напряжение в основной питающей сети. Данная функция полезна при длительном отсутствии напряжения, когда необходимо срочно выполнить какое-либо действие с электронной аппаратурой.
Однофазный вход — выход (1ф / 1ф или 1:1)
Однофазные источники бесперебойного питания были разработаны для однофазной сети. Они надежно защищают электрооборудование, которое нуждается в повышенных требованиях к качеству электропитания, от всяких неполадок в сети (например отсутствие или искажение напряжения, подавление высокочастотных помех).
Такое оборудование поддерживает качество выходного напряжения, если присутствуют неполадки при входном напряжении с помощью использования энергии аккумуляторных батарей (отклонения номинала, пропадание, искажения формы). Однофазные ИБП применяются во многих отраслях информационной техники, связи.
Трехфазный вход — выход (3ф / 3ф или 3:3)
Трехфазные типы источников бесперебойного питания обычно используются для постоянной круглосуточной работы. Устройство подходит для питания трехфазного оборудования, которое рассчитано на 3х380 В и для однофазных потребителей энергии, действующих при 220 В. Трехфазные UPS поддерживают необходимое качество выходного напряжения. Они используются в банках, вычислительных центрах, медицинских центрах, транспорте, и пр.
Виды источников бесперебойного питания
По своему типу источник бесперебойного питания делится на три категории.
Интерактивные ИБП (line-interactive)
Это самый идеальный вариант для дома, а именно там, где напряжение нестабильное и часто пропадает. По сравнению с остальными видами есть два важных аспекта. Первый, срабатывание у них намного быстрее, за 2-5 миллисекунд. Второе, прежде чем переключиться, пробуют выровнять напряжение, что довольно эффективно работает при небольших скачках. В результате, улучшается ресурс батареи, удается сэкономить массу денег. Это идеальный вариант для домашнего использования.
Данные устройства отличаются более сложной схемой, включающей в себя стабилизатор напряжения с автотрансформатором, обладающим функцией ступенчатого регулирования. Эти приборы лишь корректируют величину напряжения на выходе, но не могут управлять частотой сигналов. Полная стабилизация невозможна из-за малого числа ступеней регулировок.
Более дорогие разновидности моделей укомплектованы инверторами с полупроводниковыми ключами. При переходе на питание от батареи, они обладают более высоким быстродействием по сравнению с другими устройствами.
Оффлайный источник бесперебойного питания ИБП (off-line)
Самый недорогой вид. Принцип работы заключается в том, что в случае исчезновения или скачка напряжения перевести оборудование на питание от батареи. Этот тип имеет существенные недостатки. Первый, это время срабатывания, оно составляет около 10 миллисекунд. Второй, если у вас дома постоянно скачет напряжение такой UPS будет часто переключаться на питание от батареи, это существенно понизит ее ресурс и придется менять ее через несколько месяцев.
Онлайн ИБП (on-line)
Самый дорогой и эффективный источник бесперебойного питания. В реальном времени он регулирует напряжение, переходя на аккумулятор только в самых сложных ситуациях. Часто применяют для серверов, требующих высококачественного питания. Аккумулятор находится постоянно включенным в схему и не требует каких-либо дополнительных коммутаций.
Как выбрать подходящий ИБП
Перед выбором устройства необходимо определиться, какие именно проблемы с электропитанием будут наиболее актуальными.
Для жителей новых районов, расположенных в крупных городах будет вполне достаточно простейших оффлайн-устройств. В этих местах обычно проложены новые сети, выдающие стабильное напряжение. Поэтому в дополнение к ИБП рекомендуется на всякий случай приобрести сетевой фильтр. Его нельзя подключать к выходу бесперебойника, во избежание искажения токовых характеристик. При выборе источников бесперебойного питания для офисов и крупных локальных сетей можно выбрать любой из вариантов, рассмотренных выше, в соответствии с условиями эксплуатации.
Выбирая источник бесперебойного питания (ИБП), следует обращать внимание на следующие параметры и технические характеристики:
- Величина выходной мощности
- Время, необходимое для переключений на питание от АКБ и обратно.
- Время работы в автономном режиме, в зависимости от емкости аккумуляторов и мощности оборудования, подключенного к UPS.
- Ширина диапазона входного напряжения сети, при которой возможна стабилизация питания без переключения на батареи.
- Срок эксплуатации аккумуляторов, составляющий в среднем от 5 до 10 лет.