Схемотехника и ремонт бесперебойного блока питания
Внезапные отключения электроэнергии — не такое уж частое явление, но случаются они, обычно, в тот момент, когда долго вводимые перед этим данные не успели сохранить. Исключить такие ситуации призвано использование UPS (Uninterruptible Power Supply, он же ИБП – Источник Бесперебойного Питания), оберегающего компьютер от потери данных при исчезновении внешнего электроснабжения. Эти в целом надежные приборы иногда выходят из строя, а отремонтировать во многих случаях их можно самостоятельно.
Таблица неисправностей и возможных причин поломки
Здесь и далее рассматриваются локальные UPS – предназначенные для питания одиночных ПК с периферией. Такие устройства применяются в офисах, их мощность не превышает 10 ватт.
Самые простые ситуации можно разрешить, не обладая специальными знаниями и навыками и не разбирая ИБП. Эти случаи сведены в таблицу.
| Видимое проявление проблемы | Возможная причина | Способ устранения |
|---|---|---|
| UPS не включается или работает только от аккумулятора | Неисправен сетевой шнур | Заменить сетевой шнур |
| Перегорел плавкий предохранитель или сработало устройство защиты. | Заменить предохранитель или взвести защитное устройство. | |
| Отсутствует или неисправна батарея | Установить исправную АКБ | |
| При исправной батарее горит сигнал низкого уровня заряда | Сбилась калибровка зарядного контроллера | Восстановить калибровку с помощью ПО от производителя |
| Нет питания нагрузки при исчезновении напряжения сети (аккумулятор исправен) | Сбой программного обеспечения | Сбросить контроллер кнопкой «Сброс» (если есть) или перепрошить программу |
| Не заряжается АКБ | Сбой программного обеспечения | Сбросить контроллер кнопкой «Сброс» или перепрошить программу |
| ИБП отключается, горит значок перегрузки | Излишняя нагрузка | Уменьшить мощность нагрузки или количество потребителей |
Не все УПС управляются программно. Недорогие модели собраны на дискретных элементах и микросхемах небольшой степени интеграции. Советы по перезагрузке, перепрошивке или настройке ПО к ним не относятся. Также надо учитывать, что одни и те же неисправности могут быть как при сбое работы ПО, так и при проблемах с «железом», поэтому сброс или перепрошивка – сродни первой медицинской помощи. Может помочь, а может не помочь. В этом случае понадобится глубокая диагностика и ремонт аппаратной части.
Кнопка взвода устройства защиты сети UPS APC.
Основные виды схем применяемых в ИБП
Если предварительное тестирование проведено, то можно попытаться провести более глубокую диагностику. Даже обладая специальными знаниями, полезным будет изучить общие принципы работы ИБП и принципиальные схемы конкретных приборов.
Для резервирования питания офисной техники применяются несколько типов бесперебойников, различающихся своей схемотехникой. Первый тип – Offline .
Структурная схема ИБП Offline.
Как и у всех УПС, в схеме имеется сетевой фильтр, зарядное устройство и батарея, которая питает преобразователь (инвертор) постоянного напряжения в переменное. В нормальном режиме выход преобразователя к нагрузке не подключен. При исчезновении питающей сети происходит переключение потребителей на питание от инвертора. Основной минус такого подхода – на переключение требуется время. Оно минимально для человеческого восприятия, но для техники может быть слишком большим. Некоторые устройства могут за это время отключиться или потерять данные. Зато эти бесперебойники простые, дешевые, надежные и ремонтопригодные.
ИБП, построенные по схеме Line interactive , работают по сходному принципу, но у них на входе установлен стабилизатор сетевого напряжения. Он построен по принципу переключения отводов первичной обмотки трансформатора. Поэтому при изменениях параметров сети потребители питаются стабильным напряжением, и переключение в автономный режим происходит только тогда, когда входной стабилизатор не может справиться. То есть, гораздо реже.
Работа UPS типа Line interactive в нормальном режиме и в режиме резервирования.
Самым дорогим, но и оптимальным способом построения резервного источника считается On-line . В этом случае батарея постоянно подзаряжается сетевым напряжением (буферный режим), а потребители постоянно питаются от инвертора стабилизированным напряжением. При исчезновении питания от сети не происходит переключения, бестоковая пауза отсутствует. Такие приборы эффективны, но дороговаты.
Блок-схема устройства On-line.
Алгоритм ремонта источника бесперебойного питания
Если есть подозрения на выход из строя (потерю емкости) аккумулятора, проверить его можно без разборки прибора. Для этого надо подержать UPS включенным в сеть 220 вольт до заведомо полной зарядки АКБ. Потом к разъему для нагрузки надо подключить лампы накаливания соответствующей мощности (для источника с выходной мощностью 600 ватт потребуется 10 стоваттных ламп) и дождаться появления сигнализации разряда батареи (Low battery level).
Светодиодные лампы непригодны для тестирования в таком режиме. Их потребляемая мощность недостаточна, разрядная батарея будет состоять из нерационально большого количества элементов.
Если время полного разряда существенно меньше заявленного в технической документации, значит, пришло время задуматься о скорой замене батареи. Если емкость снизилась до уровня, при котором время резервирования стало неприемлемым, менять аккумулятор придется срочно.
Если предварительные методы диагностики и ремонта результата не дали, можно разобрать UPS и попытаться протестировать более глубоко. Прежде надо здраво оценить свою квалификацию – если она недостаточна, возможно, поход в сервисный центр обойдется дешевле и быстрее.
Если решение починить прибор самостоятельно принято, надо изучить конструкцию корпуса бесперебойника. Некоторые приборы помещены в пластиковый кейс, скрепленный винтами.
Перед началом разборки отключить прибор от питающей сети 220 вольт, отключив сетевой шнур от розетки и от источника бесперебойного питания.
Чтобы снять крышку, надо перевернуть УПС и снизу отвернуть четыре винта (самореза). В некоторых устройствах крышка крепится на защелках, которые надо аккуратно оттянуть.
Винты крепления верхней панели.
Компоновка обычна для большинства недорогих UPS:
- в верхнем отсеке находится плата с электроникой, на стенку выведены разъемы для слаботочных цепей;
- в нижнем – аккумулятор, силовой трансформатор, на стенку выведены силовые разъемы.
Если тест аккумулятора не проведен до разборки, его можно произвести сейчас, но понадобится набор лампочек на 12 вольт. Надо полностью зарядить АКБ и подключить к нему нагрузку из ламп. Контролируя напряжение на выходе, надо зафиксировать время разряда до 10,5 вольт. Емкость при этом вычисляется по формуле:
- С – фактическая емкость в ампер-часах;
- P — мощность лампы, Вт;
- 12 – напряжение АКБ, вольт;
- t – время разряда, часов.
Еще лучше замерить ток разряда и подставить его в формулу вместо множителя P/12 в амперах. Решение о замене батареи принимается по тем же критериям, что и при тестировании без разборки.
Надо помнить, что некоторые ИБП вообще не включаются при отсутствии или серьезной неисправности аккумулятора. Поэтому поиск проблемы рекомендуется начать с тестирования АКБ.
Тестирование АКБ под нагрузкой из ламп на 12 вольт.
Компоновка аппарата APC Back Up 500 выполнена по-другому. Для аккумулятора предусмотрен отдельный отсек, добраться до него можно без разборки, просто отжав защелку крышки.
Отсек АКБ.
Входная силовая часть (фильтр и силовой трансформатор) расположены в другом отсеке.
Снятие задней крышки.
Чтобы до него добраться, надо вывинтить два самореза. Откроется ниша с элементами силовой цепи.
Расположение входных цепей и силового трансформатора.
Чтобы добраться до платы с электроникой, надо отжать защелки передней панели.
Снятие передней панели APC 500.
В приборах других производителей порядок разборки и расположение основных элементов может отличаться. На основании приведенных примеров разобраться не составит труда.
Диагностику прибора начинают с визуального осмотра. Так можно обнаружить:
- отпаявшиеся провода;
- вздувшиеся оксидные конденсаторы;
- отгоревшие дорожки;
- трещины;
- обгоревшие компоненты.
Если элемент обгорел, это не говорит однозначно о нем, как о виновнике неисправности. Проблема может быть в другом компоненте. Но уже так можно локализовать неисправность на участке схемы.
Если невооруженным глазом обнаружить проблему не удалось, надо анализировать схему. Пошаговую инструкцию в этом случае дать невозможно – схемы разнообразны, а потенциальные неисправности еще разнообразнее. Но общий принцип поиска проблемы разобрать вполне реально. Это будет сделано на примере UPS N-Power SVP-625 – в ней применены стандартизированные решения без особенностей. Схема ИБП построена под управлением микроконтроллера MDT10P73.
Блок-схема UPS N-Power SVP-625.
Рассматривая структурную схему, легко понять, что этот прибор относится к классу Line active. Сетевое напряжение, пройдя через фильтр, поступает на силовую высоковольтную обмотку, которая служит для входа и для выхода – в зависимости от режима. Схема AVR (автоматическая регулировка напряжения) в зависимости от уровня на входе, может подключить дополнительно к основной обмотке (синий и черный провода) регулировочную – провода белый и синий. В зависимости от входного уровня, дополнительная секция подключается к основной то в фазе, то в противофазе, добавляя или уменьшая напряжение на выходе. Коммутация осуществляется с помощью реле RY2 и RY3 (обозначения по принципиальной схеме). Реле RY1 замыкает вход и выход в нормальном режиме работы, при его размыкании потребители запитываются от аккумулятора через инвертор.
Зарядное устройство, построенное по принципу линейного стабилизатора, питается от дополнительной обмотки, от нее же питается схема формирования dead time (клампирование) – она нужна, чтобы исключить сквозной ток через транзисторы инвертора.
Выходное напряжение и нулевой уровень dead time.
Инвертор построен по пушпульной схеме. Ключами служат полевые транзисторы.
Диагностику надо начать с проверки предохранителей FUSE1 и FUSE2. Чаще всего они перегорают из-за выхода из строя транзисторов инвертора Q4..Q7. Обнаружив неисправность плавких вставок надо сразу протестировать и полевые транзисторы .
Дальнейшую диагностику лучше проводить исходя из внешних признаков неисправности. Если при включении ИБП не подает признаков работы (не слышен легкий гул трансформатора, не горят индикаторы) и предохранители исправны, проверяется:
- наличие переменного напряжения на входе (контакты 3 и 4 клеммника CN1);
- при его отсутствии проверяется сетевой шнур и его соединения;
- если напряжение присутствует, проверяется наличие выходного напряжения на клеvмнике CN2 (контакты 1,2);
- если его нет, проверяется исправность контактных групп реле RY1, RY2, RY3 и элементов входного фильтра CX1, MOV1, CY1, Cy2 и выходного фильтра CX2 и R100.
Если все в порядке, а индикации включения нет (Power), проверяется операционный усилитель U2 и его обвязка.
Если не заряжается заведомо исправная батарея и отсутствует индикация VBAT, проверяется:
- наличие переменного напряжения на клеммнике CN1 контакты 3 и 4;
- при его наличии – исправность диодного моста D5..D8;
- если там все в порядке – наличие постоянного напряжения на входе и выходе микросхемы LM317 (U5);
- при отсутствии напряжения на входе проверяется транзистор Q8 схемы CLAMP;
- при отсутствии напряжения на выходе с большой вероятностью неисправна LM317.
Если не происходит стабилизации напряжение при изменениях в сети, надо проверить исправность реле RY2, RY3 и транзисторных ключей Q11, Q12. Если все в порядке, надо проверить исправность датчика входного напряжения (сигнал HOT, операционный усилитель U2 формирует постоянное напряжение, пропорциональное сетевому). Если все в порядке, есть основания думать, что неисправен микроконтроллер.
При любых подозрениях об исправности контроллера, надо проверить наличие напряжения питания +5 вольт на выводе 20, наличие тактовых импульсов с частотой 20 МГц на выводах 9,10, а также всех входных сигналов, задающих режимы работы.
Если при исчезновении питающей сети напряжение к потребителям не поступает, АКБ и датчик напряжения (тракт HOT-VIN) в порядке, проверяется исправность реле RY1, транзистора Q10 и наличие на затворе ключа сигнала на переключение. Если все в порядке, надо проверять, в порядке ли контроллер. Если переключение происходит, а переключения нет, проверяется:
- Наличие импульсов на затворах пар Q4Q5 и Q6Q7 (линии PSHPL2 и PSPHL1).
- Если их нет, проверяется исправность ключей микросхемы U3.
- Если все в порядке – снова проверяется контроллер.
Также могут быть и другие неисправности — проблемы с датчиком тока, с формированием управляющих сигналов, с питающими напряжениями и многое другое. Все перечислить и предугадать невозможно. Процесс поиска неисправности весьма творческий, и для успеха надо хорошо разобраться в работе схемы.
Найденные компоненты, вышедшие из строя, заменяют. Если это мощные транзисторы, эксплуатирующиеся на радиаторах, их сначала надо установить на теплоотвод на теплопроводящую пасту или упругую подложку, привинтить – а потом припаивать.
Мощные транзисторы на радиаторах в ИБП Powerman 600.
Самая сложная проблема – намоточные детали (дроссели, трансформаторы) . Перемотка «на коленке» в большинстве случаев не дает надлежащего качества, и срок службы будет недолгим. Здесь поможет наличие прибора-«донора», из которого можно взять недостающие детали. Если неисправен микроконтроллер, новый чип придется запрограммировать. Для этого понадобится собственно программа прошивки, а также программатор с соответствующим ПО.
Для наглядности рекомендуем к просмотру тематические видео.
Если неисправен ИБП другого типа, ремонт начинается с поиска принципиальной схемы и ее изучения до полного понимания принципа действия. А данное руководство в этом поможет.
Блок бесперебойного питания: назначение и специфика работы бытового ИБП
Потребуется ремонт или замена платы зарядного устройства ИБП. В этом случае на чувствительных электронных компонентах компьютера возникают импульсные напряжения.
Далее переходим к разработке функциональной схемы ИБП и алгоритма ее работы.
В источниках бесперебойного напряжения используется закрытый гелиевый или кислотный аккумулятор. Не включается. ИБП(UPS) Powercom BNT-400AP. Ремонт платы, замена батареи
Трансформатор СТ2 является датчиком тока нагрузки. SmartUPS оборудован еще и датчиком реактивной составляющей выходного тока.
К примеру, если напряжение сети увеличилось и вышло за допустимый предел, реле RY3 и RY2 подключают дополнительную обмотку W1 последовательно с основной W2. Данная схема ИБП традиционно называется схемой с двойным преобразованием энергии.
Однако, здесь есть две особенности. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до В.
Q3 и Q Как отмечено в [1], Windows при завершении работы компьютера блокирует COM-порт и программа не может управлять 4 ногой порта.
Не включается. Доп. дефект — не заряжается АКБ. ИБП(UPS) CyberPower Value 1500E-B
Схемы ИБП переменного тока
Для бытовых нужд используют устройства для бесперебойного питания, подключаемые к однофазной сети 220 В, которые могут некоторое время при отсутствии электроэнергии питать потребителей, требующих такого же напряжения.
Существуют также ИБП, которые подключены на вход к трехфазной сети, а на выход дают или 380 В или 220 В. Однако они дороги, их используют при необходимости получать автономную мощность от 10 кВ·А, что для бытовых нужд не требуется.
Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования делят на следующие типы:
- резервные (оффлайн);
- интерактивные (линейно-интерактивные);
- двойного преобразования (онлайн).
Они различаются качеством выдаваемого напряжения и ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.
Самая простая в исполнении резервная схема питания предполагает наличие переключающего реле и пассивной фильтрации для подавления помех
Для преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве используют выпрямитель. А обратная трансформация происходит при помощи инвертора.
В бесперебойниках для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле. Если эта деталь качественная, то ее ресурса хватает на все время функционирования ИБП. Но чаще всего, при поломке блока проблема кроется именно в этом элементе конструкции.
Интерактивная схема отличается от резервной наличием стабилизатора напряжения. Он выполнен в виде типичного автотрансформатора с соединенными напрямую обмотками
Стабилизация напряжения присутствует также во многих бытовых устройствах, поэтому если отклонения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель.
Наличие трансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.
Питание инвертора при схеме онлайн происходит на постоянной основе от аккумуляторов. Поэтому при возникновении сбоев в электросети время переключения на резервное питание равно нулю
Самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования имеют к тому же наименьший КПД. Электроэнергия уходит в тепло, которое излучает устройство. Поэтому их использование необходимо обосновать.
Наиболее значимый плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества. Но для большинства бытовой техники это не так важно. Те же компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа.
Итак, ИБП не работает вообще
Первым делом надо вскрыть корпус и внимательно осмотреть печатную плату со стороны деталей и паек. Сгоревшие детали, подлежат, естественно, замене. Особенно внимательно (желательно с лупой) следует осматривать пайки разъемов и выводов элементов, через которые протекает большой ток.
Сильноточные детали – это, прежде всего, транзисторы инвертора. Чаще всего в инверторах применяются мощные полевые транзисторы (ПТ), сопротивление открытого канала которых составляет величину в сотые и тысячные доли Ома.
Это очень небольшое сопротивление, но через транзисторы могут протекать токи в десятки ампер. Поэтому они установлены на радиаторах (или на одном общем радиаторе).
Если транзистор (или другая деталь) сильно греется, то маркировка, выполненная чаще всего белой краской, темнеет. При этом темнеет и припой в месте пайки. Если деталь вплотную прилегает к плате, то в месте соприкосновения потемнеет и сама плата.
Иногда вокруг выводов сильноточных деталей возникают характерные кольцеобразные трещины. Контакт в таких местах между выводом и печатной платой обладает повышенным сопротивлением, что приводит к еще большему нагреву.
Все плохие и подозрительные пайки следует тщательно пропаять!
Наиболее важные параметры
Сейчас на рынке много предложений по продаже бытовых источников бесперебойного питания. Чтобы правильно определить их предназначение и не ошибиться с выбором, нужно понимать на какие параметры следует обратить внимание в первую очередь.
Основные технические характеристики
Выходная мощность прибора определяет максимально допустимое значение, которое блок сможет гарантированно выдать потребителю. Ее измеряют в вольт-амперах (В·А). Для удобства пользователей часто приводят это значение и в ваттах.
Для измерения нагрузки приборов можно или воспользоваться амперметром или высчитать ее, применив показания установленного в квартире счетчика.
Измерить потребляемую электроэнергию можно с помощью бытового амперметра (ваттметра) с розеткой. Подключаемый прибор нужно перевести в режим максимального потребления
При определении реальной мощности компьютера не следует руководствоваться номиналом блока питания, так как его всегда покупают с запасом.
Если нет амперметра, то нужно выполнить следующие действия:
- Отключить все цепи в щитке, кроме той, от которой запитан компьютер.
- Отключить все приборы в этой цепи.
- Включить компьютер и запустить на нем типичную для него программу (например, ролик с YouTube).
- Дождаться, когда на счетчике произойдет изменение значения десятой доли киловатта.
- Засечь время до следующего изменения.
Среднюю мощность потребления (P, ватт) за этот период (t, минут) можно высчитать по формуле:
P = 100 * (60 / t)
Следующая важная характеристика – период автономной работы. Этот показатель зависит от нагрузки, которую в этот момент испытывает ИБП. На максимально допустимой мощности аккумуляторы бытового устройства работают 1-3 минуты. А на половинной – гораздо дольше (до 10 минут).
По графику зависимости времени автономной работы аккумуляторов от средней нагрузки видно, что эта зависимость нелинейная. Это обусловлено способом разрядки батарей
Отсюда следует два вывода:
- при отключении электроэнергии, необходимо максимально снизить потребляемую приборами нагрузку;
- желательно приобретать ИБП с мощностью, которая превышает расчетную хотя бы на 30%.
Диапазон входного напряжения показывает минимально и максимально допустимый вольтаж сети, при котором не произойдет переключение питания на аккумуляторы. Как правило, все ИБП выдерживают интервал в 180-260 В.
У некоторых производителей можно встретить очень хорошие (рекламные) показатели, например, нижнее значение – 110 В. Тут нужно убедиться, что эти цифры взяты именно для максимальной нагрузки, а не для половинной.
Еще один важный технический показатель – уровень шума. ИБП, выполненные по линейно-интерактивной или онлайн технологии выделяют много тепла, поэтому производители устанавливают на них вентиляторы. Если кулеры дешевые, то со временем они будут издавать гул, что для жилого помещения нежелательно.
Интерфейс и выполнение настройки
Внешний вид блоков может быть самым разнообразным. Обычно они имеют классическую прямоугольную форму, где на лицевой стороне находятся индикаторы или дисплей, а на тыльной – силовые разъемы. Их количество не так важно, так как на выходе можно подключить удлинитель с тройником. Это никак не будет противоречить концепции ИБП.
Модель может иметь жк-дисплей, на котором будет отображена ситуация со снабжением подключенных приборов: наличие питания, количество потребителей, заряд аккумулятора и т.д.
Система индикации удешевляет стоимость оборудования. Кроме того, она более практична. Если необходимо узнать какие-либо параметры, то у многих моделей реализована функция подключения к компьютеру
Чтобы узнать параметры электроснабжения, состояние аккумуляторов ИБП и как он работает, можно подключить его к компьютеру. Для многих моделей реализована эта функция и разработано программное обеспечение.
Существует три основных вида интерфейса:
- USB. Наиболее распространенное соединение компьютера и ИБП.
- RS-232 (COM-порт). Редко присутствует в бытовых моделях.
- Ethernet 10/100. Его применяют для удаленного управления бесперебойником.
Программное обеспечение для получения характеристик с ИБП и его управления разработано не только под различные версии Windows. Так, например, у известного производителя Powercom есть Android-версия ПО, позволяющая удаленно следить за состоянием питания и при необходимости корректировать работу бесперебойника.
Программное обеспечение позволяет отслеживать основные характеристики электросети, такие как входной и выходной вольтаж, частоту. Также можно узнать заряд аккумуляторов и температуру устройства
Размещают бесперебойники в непосредственной близости от защищаемых потребителей электроэнергии. Обычно их ставят на пол или на полки. Некоторые модели оснащены крепежами, позволяющими монтировать их на стены.
Устраняем неисправности
Итак, мы разобрали прибор, можно заняться ремонтом. Ремонтировать будем оба, но начнем с OFF-LINE, как с более простого и популярного.
Back-UPS
Прежде всего необходимо проверить основные параметры и при необходимости их отрегулировать. Вот они:
- Частота выходного напряжения. Подключаем к выходу ИБП частотомер или осциллограф. Подстроечным резистором VR4 устанавливаем частоту 50 Гц.
- Величина выходного напряжения. Включаем ИБП в режим работы от АКБ, вместо нагрузки подключаем вольтметр. При помощи подстроечного резистора VR3 устанавливаем напряжение 208 В.
- Пороговое напряжение. Переводим переключатели 2 и 3 на задней стенке в положение OFF. Включаем ИБП в сеть через ЛАТР. Устанавливаем на ЛАТРе напряжение 196 В. Поворачиваем движок резистора VR2 до упора против часовой стрелки. Медленно поворачиваем движок по часовой стрелке до тех пор, пока ИБП не переключится на питание от аккумулятора.
- Напряжение заряда. Убедимся, что сетевое напряжение в норме. Отключаем АКБ, вместо нее подключаем вольтметр. Подстроечным резистором VR1 устанавливаем напряжение 13.6 В.
Ну а теперь рассмотрим наиболее часто встречающиеся неисправности источников бесперебойного питания типа OFF-LINE, которые можно устранить самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов.
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Позиционные обозначения деталей указаны согласно одноименным схемам, расположенным выше. Они могут быть расположены на разных каскадах схем, будьте внимательны, анализируйте все схемы и ищите расположение элементов.
| Поведение ИБП | Возможная причина | Действия |
| ИБП не работает, пахнет дымом | Неисправен входной фильтр | Проверить варисторы MOV2, MOV5, L1, L2, С38, С40, а также дорожки печатной платы, соединяющие их |
| ИБП не включается | Сработал прерыватель цепи по перегрузке | Отключить часть потребителей, включить сработавший прерыватель, нажав на кнопку, расположенную на задней стенке |
| АКБ неисправна | Отключить АКБ, замерить напряжение на ней, при необходимости заменить | |
| Неисправность инвертора | Прозвонить транзисторы Q1-Q6, Q37, Q36, резисторы R1-R3, R6-R8, R147, R148, диоды D36-D38, D41 и транзисторы Q30, Q31. Проверить предохранители F1 и F2 | |
| Заменить микросхему IC2 | ||
| При включении ИБП отключается нагрузка | Неисправность Т1 | Прозвонить трансформатор Т1. Осмотреть дорожки на плате, ведущие от Т1. Проверить предохранитель F3 |
| Напряжение в сети есть, но нагрузка питается от аккумуляторов | Сетевое напряжение слишком низкое | Замерить напряжение в сети. Изменить границу срабатывания при помощи переключателей, расположенных на задней стенке устройства |
| ИБП включается, но не питает нагрузку | Неисправно реле RY1 или питающих его узлов | Прозвонить RY1 и транзистор Q10. Проверить исправность IC4 и IC3, замерить напряжения на их выходах |
| Осмотреть дорожки на плате, отвечающие за реле | ||
| ИБП жужжит и/или отключает нагрузку. | Неисправен инвертор | См. «Неисправность инвертора» |
| Время резервного питания ниже ожидаемого | Аккумуляторные батареи были недозаряжены или не держат емкость | Замерить напряжение на отключенной АКБ, при необходимости зарядить. Проверить емкость АКБ, подключив к нему нагрузку известной мощности. К примеру, автомобильную лампу дальнего света. |
| Слишком велика нагрузка | Отключить потребители, которые могут обойтись без резервного питания (принтер, дополнительный монитор, и т. д.). | |
| При включении слышен непрерывный звуковой сигнал | АКБ сильно разряжена или неисправна | Замерить напряжение на отключенной АКБ, при необходимости зарядить.Проверить емкость АКБ, подключив к нему нагрузку известной мощности. К примеру, автомобильную лампу дальнего света. |
| АКБ не заряжается или заряжается не полностью | Неисправен диод D8 | Прозвонить D8. |
| Напряжение заряда ниже нормы | Откалибровать напряжение заряда аккумулятора подстройкой резистора VR1 |
Качество выдаваемого тока
Бесперебойные источники питания должны выдавать ток надлежащего качества. При работе от батарей за это отвечает инвертор, а в случае питания от сети, проблемные моменты должны сглаживать фильтры и стабилизатор. Возникающие в электрической цепи помехи имеют разный генезис и последствия для электроники. Поэтому в этом вопросе тоже нужно тщательно разобраться.
Сетевые помехи и защита
Все современные ИБП оснащены защитой от проблем, связанных со стороны обслуживаемых приборов. Если суммарная нагрузка будет превышать максимально допустимую или произойдет короткое замыкание, то бесперебойник сразу отключит питание.
Помехи в сети можно условно разделить на частотные и импульсные. Первые не так опасны, особенно для блоков питания компьютеров или телевизоров, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Вторые могут вызвать проблему у любой электроники.
Поэтому большинство ИБП оснащены защитой от импульсов и гармоник с помощью варисторов и высокочастотных фильтров.
Удаление помех на линии происходит в два этапа. Сначала варисторы отсекают высокочастотные импульсы, а затем фильтр сглаживает мелкие скачки
Проблема появления высоковольтных импульсов характерна не только для силовых кабелей, но и для сетей передачи данных – компьютерных или телефонных. Они могут возникнуть по причине воздействия атмосферного электричества, пробоев рядом расположенной проводки, возникающих электрических наводок и других причин.
Многие производители выпускают модели с возможностью защиты локальной сети. Для этого у ИБП есть два разъема RJ-45 – один на вход и один на выход. Сигнал проходит через фильтр, который подавляет всплески напряжения. Для телефонных линий система такая же, только разъемы имеют формат RJ-11.
Низкое и высокое напряжение
Регулировка вольтажа происходит с помощью автоматического регулятора напряжения (AVR), основным элементом которого служит автотрансформатор. Принцип его функционирования опирается на изменении количества витков одной из обмоток, в результате чего происходит изменение напряжения в сторону увеличения или уменьшения его значения.
Наличие AVR в ИБП позволяет не включать каждый раз автономный режим при незначительном отклонении напряжения от нормативных показателей. Это значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.
Профессиональные мультиметры, такие как CEM DT 9909, способны в течение длительного времени записывать значение напряжения. Применение такого прибора может помочь в выборе стабилизатора или ИБП
Согласно ГОСТ 29322-2014 допустимо 10-и процентное отклонение напряжения от эталонного значения на время не более чем 1 час. Все современные ИБП с регуляторами справляются с такими колебаниями.
Чистота выходящего сигнала
От модели инвертора, которая установлена в бесперебойник, зависит тип выходного сигнала. В идеале, кривой напряжения переменного тока должна быть синусоида. Но после преобразования через инвертор она принимает ступенчатый вид.
Чем больше количество ступенек в кривой зависимости мгновенного напряжения от времени, тем лучше качество переменного тока. Для некоторых устройств это важно
Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида.
Ни один инвертор, а значит, и ИБП не выдает чистую синусоиду, чтобы не писали в рекламных брошюрах производители оборудования. Приближение выходящего сигнала к синусоиде оценивают через коэффициент нелинейных искажений (THD).
Выходящий от блока сигнал можно считать синусоидальным при THD<5%. У некоторых моделей, например IMV NetPro 2000, этот показатель равен всего 2%.
Типовые схемы источников бесперебойного питания
Прежде чем попытаться отремонтировать отказавшее устройство, взглянем на электрические схемы ИБП двух типов: Line-Interactive и On-Line.
Smart-UPS Line-Interactive
Схема этого источника бесперебойного питания, использующего технологию Line-Interactive, довольно сложна, но мы попытаемся хотя бы приблизительно разобраться в принципе ее работы. Начнем со структурной схемы.
Структурная схема ИБП Smart-UPS
Напряжение питания проходит через сетевой фильтр. Если характеристики этого напряжения в норме, то реле RY1-RY5 включены, нагрузка питается от сети. Реле RY2 и RY3 совместно с трансформатором исполняют роль стабилизатора напряжения. При необходимости обмотка W1 подключается последовательно к W2. В прямом включении выходное напряжение снижается, в инверсном – повышается.
Таким образом, мы получаем трехступенчатый стабилизатор напряжения. Как только сетевое напряжение пропадет, отключатся реле RY2-RY5. При этом запускается инвертор, и нагрузка начинает получать питание от аккумуляторов. Теперь перейдем непосредственно к принципиальной схеме ИБП.
Принципиальная электрическая схема модуля входных цепей (кликните для увеличения)
За фильтрацию сетевого напряжения отвечают дроссель L1, варисторы MV1, MV3, MV4 и конденсаторы С14-С16. Трансформаторы CT1 отвечает за анализ высокочастотной помехи, CT2 контролирует ток нагрузки. Сигналы с этих трансформаторов поступают на ЦАП IC10 (схема модуля процессора).
Трансформаторы Т1 и Т2 являются датчиками входного и выходного напряжений соответственно. Сигнал T1 поступает на компаратор IC7. Реле RY3 и RY2 управляются транзисторами Q43 и Q49, получающими команды от процессора IC1.
В модели Smart-UPS используется микропроцессор S87C654 (IC12). Он является сердцем устройства и управляет практически всеми узлами, получая соответствующие сигналы с тех или иных датчиков. Управляющая программа для него хранится в электрически перепрограммируемом ПЗУ IC13. ЦАП IC15 формирует эталонную опорную синусоиду.
Формирование управляющего сигнала доверено IC14 и IC17. Мощный мостовой инвертор собран на полевых транзисторах Q9-Q14, Q19-Q24. Во время положительной полуволны управляющего сигнала открыты Q12-Q14 и Q22-Q24, a Q19-Q21 и Q9-Q11 закрыты. Во время отрицательной открыты Q19-Q21 и Q9-Q11, a Q12-Q14 и Q22-Q24 закрыты. Управляют ключами транзисторы Q27-Q30, Q32, Q33, Q35, Q36.
В качестве нагрузки ключей используется мощный трансформатор, подключаемый к точкам W5 (желтый) и W6 (черный). На схеме он не показан. В результате работы ключей на выходной обмотке трансформатора формируется выходное синусоидальное напряжение 230 В частотой 50 Гц. Зарядка батареи при питании от сети осуществляется теми же мощными ключами инвертора, работающими в «обратном» режиме.
Back-UPS
Этот источник бесперебойного питания, работающий в режиме OFF-LINE, не имеет процессора, и все управляющие сигналы формируются компараторами. Рассмотрим его структурную схему.
Сетевое напряжение через прерыватель по перегрузке поступает на фильтр. Прерыватель расположен на задней стенке прибора. Если возникла перегрузка, он срабатывает и его кнопка «выскакивает». Чтобы запустить ИБП после перегрузки, кнопку нужно вернуть в исходное положение, просто нажав на нее рукой.
При нормальном сетевом напряжении реле RY1 включено, его контакты 3 и 5 замкнуты. Нагрузка питается от сети через фильтр помех. Зарядное устройство в таком режиме заряжает аккумуляторную батарею. Если напряжение исчезает, ниже нормы или сильно зашумлено помехами, замыкаются контакты 3 и 4 реле RY1, и нагрузка получает питание от АКБ через инвертор. Время переключения на инвертор и обратно составляет 4-6 мс.
Важно! Форма выходного сигнала у инверторов этого типа прямоугольная разнополярная с частотой 50 Гц. Длительность импульсов – 5 мс, амплитуда – 300 В. При этом эффективное напряжение составляет 225 В.
Роль сетевого фильтра исполняют дроссели L1 и L2, варисторы MOV2 и 5MOV, конденсаторы С38 и С40. Трансформатор T1 (см. схему управления) является датчиком входного напряжения и одновременно источником питания для зарядки АКБ. Если напряжение на входе пропадает, то микросхемы IC3 и IC4 формируют команду включения инвертора, которая усиливается ключом IC6 (сигнал лог. «1», поступающий на выводы 1 и 13 IC2).
Элементы R55, R122, R123 совместно с DIP-переключателем SW1 определяют порог входного напряжения, ниже которого запускается инвертор, и нагрузка переключается на питание от батареи. Тонкую настройку нижнего порога можно настроить резистором VR2.
Микросхема IC7 отвечает за формирование управляющих импульсов. Эти импульсы подаются на мощные ключи Q4-Q6, Q36 (первое плечо) и Q1-Q3, Q37 (второе плечо). Ключи нагружены на трансформатор (на схеме не показан), на вторичной обмотке которого формируется импульсное разнополярное напряжение величиной 225 В частотой 50 Гц. Длительность импульсов можно регулировать резистором VR3, а частоту — резистором VR4 (схема управления).
На элементах IC3, IC6 собран узел синхронизации включения инвертора с напряжением сети. IC5, IC2, IC3 включают звуковой сигнал, информирующий о переходе на питание от батареи. При этом короткие звуковые сигналы информируют о работе от батареи, а непрерывный — о том, что энергии АКБ хватит еще на 5 мин. (SW1 разомкнут) или на 2 мин. (SW1 замкнут). Этот переключатель расположен на схеме управления.
Правила использования ИБП
Приобретая бесперебойник для организации резервного питания, необходимо понимать, совместно с какими приборами его можно использовать. Иногда обойтись только ИБП невозможно и тогда нужно принимать дополнительные меры по обеспечению дома электричеством.
Подключение бытовых приборов
Компьютеры, модемы, роутеры, видео- и аудиоаппаратура – типичные домашние или офисные приборы, к которым подключают бесперебойники. Если эта техника содержит обыкновенные импульсные блоки питания, то достаточно будет приобрести относительно дешевые модели, которые не выдают чистую синусоиду.
Современные модели компактны и имеют привлекательный дизайн, который гармонично вписывается совместно с другой техникой в интерьер жилой комнаты
Для освещения также не нужно приобретать дорогие изделия. Здесь главное правильно рассчитать максимальную мощность и время автономной работы.
При частых отключениях актуальна проблема незапланированной разморозки холодильников и порчи продуктов питания. При защите такого оборудования с асинхронными двигателями понадобятся ИБП более сложного устройства, так как потребуется “чистый” синусоидальный сигнал.
Кроме того, необходимо учесть наличие стартовых токов, возникающих при пуске двигателя. Упрощенно для холодильного оборудования их величину можно определить, умножив значение мощности на 5.
Если, например, на кухне есть холодильник с полной мощностью 300 Вт (при запуске – 1500 Вт) и морозильная камера на 200 Вт (при запуске – 1000 Вт), то нужен блок питания с чистой синусоидой и максимальной мощностью не менее 1700 Вт. Это значение получено на случай, когда будет работать морозильник, а в это время произойдет включение холодильника. Одновременный пуск обоих моторов маловероятен, да и такой ИБП выдержит односекундный всплеск в 2,7 кВт.
Блок онлайн типа с максимальной мощностью 2000 Вт сможет проработать около получаса при суммарном потреблении 500 Вт. Так как режим охлаждения занимает около 5 минут, то бесперебойника гарантированно хватит на 6 запусков обоих устройств.
В частных домах и коттеджах также актуально использование ИБП для поддержки системы отопления с принудительной циркуляцией. Насосам тоже необходим чистый синус
Бесперебойники также активно используют для работы газовых отопительных котлов. Учитывая стоимость подключаемого оборудования, экономить на качестве ИБП в этом случае не следует.
Резервное и дополнительное электропитание
Для многих бытовых приборов невозможно подобрать недорогой ИБП, так как будет необходима значительная максимальная мощность при длительном периоде автономной работы. Стиральные машины, электрические духовки, системы распределенного кондиционирования потребляют много электричества.
Можно, конечно, обойтись без этих устройств на время отключения электроэнергии. Это целесообразно в том случае, если такие перебои происходят редко и на короткое время. Но если все же будет принято решение по обеспечению мощных потребителей автономным питанием, то лучше использовать бензиновый или дизельный генератор. Для их быстрого запуска при отсутствии напряжения используют систему автоматического ввода резерва (АВР).
При наличии дополнительного источника питания, ИБП все же стоит использовать, хотя бы для компьютеров. Мгновенного запуска генератора и восстановления электроснабжения добиться невозможно.
Стабилизация пониженного напряжения
Проблема пониженного напряжения актуальна для объектов, подключенных к старым или маломощным электросетям. Если такая ситуация возникает постоянно, то лучше использовать входной стабилизатор.
При наличии стабилизатора, напряжение внутридомовой сети будет приведено к нормативным показателям. Это затронет и приборы, которые не подключены к ИБП
При пониженном напряжении возрастает сила тока, проходящего по внутридомовой сети. Например, пусть общая мощность подключенных к ИБП потребителей будет 1,5 кВт, а подаваемое напряжение равно 190 В.
Тогда по закону Ома:
- I1 = 1500 / 190 = 7,9 A – сила тока в цепи до ИБП без стабилизатора;
- I2 = 1500 / 220 = 6,8 A – сила тока в цепи до ИБП со стабилизатором.
Таким образом, внутридомовая сеть без стабилизатора будет испытывать повышенную нагрузку, что могло быть не учтено при выборе сечения проводки.
Поэтому при постоянном пониженном напряжении лучше установить стабилизатор. В этом случае и нагрузка на автотрансформатор ИБП будет меньше, что продлит срок его службы. Кроме того, с учетом выравнивания вольтажа, можно приобретать более дешевые бесперебойники.
Как выбрать
Чтобы правильно выбрать ИБП, необходимо обратить внимание на такие его параметры как мощность, тип, количество и емкость батарей, способ подключения приборов к источнику.
Мощность
От этого параметра зависит количество приборов, которые можно подключить к ИБП и их мощности. Для работы типичного персонального компьютера будет мощности в 465VA. Для мощного игрового ПК может понадобиться 700VA решение.
Отдельного внимания заслуживает защита серверных систем. Для этого используются дорогостоящие ИБП Online-типа. Их мощность составляет от 1000VA и выше. Они отличаются высокой производительностью и содержат сложные механизмы для защиты дорогостоящей серверной техники.
Аккумуляторы
Как правило, в ИБП используются кислотно-свинцовые герметичные аккумуляторы. Они дешевы, надежны, могут работать при пониженных температурах. Их основной недостаток – непродолжительный срок службы (при интенсивной эксплуатации: 2 – 3 года). В зависимости от емкости и количества батарей варьируется время автономной работы ИБП.
В ходовых моделях блоков бесперебойного питания применяются 12 В батареи. Емкость у них обычно 9-12 АЧ. Если ее необходимо повысить, можно включить несколько батарей параллельно. Но следует учитывать, что это даст большую нагрузку на систему заряда аккумуляторов, и она может выйти из строя. Поэтому следует хорошо изучить документацию, чтобы выяснить, можно ли присоединить дополнительные батареи.
Тип подключения
Модели ИБП профессионального уровня имеют набор разъемов на обратной стороне корпуса. Они, как правило, монтируются внутри серверного шкафа. Такое расположение разъемов позволяет скрыто проложить силовую проводку, не загромождая свободное пространство.
Бытовые блоки бесперебойного питания снабжаются набором розеток типа F (с заземляющим контактом), которые размещаются на верхней или задней части корпуса. Непосредственно в эти розетки подключается оборудование. Если приборы имеют вилки типа С (без заземляющего контакта) – понадобится переходник.
Уровень шума
Если ИБП мощный, он, как правило, оборудуется шумной системой охлаждения. Это справедливо для профессиональных серверных решений. Вентилятор системы охлаждения в таких моделях работает на высокой скорости для обеспечения эффективного охлаждения электронных узлов. Поэтому такой источник бесперебойного питания может доставлять дискомфорт во время работы, если его разместить рядом с рабочим компьютером.
Бытовые модели ИБП оптимизированы в этом отношении. Некоторые решения обходятся пассивным радиатором с развитой поверхностью или интеллектуальной системой регулировки частоты вращения вентилятора. Поэтому их можно смело размещать рядом с рабочим ПК.
Форма выходного сигнала
Дешевые блоки бесперебойного питания, как правило, выдают сигнал в виде ступенчатой синусоиды, а в некоторых случаях меандр (прямоугольной формы). Для питания техники с импульсным преобразователем это не имеет значения. Но если в качестве нагрузки к ИБП подключаются асинхронные двигатели, низкочастотные трансформаторы – они могут выйти из строя.
Поэтому очень важно определиться, выдает ли ИБП сигнал синусоидальной формы. Для этого необходимо изучить документацию и ориентироваться на цену. Чем дороже блок бесперебойного питания, тем более качественный сигнал будет на его выходе.
Бесперебойное питания потребителей постоянного тока
Для некоторых приборов нужно обеспечить бесперебойное питание постоянным током 12, 24 или 48 В. ИБП такого плана тоже есть в продаже. В их маркировке присутствует аббревиатура “DC”. Блоки с подачей напряжения 60, 110 или 220 В тоже существуют, но их применяют в промышленности или энергетике.
Отличие бесперебойников постоянного тока во внутреннем устройстве от классических моделей заключается в отсутствии инвертора. Аккумуляторы подключают непосредственно к выходу через контактор с токоограничительным измерительным шунтом для предотвращения недопустимо глубокого разряда батарей.
Иногда на выходе может стоять стабилизирующий конвертор, если запитанные от ИБП приборы чувствительны к небольшим колебаниям напряжения.
Совместно с преобразователями напряжения, ИБП постоянного тока на 48 Вт способен питать систему видеонаблюдения с периметром до 1 км
Такие резервные источники питания используют для защиты следующего бытового оборудования, работающего от постоянного тока:
- систем видеонаблюдения и охраны;
- всевозможных датчиков (протечки, дыма, огня, движения и др.);
- систем освещения;
- телекоммуникационных приборов;
- систем связи;
- компонентов системы управления “умный дом”.
Многие ИБП постоянного тока имеют опцию подключения внешних аккумуляторов. В этом случае автономное функционирование обслуживаемых ими приборов может быть очень длительным.
Популярные модели
Mustek PowerMust 848
Источник бесперебойного питания Mustek PowerMust 848 отличается низкой ценой. Он оснащен розетками типа F (с заземляющим контактом). Благодаря демократической стоимости, этот ИБП весьма популярен среди пользователей.
Его технические параметры:
- Нагрузочная способность: 800VA/400 Вт;
- Количество розеток: 6 шт;
- Диапазон входного напряжения при работе от сети: 170 – 270 В;
- Аккумуляторная батарея: встроенная;
- Тип архитектуры: резервный;
- Время работы при полной нагрузке: 20 мин;
- Форма сигнала на выходе: аппроксимированная синусоида;
- Тип используемой батареи: 12В /7;
- Габариты 335 х 170 х 92.5 мм;
- Время заряда батарей: 10 ч;
- Цена: 3 500 руб.
APC Back-UPS ES 700 VA
Cамый популярный ИБП мире. Большое количество розеток позволит подключить все домашние приборы. Устройство снабжено дополнительной защитой для сети Ethernet и телефона. Прилагаемое ПО позволит автоматизировать выключение ПК при пропаже напряжение в сети.
Технические параметры:
- Тип архитектуры: интерактивный;
- Импульсная защита: 310 Дж;
- Выходная мощность: 700VA/405 Вт;
- Форма сигнала на выходе: ступенчатая синусоида;
- Аккумуляторная батарея: встроенная;
- Защита линий передачи данных: сетевой разъем RJ-45, телефонное соединение;
- Вес: 6.9 кг;
- Габариты: 89 х 224 х 311 мм;
- Цена: 8 500 руб.
Powercom BNT-600AP USB
Источник, снабженный автоматической системой регулировки напряжения (AVR). Убережет технику от грозового разряда, высоковольтного импульса в сети. Имеет защиту выходов от короткого замыкания.
Основные технические параметры:
- Аккумуляторная батарея: встроенная;
- Импульсная защита: 460 Дж;
- Форма сигнала на выходе: ступенчатая синусоида;
- Диапазон входного напряжения: 220 В ± 25%;
- Тип архитектуры: интерактивный;
- Время работы при полной нагрузке: 5-10 мин;
- Выходная мощность: 600VA/360 Вт;
- Тип батареи: герметичный свинцово-кислотный аккумулятор;
- Количество розеток: 2.
Нюансы использования бесперебойника
Перед тем, как подключить бесперебойник, нужно проверить его работоспособность. Если световой индикатор не загорается зеленым — значит, ему недостаточно напряжения. В такой ситуации ПК не рекомендуется включать через ИБП. Устройство включится, начнет загружать систему. Однако бесперебойник не работает, и энергия поступает от аккумулятора – он быстро сядет и компьютер выключится.
Из-за нестабильности напряжения ПК перезагружается. ИБП помогает избежать этого, сохраняя напряжение на одном уровне. Однако, если сеть часто «прыгает», то батарея прибора быстро выйдет из строя. Эту проблему никак не решить — бесперебойник для того и придуман, чтобы брать весь удар на себя.
Подключение к компьютеру
Как подключить бесперебойник к компьютеру? Чтобы подключить ИБП к сети необходимо воспользоваться питающим кабелем, идущим в комплекте. После подключения начнётся зарядка аккумуляторной батареи. При подключении оборудования необходимо выключить ИБП и компьютер. Подключение бесперебойника к компьютеру обязательно должно производиться после отключения ИБП и всех компонентов в схеме. Затем остаётся подключить компьютер в соответствующее гнездо. Кроме компьютера к ИБП можно подключить и периферию. Если конструкцией предусмотрена возможность линий связи, то их тоже следует подключить сразу.
Стоит помнить, что выходные разъёмы не равноценны, поэтому подключение ИБП к компьютеру стоит производить с учётом этого. Например, у модели Eaton 9130 они разделены на 2 группы. К первой подключается важная нагрузка, которая обеспечивает оборудование питанием при отключении энергии. Ко второй группе подключается некритичная нагрузка, например, устройства вывода звука. Питание нагрузки, относящееся к первой группе, будет в приоритете.
ИБП Eaton 9130 вид сзади
Теперь вы знаете как правильно подключить бесперебойник к компьютеру, но есть ещё один нюанс, который необходимо учитывать. Порядок включения несколько изменится, когда в схеме подключения компьютера к сети появится ИБП. Всякий раз при включении компьютера сначала будет необходимо включить ИБП, в противном случае акб быстро износятся.
Как подключить монитор к бесперебойнику? Эта процедура ничем не отличается от подключения компьютера. Если ваш монитор имеет отдельный блок питания, то его необходимо подсоединить к ИБП с помощью подходящего кабеля. Установить и правильно подключить бесперебойник подобного типа очень просто.Подключение ИБП к любой другой офисной технике осуществляется по аналогичной схеме.
С чего начать
Перед тем как начать подключение бесперебойника, необходимо проверить аккумуляторную батарею. По правилам перевозки источники бесперебойного питания перевозятся с отключённым аккумулятором, что исключает возможность самопроизвольного включения. Чтобы подключить батарею, необходимо открыть отсек, в котором хранится акб. Там вы сможете увидеть два разъёма, которые необходимо соединить друг с другом.
Начинать подсоединение бесперебойника всегда стоит с подключения нагрузки. Как правило, выходные разъёмы расположены на задней панели ИБП. Количество выходных разъёмов и их тип могут быть разными. По этой причине вам необходимо иметь в соответствующем количестве необходимые кабели для подключения.
Что можно подключить к бесперебойнику? К ИБП можно подключать любую технику за исключением нагрузки с высокой мощностью. К таковой относятся многофункциональные устройства, электрочайники, микроволновки, пылесосы, лазерные принтеры и тому подобная техника. Если вы используете мфу или принтер, то схема подключения ИБП к сети должна включать сетевой фильтр, к которому подключается ИБП и мощные потребители нагрузки.
Последовательное подключение ИБП
Изучая вопрос подключения бесперебойника к домашней сети, можно встретить и довольно интересные решения. К таковым относится последовательное подключение нескольких бесперебойников. Подключение бесперебойника к бесперебойнику можно использовать для повышения автономности. Однако, стоит иметь в виду, что апроксимированный сигнал на выходе ИБП при питании от батареи будет расцениваться другим бесперебойником как некачественное питание. Поэтому ИБП разрядятся практически за одно и тоже время. К таковым относятся ИБП резервного типа и большинство линейно-интерактивных ИБП.
Стоит заметить, что последовательное подключение ИБП выше названных топологий не повышает уровень защиты. При очень сильном скачке напряжения первый в цепи ИБП может выйти из строя, тогда как второй переключит нагрузку на питание от аккумуляторной батареи.
Кроме того, такое подключение повышает риск перегрузки первого бесперебойника в цепи. Номинальная мощность ИБП ограничена, поэтому подключать второй ИБП для увеличения количества розеток бессмысленно. Ещё один минус заключается в увеличении времени переключения на питание от акб, что может привести к отключению техники и потере данных. К тому же, применение такого типа подключения снимает гарантию производителя.
Мы рекомендуем выбирать ИБП, исходя из своих потребностей таким образом, чтобы удовлетворить их на 100% и даже оставить некоторый запас. Если в будущем вам может потребоваться увеличение требуемой мощности, то стоит сразу отдавать предпочтение моделям, конструкция которых предусматривает возможность питания от внешних аккумуляторных батарей. Их количество и мощность также может быть различным.
Специалисты ООО «ВЭК» помогут произвести подключение ИБП любого типа и мощности. Воспользовавшись нашими услугами по подключению оборудования, вы получаете гарантию длительного срока эксплуатации и высокой надёжности системы питания.
Блок бесперебойного питания: назначение и специфика работы бытового ИБП
Для сохранения работоспособности приборов при сбоях в сети используют блок бесперебойного питания. В зависимости от типа обслуживаемых потребителей и параметров электроэнергии нужно выбирать разные модели. Эти устройства востребованы, поэтому приобрести нужный по характеристикам экземпляр не составляет труда.
Но перед покупкой нужно самостоятельно разобраться в его особенностях, а не доверять этот вопрос заинтересованным в продажах менеджерам.
В этом материале мы рассмотрим устройство и особенности работы ИБП, а также расскажем о правилах его использования.
Схемы ИБП переменного тока
Для бытовых нужд используют устройства для бесперебойного питания, подключаемые к однофазной сети 220 В, которые могут некоторое время при отсутствии электроэнергии питать потребителей, требующих такого же напряжения.
Существуют также ИБП, которые подключены на вход к трехфазной сети, а на выход дают или 380 В или 220 В. Однако они дороги, их используют при необходимости получать автономную мощность от 10 кВ·А, что для бытовых нужд не требуется.
Бытовые ИБП переменного тока по схеме функционирования делят на следующие типы:
- резервные (оффлайн);
- интерактивные (линейно-интерактивные);
- двойного преобразования (онлайн).
Они различаются качеством выдаваемого напряжения и ценой. Наиболее дешевые – резервные, а самые дорогие – двойного преобразования.
Для преобразования переменного тока в постоянный в зарядном устройстве используют выпрямитель. А обратная трансформация происходит при помощи инвертора.
В бесперебойниках для переключения цепи с сети на аккумулятор, как правило, устанавливают обыкновенные электромеханические реле. Если эта деталь качественная, то ее ресурса хватает на все время функционирования ИБП. Но чаще всего, при поломке блока проблема кроется именно в этом элементе конструкции.
Стабилизация напряжения присутствует также во многих бытовых устройствах, поэтому если отклонения незначительны, то и нет смысла приобретать более дорогую линейно-интерактивную модель.
Наличие трансформатора часто вынуждает производителя использовать принудительное охлаждение, поэтому такие ИБП комплектуют кулерами. Они издают шум, по интенсивности сравнимый с работой компьютерного системного блока.
Самые сложные и дорогие приборы двойного преобразования имеют к тому же наименьший КПД. Электроэнергия уходит в тепло, которое излучает устройство. Поэтому их использование необходимо обосновать.
Наиболее значимый плюс такого вида бесперебойников заключается в мгновенной реакции на отключение электричества. Но для большинства бытовой техники это не так важно. Те же компьютеры обычно комплектуют ИБП резервного или интерактивного типа.
Наиболее важные параметры
Сейчас на рынке много предложений по продаже бытовых источников бесперебойного питания. Чтобы правильно определить их предназначение и не ошибиться с выбором, нужно понимать на какие параметры следует обратить внимание в первую очередь.
Основные технические характеристики
Выходная мощность прибора определяет максимально допустимое значение, которое блок сможет гарантированно выдать потребителю. Ее измеряют в вольт-амперах (В·А). Для удобства пользователей часто приводят это значение и в ваттах.
Для измерения нагрузки приборов можно или воспользоваться амперметром или высчитать ее, применив показания установленного в квартире счетчика.
При определении реальной мощности компьютера не следует руководствоваться номиналом блока питания, так как его всегда покупают с запасом.
Если нет амперметра, то нужно выполнить следующие действия:
- Отключить все цепи в щитке, кроме той, от которой запитан компьютер.
- Отключить все приборы в этой цепи.
- Включить компьютер и запустить на нем типичную для него программу (например, ролик с YouTube).
- Дождаться, когда на счетчике произойдет изменение значения десятой доли киловатта.
- Засечь время до следующего изменения.
Среднюю мощность потребления (P, ватт) за этот период (t, минут) можно высчитать по формуле:
P = 100 * (60 / t)
Следующая важная характеристика – период автономной работы. Этот показатель зависит от нагрузки, которую в этот момент испытывает ИБП. На максимально допустимой мощности аккумуляторы бытового устройства работают 1-3 минуты. А на половинной – гораздо дольше (до 10 минут).
Отсюда следует два вывода:
- при отключении электроэнергии, необходимо максимально снизить потребляемую приборами нагрузку;
- желательно приобретать ИБП с мощностью, которая превышает расчетную хотя бы на 30%.
Диапазон входного напряжения показывает минимально и максимально допустимый вольтаж сети, при котором не произойдет переключение питания на аккумуляторы. Как правило, все ИБП выдерживают интервал в 180-260 В.
У некоторых производителей можно встретить очень хорошие (рекламные) показатели, например, нижнее значение – 110 В. Тут нужно убедиться, что эти цифры взяты именно для максимальной нагрузки, а не для половинной.
Еще один важный технический показатель – уровень шума. ИБП, выполненные по линейно-интерактивной или онлайн технологии выделяют много тепла, поэтому производители устанавливают на них вентиляторы. Если кулеры дешевые, то со временем они будут издавать гул, что для жилого помещения нежелательно.
Интерфейс и выполнение настройки
Внешний вид блоков может быть самым разнообразным. Обычно они имеют классическую прямоугольную форму, где на лицевой стороне находятся индикаторы или дисплей, а на тыльной – силовые разъемы. Их количество не так важно, так как на выходе можно подключить удлинитель с тройником. Это никак не будет противоречить концепции ИБП.
Модель может иметь жк-дисплей, на котором будет отображена ситуация со снабжением подключенных приборов: наличие питания, количество потребителей, заряд аккумулятора и т.д.
Чтобы узнать параметры электроснабжения, состояние аккумуляторов ИБП и как он работает, можно подключить его к компьютеру. Для многих моделей реализована эта функция и разработано программное обеспечение.
Существует три основных вида интерфейса:
- USB. Наиболее распространенное соединение компьютера и ИБП.
- RS-232 (COM-порт). Редко присутствует в бытовых моделях.
- Ethernet 10/100. Его применяют для удаленного управления бесперебойником.
Программное обеспечение для получения характеристик с ИБП и его управления разработано не только под различные версии Windows. Так, например, у известного производителя Powercom есть Android-версия ПО, позволяющая удаленно следить за состоянием питания и при необходимости корректировать работу бесперебойника.
Размещают бесперебойники в непосредственной близости от защищаемых потребителей электроэнергии. Обычно их ставят на пол или на полки. Некоторые модели оснащены крепежами, позволяющими монтировать их на стены.
Качество выдаваемого тока
Бесперебойные источники питания должны выдавать ток надлежащего качества. При работе от батарей за это отвечает инвертор, а в случае питания от сети, проблемные моменты должны сглаживать фильтры и стабилизатор. Возникающие в электрической цепи помехи имеют разный генезис и последствия для электроники. Поэтому в этом вопросе тоже нужно тщательно разобраться.
Сетевые помехи и защита
Все современные ИБП оснащены защитой от проблем, связанных со стороны обслуживаемых приборов. Если суммарная нагрузка будет превышать максимально допустимую или произойдет короткое замыкание, то бесперебойник сразу отключит питание.
Помехи в сети можно условно разделить на частотные и импульсные. Первые не так опасны, особенно для блоков питания компьютеров или телевизоров, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Вторые могут вызвать проблему у любой электроники.
Поэтому большинство ИБП оснащены защитой от импульсов и гармоник с помощью варисторов и высокочастотных фильтров.
Проблема появления высоковольтных импульсов характерна не только для силовых кабелей, но и для сетей передачи данных – компьютерных или телефонных. Они могут возникнуть по причине воздействия атмосферного электричества, пробоев рядом расположенной проводки, возникающих электрических наводок и других причин.
Многие производители выпускают модели с возможностью защиты локальной сети. Для этого у ИБП есть два разъема RJ-45 – один на вход и один на выход. Сигнал проходит через фильтр, который подавляет всплески напряжения. Для телефонных линий система такая же, только разъемы имеют формат RJ-11.
Низкое и высокое напряжение
Регулировка вольтажа происходит с помощью автоматического регулятора напряжения (AVR), основным элементом которого служит автотрансформатор. Принцип его функционирования опирается на изменении количества витков одной из обмоток, в результате чего происходит изменение напряжения в сторону увеличения или уменьшения его значения.
Наличие AVR в ИБП позволяет не включать каждый раз автономный режим при незначительном отклонении напряжения от нормативных показателей. Это значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.
Согласно ГОСТ 29322-2014 допустимо 10-и процентное отклонение напряжения от эталонного значения на время не более чем 1 час. Все современные ИБП с регуляторами справляются с такими колебаниями.
Чистота выходящего сигнала
От модели инвертора, которая установлена в бесперебойник, зависит тип выходного сигнала. В идеале, кривой напряжения переменного тока должна быть синусоида. Но после преобразования через инвертор она принимает ступенчатый вид.
Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида.
Ни один инвертор, а значит, и ИБП не выдает чистую синусоиду, чтобы не писали в рекламных брошюрах производители оборудования. Приближение выходящего сигнала к синусоиде оценивают через коэффициент нелинейных искажений (THD).
Выходящий от блока сигнал можно считать синусоидальным при THD<5%. У некоторых моделей, например IMV NetPro 2000, этот показатель равен всего 2%.
Правила использования ИБП
Приобретая бесперебойник для организации резервного питания, необходимо понимать, совместно с какими приборами его можно использовать. Иногда обойтись только ИБП невозможно и тогда нужно принимать дополнительные меры по обеспечению дома электричеством.
Подключение бытовых приборов
Компьютеры, модемы, роутеры, видео- и аудиоаппаратура – типичные домашние или офисные приборы, к которым подключают бесперебойники. Если эта техника содержит обыкновенные импульсные блоки питания, то достаточно будет приобрести относительно дешевые модели, которые не выдают чистую синусоиду.
Для освещения также не нужно приобретать дорогие изделия. Здесь главное правильно рассчитать максимальную мощность и время автономной работы.
При частых отключениях актуальна проблема незапланированной разморозки холодильников и порчи продуктов питания. При защите такого оборудования с асинхронными двигателями понадобятся ИБП более сложного устройства, так как потребуется «чистый» синусоидальный сигнал.
Кроме того, необходимо учесть наличие стартовых токов, возникающих при пуске двигателя. Упрощенно для холодильного оборудования их величину можно определить, умножив значение мощности на 5.
Если, например, на кухне есть холодильник с полной мощностью 300 Вт (при запуске – 1500 Вт) и морозильная камера на 200 Вт (при запуске – 1000 Вт), то нужен блок питания с чистой синусоидой и максимальной мощностью не менее 1700 Вт. Это значение получено на случай, когда будет работать морозильник, а в это время произойдет включение холодильника. Одновременный пуск обоих моторов маловероятен, да и такой ИБП выдержит односекундный всплеск в 2,7 кВт.
Блок онлайн типа с максимальной мощностью 2000 Вт сможет проработать около получаса при суммарном потреблении 500 Вт. Так как режим охлаждения занимает около 5 минут, то бесперебойника гарантированно хватит на 6 запусков обоих устройств.
Бесперебойники также активно используют для работы газовых отопительных котлов. Учитывая стоимость подключаемого оборудования, экономить на качестве ИБП в этом случае не следует.
Резервное и дополнительное электропитание
Для многих бытовых приборов невозможно подобрать недорогой ИБП, так как будет необходима значительная максимальная мощность при длительном периоде автономной работы. Стиральные машины, электрические духовки, системы распределенного кондиционирования потребляют много электричества.
Можно, конечно, обойтись без этих устройств на время отключения электроэнергии. Это целесообразно в том случае, если такие перебои происходят редко и на короткое время. Но если все же будет принято решение по обеспечению мощных потребителей автономным питанием, то лучше использовать бензиновый или дизельный генератор. Для их быстрого запуска при отсутствии напряжения используют систему автоматического ввода резерва (АВР).
При наличии дополнительного источника питания, ИБП все же стоит использовать, хотя бы для компьютеров. Мгновенного запуска генератора и восстановления электроснабжения добиться невозможно.
Стабилизация пониженного напряжения
Проблема пониженного напряжения актуальна для объектов, подключенных к старым или маломощным электросетям. Если такая ситуация возникает постоянно, то лучше использовать входной стабилизатор.
При пониженном напряжении возрастает сила тока, проходящего по внутридомовой сети. Например, пусть общая мощность подключенных к ИБП потребителей будет 1,5 кВт, а подаваемое напряжение равно 190 В.
- I1 = 1500 / 190 = 7,9 A – сила тока в цепи до ИБП без стабилизатора;
- I2 = 1500 / 220 = 6,8 A – сила тока в цепи до ИБП со стабилизатором.
Таким образом, внутридомовая сеть без стабилизатора будет испытывать повышенную нагрузку, что могло быть не учтено при выборе сечения проводки.
Поэтому при постоянном пониженном напряжении лучше установить стабилизатор. В этом случае и нагрузка на автотрансформатор ИБП будет меньше, что продлит срок его службы. Кроме того, с учетом выравнивания вольтажа, можно приобретать более дешевые бесперебойники.
Бесперебойное питания потребителей постоянного тока
Для некоторых приборов нужно обеспечить бесперебойное питание постоянным током 12, 24 или 48 В. ИБП такого плана тоже есть в продаже. В их маркировке присутствует аббревиатура «DC». Блоки с подачей напряжения 60, 110 или 220 В тоже существуют, но их применяют в промышленности или энергетике.
Отличие бесперебойников постоянного тока во внутреннем устройстве от классических моделей заключается в отсутствии инвертора. Аккумуляторы подключают непосредственно к выходу через контактор с токоограничительным измерительным шунтом для предотвращения недопустимо глубокого разряда батарей.
Иногда на выходе может стоять стабилизирующий конвертор, если запитанные от ИБП приборы чувствительны к небольшим колебаниям напряжения.
Такие резервные источники питания используют для защиты следующего бытового оборудования, работающего от постоянного тока:
-
и охраны;
- всевозможных датчиков (протечки, дыма, огня, движения и др.);
- систем освещения;
- телекоммуникационных приборов;
- систем связи;
- компонентов системы управления «умный дом».
Многие ИБП постоянного тока имеют опцию подключения внешних аккумуляторов. В этом случае автономное функционирование обслуживаемых ими приборов может быть очень длительным.
Выводы и полезное видео по теме
Кратко об основных характеристиках бытовых ИБП:
Разнообразие типов ИБП и их характеристик является следствием различных условий их использования: мощности и вида подключаемых приборов, параметров и типовых проблем конкретной электросети. Бесперебойник обычно не самый дорогой элемент в системе, но от него зависит стабильность ее работы. Поэтому нужно определить условия эксплуатации и тщательно подойти к выбору модели.
Остались вопросы по теме статьи? Или можете дополнить этот материал интересной информацией о ИБП? Пожалуйста, пишите свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.
Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания АРС
Блок-схема ИБП класса Line-interactive
Блок-схема ИБП класса On-line
- полного отсутствия входного напряжения – blackout;
- временного отсутствия или сильного падения напряжения, вызванного включением в сеть мощной нагрузки (электромотора, лифта и т.п.) – sag или brownout;
- мгновенного и очень мощного повышения напряжения, как при ударе молнии – spike;
- периодического повышения напряжения, длящегося доли секунды, вызванного, как правило, изменениями нагрузки в сети – surge.
Структурная схема моделей Smart-UPS и Smart-UPS/VS