Что такое источник бесперебойного питания — назначение и описание устройства
Современные бытовые сети 220 вольт в целом надежны, но нештатные отключения напряжения время от времени происходят, а случаются они обычно неожиданно. Это приводит к потере данных, а иногда к порче оборудования. Естественно желание пользователей защититься от такой ситуации.
Что такое ИБП и для чего нужен
Справиться с такой проблемой поможет источник бесперебойного питания (ИБП). Из зарубежной технической литературы к нам пришла аббревиатура UPS (расшифровка – uninterruptable power supply, означает примерно то же самое). Оба термина (а также «обрусевший» УПС) широко распространились в быту и технике.
Назначение ИБП – поддержать электроснабжение компьютеров и другого оборудования после исчезновения напряжения в сети, чтобы дать пользователю возможность сохранить введенные данные и штатно завершить работу систем. Профессиональные источники также позволяют поддержать технику без выключения на период достаточно длительной бестоковой паузы на входе.
Состав и принцип работы бесперебойного устройства
Принципиально в состав ИБП должны входить следующие узлы, выполняющие предназначенные функции:
- Зарядное устройство. Это участок схемы управления, отвечающий за зарядку аккумулятора.
- Аккумулятор. Основной компонент – обеспечивает питание нагрузки при исчезновении напряжения в сети.
Аккумулятор для UPS. - Преобразователь (инвертор). Предназначен для преобразования постоянного напряжения от аккумуляторов в близкое к переменному, подходящее для питания резервируемой нагрузки.
У многих ИБП форма выходного напряжения далека от синусоидальной. Это надо учитывать при применении UPS для питания нестандартных нагрузок.
Также многие УПС в зависимости от исполнения имеют вспомогательные устройства:
- схема контроля напряжения — срабатывает при выходе сетевого напряжения за пределы 220 вольт и переключающая нагрузку на электроснабжение от батарей;
- схема защиты UPS от нештатных режимов;
- схема коммутации (служит для переключения источника питания нагрузки);
- схема контроля уровня заряда АКБ;
- фильтр, не пропускающий верхние гармоники выходного напряжения, чтобы на выходе получить нечто похожее на синус вместо ступенчатого или прямоугольного сигнала;
- схема индикации.
Продвинутые блоки бесперебойного питания могут осуществлять связь с компьютером (например, генерировать сигнал на завершение работы ОС при исчерпании запаса энергии в аккумуляторе).
Основные типы
При всем разнообразии технических решений, большинство бесперебойников можно свести к трем типам:
- Offline (резервные). У этой категории ИБП при наличии напряжения на входе нагрузка питается от сети, и лишь в аварийном режиме (выходе входного напряжения за установленные пределы) переключающаяся на питание от преобразователя. В большинстве случаев это делается с помощью электромеханических реле. Недостатком таких схем является большое время переключения источника питания (до сотых долей секунды) и все проблемы, связанные с наличием контактных групп реле (подгорание, износ механических узлов и т.п.). К плюсам относят относительную простоту схемотехнических решений и невысокую стоимость.
Работа offline ИБП в двух режимах. - Line-interactive. Принцип работы такого ИБП также относится к категории offline, но нагрузка в штатном режиме питается не прямо от сети, а через промежуточный трансформатор, первичная обмотка которого имеет отводы. Схема управления отслеживает выход напряжения за пределы и пытается исправить его, коммутируя отводы для достижения на выходе штатного уровня. Во многих случаях трансформатор имеет лишь одну дополнительную секцию. Ее можно отключить, подключить синфазно с основной секцией или противофазно ей. Это позволяет иметь трехступенчатую регулировку выхода. В большинстве случаев этого достаточно. Лишь когда трансформатор не справляется (особенно, при полном отсутствии сети), происходит переход на питание по схеме аккумулятор-инвертор. Такая конструкция имеет дополнительный плюс – переход на резерв происходит намного реже, повышается долговечность УПС, продлевается ресурс аккумуляторов.
Работа line-interactive ИБП в двух режимах. - Online (с двойным преобразованием). Эта топология считается наилучшей для построения ИБП.
Профессиональный бесперебойник online.
Переменный ток сети выпрямляется (выпрямитель одновременно служит зарядным устройством для АКБ), а потом вновь преобразовывается в переменный. На линии постоянного тока подключены аккумуляторы в буферном режиме. При исчезновении напряжения на входе в работу включается аккумулятор.
Особенностью такого построения является то, что коммутация при нештатной ситуации не нужна, поэтому время переключения равно нулю, а бестоковая пауза на выходе отсутствует. Также плюсами являются независимость выходного напряжения от входного (его параметры полностью задаются DC-AC преобразователем) и более высокая надежность. Недостатком таких UPS считается высокая стоимость и пониженный КПД.
Технические характеристики UPS
Выбор УПС производится по его характеристикам, которые условно можно разделить на входные и выходные. Важно найти оптимальный баланс — параметры UPS должны устраивать пользователя, но без переплаты за избыточные характеристики и функции.
Входные
Главным входным параметром бесперебойника является питающее напряжение. Оно должно соответствовать напряжению сети. Также надо обратить внимание на потребляемый ток (автоматический выключатель, защищающий сетевую розетку, должен его выдерживать) и частоту сети. Эти данные обычно написаны около разъема сетевого питания.
Выходные
На уровень напряжения и его частоту также надо обратить первоочередное внимание и при изучении выходных параметров. Для компьютера это может быть неважным – его БП импульсный, питающее напряжение все равно сначала выпрямляется. А для энергоснабжения вспомогательных устройств этот момент может оказаться критичным. Если здесь все в порядке, дальше надо обратить внимание на нагрузочную способность – выходную мощность УПС. Она должна быть не меньше, чем суммарная мощность всех нагрузок.
Следующий важный для пользователя параметр – время автономной работы. Он зависит от емкости батареи и в определенной мере связан с другой характеристикой – временем зарядки полностью разряженной АКБ. Это время показывает, сколько будет восстанавливаться ИБП после исчезновения напряжения сети и разряда аккумулятора, близкого к полному. Для наглядности эти параметры приведены в таблице для нескольких популярных источников.
| Тип UPS | APC BK500EI | Ippon Back Power Pro | Powercom War 500A | Tripp Lite Pro 550X | APC Back UPS ES525VA |
|---|---|---|---|---|---|
| Время работы, мин | 5 | 5 | 8 | 4 | 4 |
| Время зарядки, ч | 6 | 4 | 6 | 5 | 5 |
Отсутствие жесткой зависимости времени работы под полной нагрузкой и временем зарядки объясняется различными условиями пополнения энергии (разным зарядным током), но в целом корреляция прослеживается.
Кроме того, надо обратить внимание на наличие:
- защит от перегрузки, а также коротких замыканий;
- защиты от высоковольтных импульсов (пиков);
- индикации нормальных и аварийных режимов;
- время переключения;
- наличие управления с ПК.
Также важным может быть количество выходных разъемов для подключения нагрузок, но здесь все равно имеется ограничение по нагрузочной способности ИБП.
Некоторые выходы УПС может быть не резервированы от аккумулятора, а лишь защищены от выбросов и помех.
Часть характеристик написана на шильдике УПС, часть – в технической документации (паспорте). Некоторые можно определить визуальным осмотром (количество розеток, разъем для связи с ПК и т.п.).
Срок службы
Срок службы UPS определяется периодом эксплуатации электронной схемы (включая силовые элементы) и временем работы аккумуляторов. Современные электронные компоненты довольно надежны, если они проработают 5..7 (а то и более) лет, никто не отметит чего-то из ряда вон выходящего.
Другое дело батареи. Они работают в буферном режиме, их срок эксплуатации составляет 4..6 лет. Увеличить этот период сложно, а уменьшить неправильной эксплуатацией очень легко. Например, отрицательно влияют на срок службы батарей глубокие разряды. Несмотря на достаточно большую емкость, аккумуляторы ИБП (особенно простых, применяемых в быту и в офисах) не могут обеспечить длительное время работы компьютера. Поэтому услышав писк UPS, возвещающий об исчезновении сетевого напряжения, лучше не работать на компьютере до последнего издыхания аккумулятора бесперебойника, а штатно завершить работу и дождаться восстановления 220 вольт в розетке.
Важность использования для компьютера
Самая важная задача ИБП – дать пользователю время завершить работу без потери введенных данных. Но не менее значительна функция штатного выключения некоторого «железа» компьютера. Так, жесткому диску нужно время, чтобы правильно «припарковать» головку. Если питание исчезло раньше, это чревато поломкой недешевого устройства.
В связи с переходом на SSD эта проблема стремительно остается в прошлом, тем не менее, штатное завершение работы всегда лучше нештатного.
Другая проблема – корректное завершение работы операционной системы. При внезапном отключении могут не только не сохраниться данные, но и повредиться системные файлы. Это может привести к необходимости переустановки ОС.
Применение UPS не принципиально для работы с компьютером, особенно если питающая сеть надежна. Но одно-единственное исчезновение напряжения в неподходящий момент может привести к неприятным последствиям, поэтому лучше подстраховаться заранее.