Как работает ибп при отключении питания

Источники бесперебойного питания, их виды и сферы применения

источники бесперебойного питания

Внезапное отключение света во время работы на компьютере неприятно и офисным работникам, и студентам, и обычным пользователям. Мало того, что теряются важные данные, от резкого перепада напряжения может пострадать чувствительная техника. Один из простых способов защитить оборудование и дать возможность завершить задачу до отключения компьютера – применение источников бесперебойного питания. В нашей статье мы расскажем об особенностях и возможностях этого вида офисной техники.

Зачем нужен ИБП

Главная функция ИБП – обеспечение кратковременной автономной работы электроприборов. Чаще всего к таким устройствам подключают компьютеры в офисах и на производстве.

Если сеть будет обесточена, у пользователя будет в запасе 5-25 минут, чтобы сохранить данные и корректно завершить рабочие процессы. Помимо подачи электроэнергии, источники бесперебойного питания выполняют защитную функцию.

Вся бытовая техника в Украине работает от сети 220 В. Допустимое отклонение может составлять до 22 В в ту или иную сторону. Если из-за неполадок на подстанции или на линии электропередач напряжение выйдет за рамки диапазона, бытовые приборы могут поломаться. И, что самое неприятное, это будет негарантийный случай. Технику придется ремонтировать за свой счет.

При выходе сетевого напряжения за пределы допустимых значений, ИБП переходит в автономный режим и продолжает подавать необходимые для работы приборов 220 В.

Режимы работы

Источники бесперебойного питания состоят из нескольких функциональных блоков, обеспечивающих работу в двух режимах:

Работа от сети. В этом режиме ИБП работает большую часть времени. Если с сетью все нормально, прибор пропускает ток транзитом и параллельно подзаряжает встроенный аккумулятор.
Автономный режим. Запускается, когда сеть обесточена или когда ее параметры вышли за допустимые рамки. Включается инвертор, который преобразует накопленный в батарее постоянный ток в переменный, пригодный для работы бытовых приборов. Из этого режима ИБП выходит, если сетевое напряжение вернется к допустимому уровню, либо же запас аккумулятора исчерпается, и устройство отключится.

Переход от одного режима к другому происходит автоматически.

Разновидности бесперебойников

Ассортимент ИБП отличаются разнообразием. В этом легко убедиться, если посетить сайт allo.ua в Харькове. Устройства отличаются параметрами мощности, формой выходного сигнала, типом разъема, наличием дополнительных опций и дизайном.

Источники бесперебойного питания делятся на две большие группы:

Бытовые. Бывают двух подвидов: те, что при перепадах напряжения в сети сразу переходят в автономный режим, и те, которые могут выполнять роль стабилизатора напряжения.
Профессиональные. Это многофункциональные приборы, которые должны обеспечивать работу серверов, промышленного оборудования, электрики объектов инфраструктуры. Входная цепь таких машин оснащается выпрямителем, который передает идеально ровный сигнал на инвертор, выдающий синусоиду с заданными параметрами.

Для домашних нужд покупают бытовые модели. Их функционал достаточен, чтобы обеспечить корректную работу цифровой техники.

Устройство ИБП и принцип его работы

Источник бесперебойного питания — компонент системы питания, который располагают между нагрузкой и питающей сетью. Главная функция ИБП состоит в обеспечении бесперебойного питания. Как устроен бесперебойник? Упрощённая схема ИБП включает аккумуляторные батареи и специальные элементы ИБП, компенсирующие возмущения в магистральной сети, а именно инвертор, выпрямитель, фильтр и в некоторых случаях байпас. На сегодняшний день бесперебойники разделяют на три группы. У каждой из групп принцип работы ИБП имеет свои особенности.

Ключевым компонентом ИБП являются аккумуляторные батареи. Именно АКБ определяют сколько работает ИБП при отключении питания в сети. Как правило, в ИБП используются свинцово-кислотные аккумуляторы, имеющие следующие параметры: напряжение 12В и ёмкость 7Ач или 9Ач. АКБ относятся к типу герметичных и не обслуживаемых. В самых простых ИБП используется 1 аккумулятор, а в мощных бесперебойниках их количество может быть во много раз больше.

Резервные ИБП

Так называемые резервные ИБП являются самыми простыми и доступными. Принцип работы бесперебойника данного типа крайне прост: электропитание нагрузки осуществляется через сеть, если там имеется напряжение, в противном случае происходит переключение питания от АКБ. Зарядка АКБ осуществляется вовремя работы ИБП. Согласно статистике, эффективность таких ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.

В большинстве случаев рассказать о том, как работает ИБП для компьютера, можно сославшись на принцип работы оффлайн ИБП. Большинство домашних бесперебойников для компьютера выполнены по данной технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить является самым низким из всех существующих бесперебойников. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Зачастую такого уровня защиты для домашней техники вполне достаточно, так как качество питания в таких сетях несколько выше, чем в промышленных.

Резервные ИБП прекрасно работают в паре с компьютером, но при этом они абсолютно не совместимы для работы в паре с насосами, котлами отопления и другой подобной техникой, так как работа ИБП резервного типа не обеспечивает синусоидальную форму напряжения. Для компьютеров это не критично, так как в них используются коммутируемые источники питания. Этот факт позволяет таким устройствам выдержать небольшой провал питания за счёт наличия некоторого количества энергии в собственных конденсаторах. Время переключения офлайн с сети на АКБ колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема работы ИБП включает в себя инвертор, который превращает постоянный ток АКБ в переменный. Следует заметить, что такие ИБП, как правило, являются маломощными.

Линейно-интерактивные ИБП

Устройство и работа источников бесперебойного питания интерактивного типа практически идентичен резервным ИБП. Исключением является способность стабилизации напряжения, которое осуществляется с помощью коммутирующего устройства. Преимущество стабилизации заключается в отсутствии необходимости на переключение питания при существенных отклонениях напряжения. Отклонения входного напряжения может достигать порядка 20% от нормального значения. Выходное напряжение бесперебойника при этом практически не колеблется. Эффективность защиты линейно-интерактивных ИБП составляет 85%.

В сравнении с резервными ИБП они обеспечивают более высокий уровень защиты, но уступают онлайн ИБП. Работа бесперебойника линейно-интерактивно типа может быть разделена на две группы. Устройства, относящие к первой группе, дают на выходе аппроксимированную синусоиду, то есть ступенчатую. Вторая группа выдаёт «чистую» синусоиду без каких-либо искажений. Последние в некоторых случаях могут стать заменой онлайн ИБП. Наличие чистой синусоиды на выходе позволяет применять их для защиты электродвигателей и котлов отопления.

Онлайн ИБП

Самые надёжные и высокотехнологичные ИБП относятся к типу онлайн. В них реализована технология двойного преобразования – самая прогрессивная из всех существующих. Степень защиты обеспечиваемый такими устройствами стремится к 100% независимо от того какие режимы работы ИБП активны: от сети или АКБ.

Как работает ИБП с онлайн топологией? На самом деле принцип работы вложен в само название. Ток на входе преобразуется на выпрямителе в постоянный, после чего инвертор преобразует его снова в переменный. Переменный ток на выходе обладает идеальными параметрами как по форме напряжения, так и по его значению. ИБП содержит в себе резервную линию — байпас, по которой осуществляется питание в случае неисправности какого-либо из узлов источника бесперебойного питания.

Принято говорить, что время переключения на АКБ равно нулю, но на самом деле аккумуляторные батареи всегда подключены к цепи. Поэтому данные ИБП и называются онлайн. Такое устройство бесперебойника позволяет защитить нагрузку от любых видов возмущений, которые могут встречаться в магистральной сети.

Применяются такие ИБП для защиты критической и очень чувствительной нагрузки. Все мощные ИБП выполняются по данной технологии. Несмотря на высокую мощность применяются дополнительные решения, которые позволяют увеличить автономность. Чаще всего конструкция позволяет ИБП — как пользоваться в связке с генератором, так и с внешними АКБ.

Однако, двойное преобразование имеет и свои недостатки. Устройство ИБП является довольно сложным, что влияет на его стоимость не лучшим образом. Наличие двойного преобразования понижает КПД, но на современных ИБП он довольно высокий. Реализованы специальные технологии энергосбережения, позволяющие довести коэффициент полезного действия до максимальных значений. Кроме того, процесс двойного преобразования сопровождается тепловыделением и шумами. Стоит признать, что удельный вес всех этих минусов является несравнимо малым в сравнении со всеми достоинствами, а в главную очередь с уровнем защиты.

Электропитание без перебоев

С увеличением зависимости бизнеса от ИТ и повышением требований информационных систем к электропитанию необходимость в системах бесперебойного питания становится все очевиднее.

Для защиты ИТ-оборудования от перебоев в электросети и некачественного электропитания широко применяются источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply, UPS) — ИБП. Это дополнительное оборудование, предназначенное для электропитания ИТ-систем или других устройств при кратковременном (до нескольких десятков минут) отключении основного электропитания, а также для защиты от помех и бросков в электросети и поддержания параметров питания в допустимых пределах. То есть ИБП также могут использоваться для улучшения качества электропитания.

По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные, напольные и стоечные (19″). Основное назначение любого ИБП — защита нагрузки от возможных проблем в цепях электропитания. По статистике, каждый ПК ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания. В их числе:

Всплески напряжения	Повышения напряжения более чем на 10% в течение более 20 мс.
Высоковольтные броски питания	Кратковременные импульсы напряжением до 6000 В и длительностью до 10 мс.
Провалы питания	Кратковременное снижение напряжения до уровня менее 80-85% от номинального.
Высокочастотные помехи	Помехи электромагнитного или другого происхождения.
Выбег частоты	Уход частоты на величину более 3 Гц от номинала (50 Гц).
Подсадка напряжения	Падение напряжения в сети на длительное время.
Пропадание напряжения	Отсутствие напряжения в электросети в течение более 40 мс.

Таким образом, ИБП сглаживают небольшие и кpатковpеменные броски питания, фильтpуют питающее напpяжение, но их главная задача — питать нагpузку в течение некотоpого вpемени после пpопадания напpяжения в сети. Многие модели с помощью пpогpаммного обеспечения могут автоматически завершать работу ИТ-оборудования пpи пpодолжительном отсутствии напpяжения в питающей сети, а также пеpезапускать его пpи восстановлении сетевого питания или по таймеру. Некоторые ИБП предусматривают функции монитоpинга и записи параметров источника питания (таких как темпеpатуpа, уpовень заpяда батаpей и дpугие показатели), отобpажение параметров напpяжения и частоты тока, выходного напpяжения и мощности, пpедупpеждение об аварийных ситуациях и пр. При пропадании напряжения в электросети любые ИБП переключают нагрузку на питание от батареи, но есть важные отличия.

Батареи: альтернатива свинцово-кислотным аккумуляторам

Сегодня 95% всех источников бесперебойного питания производятся с использованием свинцово-кислотных батарей в качестве источника постоянного тока.

Тем временем некоторые вендоры уже объявили о начале перевода нескольких моделей устройств бесперебойного питания со свинцово-кислотных аккумуляторов на литий-ионные. Их начальная стоимость пока что выше свинцово-кислотных, однако за последние несколько лет разрыв в ценах существенно сократился.

По данным Schneider Electric, в зависимости от сферы применения литий-ионных аккумуляторов в общей стоимости владения в течение срока их службы можно добиться экономии в 10-40% по сравнению с традиционными аккумуляторами.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) накапливают гораздо больше энергии в меньшем объеме. Так, в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторами с клапанным регулированием (VRLA) равной мощности они занимают втрое меньше места. А благодаря длительному сроку службы существенно сокращаются объемы работ и расходов по их замене.

Между тем подавляющее большинство ИБП по-прежнему комплектуется свинцово-кислотными батареями, известными своей надежностью, высоким качеством и оптимальными ценовыми характеристиками.

Классы ИБП

По принципу действия ИБП делятся на три основных класса: резервные ИБП (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием (on-line). Тип ИБП определяется соотношением параметров на входе и выходе устройства. У первых частота и напряжение на выходе определяются частотой и напряжением на входе; вторые стабилизируют напряжение на выходе при совпадении частот, а ИБП с двойным преобразованием преобразуют переменное напряжение в постоянное и вновь генерируют на выходе переменное (синусоидальное) напряжение, характеристики которого не зависят от параметров на входе ИБП.

В резервных (или пассивных) ИБП нагрузка питается напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. При отказе электросети нагрузка переключается на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. Такие ИБП просты и недороги, имеют высокий КПД, но не стабилизируют напряжение и частоту электросети, а переключение на питание от батарей происходит за несколько миллисекунд. Их мощность обычно невелика — от 220 до 2000 ВА.

— Неполная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой пропускаются обратно в сеть;

— Скачкообразное изменение напряжения, частоты и формы выходного напряжения при переходе на питание от батареи (время переключения >5 мс);

ИБП резервного типа: нормальный режим работы (rectifier — выпрямитель, inverter — инвертор, SPD — фильтр питания, bypass — байпас).

ИБП резервного типа: аварийный режим работы .

Для защиты более важного оборудования, например, серверов начального уровня, сетевого и телекоммуникационного оборудования, лучше использовать линейно-интерактивные ИБП. Они обеспечивают стабилизацию напряжения питания в заданном диапазоне и снижают влияние переходных процессов на работоспособность защищаемого оборудования.

Линейно-интерактивные ИБП поддерживают параметры питающего напряжения и синхронно переключают нагрузку на инвертор при его пропадании. В них инвертор включен параллельно электросети, он регулирует и стабилизирует выходное напряжение, одновременно заряжая батареи. Иногда ИБП дополняют автотрансформаторами, что позволяет расширить диапазон регулирования напряжения без перехода на батарею.

Преимущества данной технологии — стабилизация напряжения, меньшее время переключения на батареи и хорошо аппроксимированная синусоидальная форма напряжения на выходе ИБП. Существуют и более дешевые разновидности линейно-интерактивных ИБП со «ступенчатой» синусоидой.

Линейно-интерактивный ИБП: нормальная работа.

Линейно-интерактивный ИБП: аварийный режим.

— Ступенчатая стабилизация входного напряжения;

— Почти синусоидальная форма выходного напряжения;

— Отсутствие реальной изоляции нагрузки от сети распределения питания;

— Отсутствие регулировки и стабилизации входной частоты;

— Сравнительно слабая стабилизация выходного напряжения, особенно при переходных процессах или в случае пошагового изменения нагрузки;

Линейно-интерактивные ИБП не годятся и для защиты непрерывных технологических процессов, а также для построения централизованных систем гарантированного электропитания, где важно обеспечить полную независимость электрических параметров на выходе ИБП от параметров на входе.

Разновидность линейно-интерактивных систем — ИБП с дельта-преобразованием напряжения. Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке у них регулируется плавно, а не ступенчато, обеспечивается стабилизация частоты выходного напряжения.

ИБП с дельта-преобразованием в штатном и автономном режимах.

Главное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий КПД. Однако достигается он, когда параметры напряжения сети соответствуют номинальным значениям, входной импеданс нагрузки имеет только активную составляющую, а сам ИБП нагружен на полную мощность. В противном случае повышается нагрузка на основной и дельта-инвертор, или снижается эффективность использования входного трансформатора, что ухудшает КПД. К тому же эффекту приводит расширение диапазона входных напряжений для нормального режима работы. В итоге, имея преимущество по КПД (2-3%) в идеальных условиях, ИБП с дельта-преобразованием проигрывают линейно-интерактивным в условиях реальных.

— Меньшая степень защиты нагрузки в нормальном режиме работы от резких изменений входного напряжения вследствие инерционности схемы обратной связи;

— Отсутствие защиты нагрузки в нормальном режиме работы от отклонений частоты входного напряжения;

Линейно-интерактивный ИБП APC BR1000G дает на выходе не совсем чистую синусоиду, но такой аппроксимации достаточно для большинства устройств.

Самый технически совершенный класс источников бесперебойного питания — системы с двойным преобразованием — гарантируют выходные электрические характеристики, близкие к идеальным, как по напряжению, так и по частоте. За это приходится платить усложнением и удорожанием конструкции.

Системы с двойным преобразованием обеспечивают очень малое время переключения на работу от батарей и имеют высокие выходные электрические характеристики. Такие ИБП подходят для критически важных приложений, защиты мощных серверов и кластеров, телекоммуникационного оборудования и локальных сетей. Они имеют высокий КПД в режиме двойного преобразования (95-96%) и синусоидальную форму выходного напряжения.

На российском рынке присутствует более двух десятков моделей ИБП с двойным преобразованием. Примерно половина этих устройств предназначена для монтажа в стойку. Технология двойного преобразования позволяет гарантировать максимальную защиту от перебоев в электросети.

В таких ИБП входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором — обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП питает нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением. Инвертор включен последовательно с основным источником электроснабжения и всегда находится во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей.

В обычном режиме при питании от сети электроэнергия поступает через выпрямитель и инвертор, одновременно подзаряжая батареи. В случае пропадания или сбоя питания на входе ИБП инвертер запитывается от аккумуляторных батарей. Переключение происходит без использования статического переключателя, поэтому переход на работу от батарей мгновенен. Статический ключ в данной схеме используется только для перехода на режим автоматического байпаса для питания нагрузки в случае существенного сбоя в работе ИБП.

ИБП с двойным преобразованием отличает надежная защита нагрузки по электропитанию.

ИБП с двойным преобразованием: аварийный режим, питание от батареи.

В ИБП с двойным преобразованием поддерживается точная регулировка напряжения и частоты на выходе ИБП, бесперебойно осуществляется переход в байпас. Ручной байпас можно использовать для обслуживания и «горячей» замены батарей и самого ИБП.

Такие ИБП отличают постоянная стабилизация напряжения и частоты, непрерывность фазы выходного напряжения, отсутствие влияние нагрузки на сеть, полная фильтрация питания. Но есть и отрицательные стороны — сложность конструкции и высокая цена, относительно невысокий КПД. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк — от 600 ВА до нескольких сотен кВА.

— Питание нагрузки «чистым» синусоидальным электропитанием, стабилизированным по величине, частоте и форме напряжения, при работе от сети и от батарей;

— Дополнительные энергозатраты на двойное преобразование напряжения, снижающие КПД;

Класс VFI

S соответствует синусоидальному выходному напряжению с коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) менее 8% как при линейной, так и при нелинейной нагрузке.
X соответствует несинусоидальному сигналу с КНИ более 8% при нелинейной нагрузке.
Y соответствует несинусоидальному сигналу при любой нагрузке, КНИ превышает установленные в IEC 61000-2-4 пределы.

Второй символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении линейной нагрузки. Тестирование проводится в нормальном и автономном режимах, выбирается наихудший показатель. Третий символ характеризует колебания выходного напряжения при 100% изменении нелинейной нагрузки. Конечно, ИБП имеют и другие характеристики, и их немало.

Характеристики ИБП

Мощность ИБП может указываться в вольт-амперах (ВА) или в ваттах (Вт). ВА представляет максимальную теоретическую мощность на выходе ИБП, однако доступная мощность в Вт меньше — 60% от номинала в ВА. То есть ИБП на 1000 ВА соответствует ИБП на 600 Вт.

Не стоит перегружать ИБП. Например, для защиты нагрузки в 300 Вт лучше применять ИБП на 400-600 Вт. Такой вариант надежнее и обеспечивает большее время автономной работы. Учтите также, что емкость батареи со временем падает. И не подключайте к ИБП оборудование с пиковым потреблением мощности, способное вызвать перегрузку источника питания, такое как лазерные принтеры. Некоторые ИБП имеют защиту от перегрузки.

Задача электропитания при длительном отсутствии напряжения обычно решается с помощью установки бензиновых или дизельных генераторов. Но зачастую шум, выхлопные газы, необходимость периодического обслуживания, а также высокие требования к качеству электропитания делают использование генератора неприемлемым. В таких случаях рекомендуется применение специализированных ИБП с внешним батарейным комплектом большой емкости.

Под защитой ИБП

Перебои в работе информационных систем нередко ведут к большим финансовым убыткам, поэтому приходится принимать во внимание угрозу некачественного электроснабжения, возможные перебои и даже долговременное отключение электропитания.

В мире более 40% проданных систем бесперебойного питания используется для защиты серверов, систем хранения данных, сетевого оборудования. Около 60% потребления ИБП приходится на локальные сети, телекоммуникации и ЦОД, значительное количество применяется в промышленности, поскольку многие производственные процессы требуют качественного энергообеспечения.

Около четверти мировых продаж ИБП приходится на устройства мощностью менее 1 кВА, и примерно половина продаж — на устройства мощностью до 5 кВА. Обычно их используют для защиты ПК и серверов начального уровня. В России свои ПК с помощью ИБП защищают не более 15% пользователей — большинство довольствуются сетевым фильтром.

Увеличение популярности ноутбуков также спросу на ИБП не способствует, однако серверы любого класса и сетевое оборудование, учрежденческие АТС все же нуждаются в подобной защите.

В отличие от мощных ИБП (свыше 20 кВА), жизненный цикл которых достигает 20 лет, маломощные источники питания рассчитаны на пятилетний срок службы, однако сменный блок аккумуляторов (самой недолговечной части устройства) позволяет продлить их эксплуатацию.

В небольших офисах обычно используются резервные или линейно-интерактивные ИБП. Последние относительно недороги, обладают приемлемой функциональностью и достаточным классом защиты. Более половины производителей выпускают ИБП малой и даже средней мощности в Юго-Восточной Азии по OEM-контрактам.

Для недорогих «простых» ИБП тенденцией развития стало приближение их по функциональности и эффективности (таким как ремонтный байпас для «горячей» замены или ремонта оборудования, управляемые розетки и расширенная комплектация) к «большим» ИБП.

При выборе ИБП нужно учитывать сроки гарантии на само устройство и его компоненты, например, аккумуляторы. Отдавайте предпочтение известным производителям, которые специализируются на изготовлении подобного оборудования. Определитесь с максимальным количеством и типом розеток для подключаемых устройств. В тех случаях, когда помимо периодического отключения электричества существуют проблемы параметрами электропитания, необходимо устанавливать линейно-интерактивные устройства.

В общем случае не следует гнаться за временем работы от АКБ, оно составляет обычно до 5 минут при 100% нагрузке. Лучше выбрать модель с дополнительными батарейными модулями или купить генератор. Это дешевле, чем тратится на герметичные необслуживаемые АКБ.

Источники бесперебойного питания берегут компьютерную технику от сбоев в электрической сети. Хороший ИБП надежно защитит электронные устройства от перегрузок, позволит сохранить все данные и корректно завершить работу системы при аварии в электросети. Лучше не экономить на цене устройства, и купить как минимум линейно-интерактивный ИБП, а для защиты критичных систем использовать ИБП с двойным преобразованием.

ИБП в ЦОД

Перебои в работе ЦОД наносят серьезный урон их клиентам и имиджу самих компаний. Поэтому владельцам важно находить эффективные решения для повышения надежности электропитания своих дата-центров. Мировые производители систем бесперебойного питания для дата-центров предлагают свои варианты реализации ИБП.

Какие основные требования предъявляются к «ИБП для ЦОД»? Это высокая надежность (с учетом времени восстановления системы, т.е. важен не параметр MTBF, а коэффициент готовности); высокий КПД при неполной нагрузке (50-80%), что непосредственно отражается на тепловыделении и экономичности оборудования; поддержку параллельной работы с наращиванием мощности или повышением степени резервирования; масштабируемость; высокий входной и выходной коэффициент мощности и малый коэффициент гармонических искажений входного тока, что особенно важно при организации резервного питания от ДГУ.

Другие важные факторы — компактность систем, поддержка параллельной работы, низкое тепловыделение, интеллектуальная система управления зарядом АКБ, простое техническое обслуживание и поддержка, усовершенствованные возможности выключения серверов (есть версии ПО, позволяющие осуществлять корректное завершение работы виртуальных машин), средства управления/мониторинга, в том числе дистанционного, возможность простого и интуитивно понятного переключения на внешний байпас с защитой от неверных действий персонала, хорошая поддержка со стороны производителя оборудования.

При отсутствии системы резервного электропитания от ДГУ увеличить время автономной работы можно за счет внешних аккумуляторных шкафов. В числе обязательных функций ИБП старшего класса — интеллектуальные системы управления зарядом АКБ, средства оповещения оборудования о низком заряде аккумуляторных батарей. Применение в ЦОД энергоэффективных ИБП помогает снизить потребление электроэнергии, при этом мощность и надежность источников бесперебойного питания остаются неизменными.

ИБП с двойным преобразованием обеспечивают наивысшую степень защиты от различных сбоев в электросети, так как ИТ-системы полностью ограждены от воздействия электросети и запитываются от ИБП напрямую. При использовании такого ИБП оборудование защищено от проблем, связанных с перепадами напряжения, исчезновения питания и другими возможными сбоями электросети. По этой причине ИБП с двойным преобразованием используются для обеспечения питания серверов, чувствительного к состоянию сети оборудования и других критичных устройств, от которых зависит функционирование ЦОД. Кроме того, ИБП с двойным преобразованием имеют большой арсенал функций, а также гибкие возможности масштабируемости.

FSP Group уже некоторое время назад уловила тренды растущего рынка ЦОД и начала выпуск специализированного оборудования, которое призвано снабдить провайдеров телеком-услуг необходимыми источниками энергии. Источники бесперебойного питания с двойным преобразованием серии CUSTOS 9X компании FSP перекрывают диапазон мощностей от 1K до 10K.

ИБП с двойным преобразованием FSP Custos 9X+ 10K.

Например, ИБП Custos 9X+ 10K имеет следующие особенности конструкции:

Выходной коэффициент мощности 0,9
Информативный и понятный ЖК-дисплей сменной ориентации
Исполнение Rack/Tower
Программируемые выходы
Режим преобразования частоты 50/60Гц
Режимы энергосбережения ECO и Advanced ECO
Функция экстренного отключения питания (EPO)

ИБП с двойным преобразователем напряжения серии FSP Custos 9X+ могут быть использованы в комплекте с дополнительными батарейными блоками, есть возможность горячей замены источников питания.

Именно эти ИБП применяет для обеспечения бесперебойной работы оборудования в своем ЦОД хостинг-провайдер RUVDS. Его система бесперебойного гарантированного электропитания построена по классической схеме. Энергоснабжение ЦОД обеспечивают две подстанции, которые питают дата-центр по двум независимым линиям. На объекте установлен комплекс ИБП и ДГУ (схема резервирования — N+1).

Каждый физический сервер подключен к источнику бесперебойного питания. Если эти составляющие вдруг не справятся, то в работу включатся дизель-генераторы, которые обеспечат дата-центр электричеством до решения проблем с подстанцией. Это важная составляющая высокой надежности VPS-хостинга.

Что нужно знать об источниках бесперебойного питания (ИБП)

Исто́чник бесперебо́йного пита́ния, (ИБП) (англ. UPS-Uninterruptible Power Supply) – автоматическое устройство, позволяющее подключенному оборудованию некоторое (как правило, непродолжительное) время работать от аккумуляторов ИБП при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы. Кроме того, оно способно корректировать параметры (напряжение, частоту) электропитания. Часто применяется для обеспечения бесперебойной работы компьютеров. Может совмещаться с различными видами генераторов электроэнергии.

Существует три схемы построения ИБП:

Часть 1 (вводная)

Некачественное электропитание крайне отрицательно воздействует на технику: сильные всплески напряжения способны вывести из строя блоки питания и микросхемы, а систематические проблемы с электроэнергией вызывают преждевременное старение аппаратуры. Согласно исследованиям американской консалтинговой компании Contingency Planning, причиной потери данных в 45% случаях является некачественное электропитание. Избежать таких неприятностей поможет источник бесперебойного питания (ИБП).

Итак, применение источника бесперебойного питания необходимо для предотвращения повреждений оборудования и сбоев в работе систем. Первоочередной задачей ИБП прежде всего считается обеспечение нормального, корректного завершения работы при неожиданном отключении электроэнергии. Однако, в идеале, ИБП должен защитить технику от всех типов перебоев в электрических сетях, основные из которых приведены ниже.

Виды электропомех

Для сведения: согласно результатам исследования, проведенного компаниями Bell Labs и IBM, каждый ПК ежемесячно подвергается воздействию около 120 нештатных ситуаций, связанных с проблемами электропитания.

Функции ИБП

Основные функции ИБП:

Автоматический shutdown обслуживаемого обоpудования пpи пpодолжительном отсутствии напpяжения в сети, а также пеpезапуск обоpудования пpи восстановлении сетевого питания;
Монитоpинг и запись в log-файл состояния источника питания (темпеpатуpа, уpовень заpяда батаpей и дpугие паpаметpы);
Отобpажение уpовня напpяжения и частоты пеpеменного тока в питающей электpосети, выходного питающего напpяжения и мощности, потpебляемой нагpузкой;
Отслеживание аваpийных ситуаций и выдачу пpедупpеждающих сигналов (звуковые сигналы, запуск внешних пpогpамм и т.п.);
Включение и выключение нагpузки по внутpеннему таймеpу в заданное вpемя.

По своему принципу действия ИБП делятся на три основных типа:
Резервные ИБП (off-line) – эти ИБП служат для резервирования источника основного электроснабжения (электросети) на случай аварии (отключения или понижения/повышения напряжения выше установленной величины). Если это происходит, срабатывает переключатель, и нагрузка переходит на резервное питание от инвертора, питающегося от батарей. В штатном режиме питание нагрузки осуществляется напрямую от электросети, как правило, через помехоподавляющий фильтр. Другие названия резервных ИБП: stand-by, backup, in-line.
Достоинства резервных ИБП: простота и, следовательно, дешевизна; высокий КПД и, следовательно, низкие эксплуатационные расходы. Недостатки резервных ИБП: отсутствие стабилизации напряжения и частоты в штатном режиме; большое время переключения на питание от батарей (несколько мсек) и, следовательно, кратковременного пропадания или выброса напряжения на нагрузке; потеря фазы при переключении.
В целом ИБП этого класса можно характеризовать как компромисс между приемлемым уровнем защиты от неполадок в электросети и ценой. Мощность выпускаемых устройств колеблется от 220 до 2000 VA (ВА).
Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) – в штатном режиме снабжают нагрузку напряжением от основной электросети, в некоторой степени регулируя напряжение (автотрансформатор), а при аварии в основной электросети нагрузка синхронно переключается на инвертор.
По принципу работы линейно-интерактивные ИБП схожи с резервными ИБП: они также служат для резервирования основного источника электроснабжения, «туша» небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Вместе с тем они обладают рядом существенных различий. Так, инвертор ИБП включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения ИБП, а также производит заряд батарей. Кроме этого, многие производители устанавливают в ИБП этого класса дополнительные узлы (феррорезонансные трансформаторы или автотрансформаторы), позволяющие расширить диапазон входного напряжения, при котором напряжение на выходе поддерживается на приемлемом уровне без перехода на питание от батарей.
Достоинства линейно-интерактивных ИБП: достаточно высокий КПД и более надежная по сравнению с резервными ИБП защита электропитания подключенной нагрузки.
Недостатки линейно-интерактивных ИБП: нестабильность выходного напряжения в штатном режиме, зависящая от диапазона входного напряжения; отсутствие стабилизации частоты в штатном режиме; отсутствие изоляции нагрузки от электросети; неэффективность при работе на нагрузку с высокой степенью нелинейности; проникновение импульсов и шумов из основной сети на нагрузку; низкая информационная безопасность (возможность несанкционированного доступа к оборудованию по питающим линиям).

Линейно-интерактивный ИБП SVEN Pro+ 400

Линейно-интерактивный ИБП SVEN Pro+ 800

Отдельно стоит сказать о технологии, известной как «дельта-преобразование напряжения». Благодаря усовершенствованной обратной связи напряжение на нагрузке регулируется плавно, а не ступенчато, как в обычных линейно-интерактивных ИБП, становится возможной стабилизация частоты выходного напряжения. Эта технология позволяет обеспечить высокий КПД и более надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети.

Линейно-интерактивный ИБП SVEN Reserve Home-1000 с длительным временем резервирования

В целом линейно-интерактивные ИБП обеспечивают приемлемый уровень защиты электропитания и служат дешевой альтернативой более сложным системам, предназначенным для работы с чувствительной к неполадкам в электросети нагрузкой. Как правило, мощность выпускаемых устройств составляет от 250 до 10000 VA (ВА).
Постоянно включенные ИБП или ИБП с двойным преобразованием (on-line, double-conversion) – обеспечивают нагрузку электропитанием без потери фазы. Принцип работы ИБП данного класса заключается в следующем: входное переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем инвертором – обратно в переменное. Даже при больших отклонениях входного напряжения ИБП продолжает питать нагрузку чистым синусоидальным стабилизированным напряжением (как правило, отклонения амплитуды выходного напряжения не превышают 5% устанавливаемого пользователем номинального значения даже при работе на нелинейную нагрузку).
Основная отличительная черта ИБП этого класса: инвертор включен последовательно с источником основного электроснабжения и находится всегда во включенном состоянии. При пропадании входного напряжения он переходит на питание от батарей. Благодаря используемой схеме такое понятие как время переключения на резервное питание от батарей для ИБП данного класса просто отсутствует.
Достоинства ИБП с двойным преобразованием: постоянная стабилизация напряжения и частоты; непрерывность фазы выходного напряжения в любых режимах; отсутствие влияние нагрузки на основную сеть; полная фильтрация импульсов и шумов основной сети; высокая информационная безопасность.
Недостатки ИБП с двойным преобразованием: сложность конструкции и, следовательно, высокая цена; относительно невысокий КПД и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы (расход электроэнергии, утилизация выделяемого тепла).
ИБП данного класса обеспечивают самую надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети, что компенсирует затраты на его приобретение и установку. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк – от 600 VA (ВА) до нескольких сотен киловольт-ампер.
По конструктивному исполнению ИБП можно разделить на настольные (как правило розеточные), напольные и стоечные (19"). Один или несколько ИБП с комплексом дополнительного коммутирующего оборудования и кабелей образуют систему бесперебойного питания (СБП).

Характеристики ИБП

Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работают от сети и не переключаются на работу от встроенных батарей. Как известно, больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов на батарею и увеличивает срок ее эксплуатации. Кроме того, ИБП с более широким диапазоном входного напряжения продолжают работать от сети и питать нагрузку, в то время как ИБП с меньшим диапазоном уже перешли на батарею и, разрядив ее, обесточили нагрузку. Это особенно актуально для наших электросетей, где нередки длительные «просадки» напряжения.
Изменение выходного напряжения при изменении входного. «Обязанность» ИБП – обеспечить выходное напряжение, при котором может нормально функционировать защищаемое им оборудование. Пониженный вольтаж на выходе ИБП способен вызвать сбои в работе оборудования и потерю данных, значительное повышение напряжения приводит к тем же результатам плюс выход оборудования из строя. Повышения напряжения происходят реже, но их последствия носят более печальный характер. Off-line ИБП напряжение никак не корректируют, модели line-interactive производят «сдвиг» напряжения на фиксированную величину (которая может принимать несколько значений).
Параметры выходного напряжения при работе от батарей – напряжение, частота, форма сигнала. Эти параметры определяют качество генерации, обеспечиваемое ИБП, от чего зависит область применения конкретного устройства.
Процесс переключения ИБП на батарею и обратно. Для нормальной работы подсоединенного к ИБП оборудования все переключения и переходные процессы должны быть «незаметны». Это означает, что они должны выполняться за минимальное время и проходить корректно – в частности, сопровождаться правильной синхронизацией частоты ИБП с внешней частотой питающей сети.
Поведение ИБП при возникновении перегрузки на выходе. При перегрузке в режиме работы от батарей ИБП выключается (для предотвращения выхода из строя). Если в процессе работы от сети возникла перегрузка (например, к ИБП было подключено дополнительное оборудование), пользователь должен знать об этом, чтобы вовремя уменьшить нагрузку. В противном случае при пропадании напряжения в сети оборудование будет моментально обесточено. Наиболее эффективным является сочетание звуковой и световой индикации, тогда как некоторые ИБП обеспечивают только световую или не имеют вообще никакой индикации.
Наличие «холодного» старта, т. е. возможность включить ИБП при отсутствии напряжения в электропитающей сети. Такая функция может стать полезной, например, если во время длительного пропадания питания нужно включить компьютер или принять/отправить факс.
Возможность стабилизации частоты (для on-line ИБП). Некоторое оборудование может быть критично к частоте питающего напряжения. Например, у двигателей переменного тока (магнитофон, виниловый проигрыватель и т. п.) при изменении частоты питающего напряжения изменяется скорость вращения.

Часть 2 (практическая)

В этой статье мы остановимся на теме выбора источника бесперебойного питания.

Итак, вы решились приобрести ИБП. Прежде всего, необходимо четко уяснить, какие из перечисленных проблем электропитания (описанных в 1 части статьи) затрагивают вас непосредственно, чтобы выбрать подходящую во всех отношениях модель ИБП.

Для дома и малого офиса. Если вы проживаете в новых районах больших городов, сеть в ваших домах достаточно стабильна и вы не отлучаетесь от включенного компьютера надолго, лучшим выбором станет простейший Off-line ИБП достаточной мощности.
Стандартный ПК весьма «лоялен» к трапециевидному напряжению, и нет смысла тратить лишние деньги на ненужные для вас функции. Можно выбрать модель без удаленного управления и даже без мониторинга (звука встроенного бипера в условиях малогабаритных помещений вполне достаточно для того, чтобы решить, какие меры надо применять). Хорошим дополнением к простейшему ИБП может быть обычный сетевой фильтр. Только запомните: ни в коем случае нельзя подключать сетевые фильтры к выходам ИБП, это существенно искажает характеристики и так не очень синусоидальной волны.

Для офисов и локальных сетей. Здесь существует как минимум три решения проблемы электропитания. Первое и самое простое – защитить сервер и хранить на нем большинство информации. Для этого подойдет Line Interactive ИБП средней и большой мощности или, если у вас очень ценная информация, On-line ИБП. Здесь не стоит мелочиться, поддержка мониторинга и другие полезные возможности программного обеспечения практически обязательны.
Второе решение: вдобавок к защите сервера защитить рабочие станции простенькими ИБП, такими же, как для домашнего пользования. Есть неплохая возможность сэкономить – запитать близко расположенные компьютеры на один ИБП. Помните только о максимальной мощности и не пользуйтесь мониторами с большой диагональю.
Третье решение, самое оптимальное, но и самое дорогое: запитать всю электросеть через On-line ИБП большой мощности. Применение этих систем оправдывается только в случаях очень ценной информации и при наличии постоянного наблюдателя, способного в отведенное время корректно обесточить все включенные агрегаты электросети или перевести их на альтернативное питание (аварийный генератор).

выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W);
время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, мсек);
время автономной работы, определяется емкостью батарей и мощностью подключенного к ИБП оборудования (измеряется в минутах);
ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);
срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно 5–10 лет).

Основной характеристикой источников бесперебойного питания является мощность. В случае c ИБП она измеряется в вольт-амперах (сокращенно VA). В большинстве случаев для того, чтобы перевести вольт-амперы в более привычные ватты, необходимо мощность в VA разделить на 1,4 или умножить на 0,7.
Мощность, потребляемая нагрузкой, определяется как произведение выходной мощности ИБП (в вольт-амперах, VA) на коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, PF).
Следует выбирать такой ИБП, для которого выполняется следующее условие:

Для расчета суммарной потребляемой мощности сложите мощности всех устройств. Выберите из линейки моделей ИБП такую, чтобы полученная суммарная мощность составляла не более 80% от выходной мощности ИБП. Некоторые специалисты рекомендуют выбирать ИБП с мощностью как минимум в 1,5 раза превосходящей суммарную нагрузку. В этом случае можно говорить о нормальной работе источника бесперебойного питания.
Обычно, величина потребляемой мощности указана на наклейке, расположенной на задней крышке устройств. Для примера, типичная потребляемая мощность для системного блока ATX составляет 250–350 VA (180–250 Вт), для мониторов 15–17" – 140–170 VA (100–122 Вт). Таким образом, для персонального компьютера в стандартной домашней конфигурации (мультимедийная станция с монитором диагональю 15») достаточно ИБП на 500-600 VA.
Одним из важных критериев также является время автономной работы компьютера от батареи ИБП – это время, в течение которого источник может поддерживать нормальное питание компьютера при отсутствии напряжения в домашней электросети. Данное время напрямую зависит от энергетической емкости аккумуляторной батареи ИБП. Оптимальное время автономной работы ПК дома должно составлять порядка 10–15 минут – этого вполне достаточно для завершения работы и сохранения любого документа.
Очень полезная дополнительная особенность – «холодный старт», т. е. возможность включения подсоединенного к ИБП оборудования в отсутствие напряжения во внешней электросети. Это бывает необходимо, например, когда нужно срочно принять или отправить письмо по электронной почте.
Во время покупки следует обратить внимание и на средний срок службы аккумуляторов в конкретном ИБП – стоимость замены батареи может доходить до трети от общей цены источника бесперебойного питания. В принципе, типичный срок службы аккумуляторов составляет от 3 до 5 лет, хотя, конечно, этот показатель очень сильно зависит от частоты их использования.

Подключение ИБП

Подключение источника бесперебойного питания ненамного сложнее подключения электроудлинителя. У ИБП имеется несколько одинаковых разъемов для подключения кабелей электропитания. Единственное «но»: ПК и источник нельзя соединить компьютерным кабелем, заканчивающимся обычной вилкой: она просто не подойдет к разъему ИБП. Поэтому если в комплекте ИБП нет специальных кабелей, то их придется приобрести отдельно. В мощных ИБП подключение осуществляется с помощью специальных клеммных колодок.
Такие устройства, как лазерные принтеры или копировальные аппараты подключать к выходу ИБП не рекомендуется, поскольку при работе они в отдельные моменты потребляют большую пиковую мощность, что может привести к перегрузке инвертора и отключению нагрузки. Поэтому многие производители устанавливают на выходе ИБП дополнительные розетки, обеспечивающие защиту только от перенапряжения и помех. В основном это относится к маломощным устройствам.
После первого включения ИБП в электросеть требуется обычно от четырех до шести часов для полной зарядки аккумулятора. После этого источник полностью готов к работе. В штатных ситуациях – при нормальном питающем напряжении в домашней электросети – ИБП никак себя не проявляет. Но, как только источнику придется переключиться на работу от своей батареи, он тут же оповестит вас об этом, причем сразу несколькими способами. Первое – это сигнальные индикаторы на корпусе ИБП. Второе – пронзительное «пищание» источника. И, наконец, третье – это оповещение программным способом (на экран выводится специальное предупреждение).

Эксплуатация ИБП

При выборе ИБП важно учитывать простоту их эксплуатации и технического обслуживания. Для конечного пользователя большое значение имеют средства индикации состояния ИБП и подключенной нагрузки. Самые простые средства отображения нужной информации – светодиоды, более информативны – жидкокристаллические (ЖК) дисплеи.
Каждый ИБП оснащается функциями тестирования – проверки исправности своих внутренних узлов. При этом осуществляется контроль внештатных ситуаций (возникновение перегрузки или короткого замыкания), анализируется состояние батарей, степень их разряда, а также правильность подключения ИБП. При подаче питания на ИБП автоматически запускается процедура тестирования, которая затем повторяется через определенные промежутки времени. Этот процесс можно запустить и вручную, нажав соответствующую кнопку (если таковая у ИБП имеется).
При наличии у ИБП интерфейсных разъемов можно осуществлять удаленный мониторинг процесса электропитания оборудования, что также значительно упрощает их техническое обслуживание. Для контроля за состоянием электросети и аккумуляторных батарей, а также других блоков устройства с помощью специального программного обеспечения ИБП может соединяться с ПК дополнительным интерфейсным кабелем. Обычно ПО для контроля входит в комплект поставки ИБП, если нет, то его можно бесплатно скачать через Интернет с сайта производителя. Практически все устройства стандартно оборудованы последовательным интерфейсом RS-232.
Во многих ИБП предусмотрена возможность горячей замены батарей (без выключения ИБП и прерывания питания нагрузки). Под этим понимается, что пользователь сам может купить батареи и заменить старые. Если вы не исключаете этого, то следует обратить внимание на наличие у ИБП байпаса – возможности питания нагрузки отфильтрованным напряжением в обход основной схемы ИБП. Переход в этот режим происходит автоматически при возникновении неисправностей в узлах ИБП или вручную для проведения обслуживания, например той же замены батарей. Эта функция имеется у всех ИБП с двойным преобразованием напряжения, а также у некоторых линейно-интерактивных устройств.

О сетевых фильтрах

В силу разных причин не всем пользователям необходим ИБП для защиты от электропомех. В этом случае от некоторых неприятностей их сможет защитить сетевой фильтр-удлинитель.
Современные сетевые фильтры внешне очень похожи на обычные электроудлинители с тремя и более розетками. Они снабжаются выключателем и сигнальным индикатором. Длина кабеля удлинителя колеблется от 1,5 до 5 и более метров. Такие фильтры предназначены для защиты компьютерной техники от кратковременного увеличения напряжения (surge), высоковольтных всплесков (spike), а также от различных электромагнитных помех. Но эти устройства, к сожалению, совершенно бессильны перед такими неприятностями, как провалы напряжения (sag) и, тем более, его полное исчезновение (blackout): все ваши несохраненные данные будут бесследно потеряны.
Подключается сетевой фильтр точно так же, как обычный электроудлинитель: кабели питания от компьютера и монитора – к сетевому фильтру, а электрокабель от фильтра – в обычную розетку.
При наличии ИБП сетевой фильтр также желателен: пиковые импульсы в подобных электросетях иногда достигают просто-напросто чудовищных величин. Сетевой фильтр стоит значительно дешевле ИБП, и, если он выгорит, будет не так обидно, как при потере отнюдь не дешевого ИБП.

ИБП (UPS) On-line (непрерывного действия c двойным преобразованием)

Источники бесперебойного питания ИБП, действующие по схеме «on-line», в отличие от систем «off-line» и «line-interactive», дают вам уверенность, что у вас не будет перерывов в снабжении электропитанием, даже в случае его отсутствия в сети.
Для этого используется технология двойного преобразования питания, которая позволяет непрерывно преобразовывать переменный ток основной сети в постоянный ток (который используется для заряда батареи) прежде, чем быть поданным через инвертор для преобразования обратно в переменный ток для питания компьютера.
Это гарантирует отсутствие времени переключения при возникновении проблем с питанием от основной сети, а также обеспечивает компенсацию «просадок»(снижение напряжения на линии) – проблемы, с которой не могут справиться системы типа «off-line».
В большинстве случаев питание основной сети пропадает не вдруг, а в течение нескольких периодов. По мере падения напряжения «просадка» компенсируется батареей ИБП типа «on-line». Инвертор не обнаруживает различий даже в случае смешения напряжения батареи и постоянного тока, полученного от основной сети.
Если полностью прекратилась подача питания от основной сети, вся нагрузка переключается на работу от батареи. Что касается компьютера, то для него не происходит никаких изменений в подаче напряжения и синусоидальный сигнал на выходе постоянно синхронизирован с основной сетью.
В ИБП с действительным двойным преобразованием (технология «on-line») батарея постоянно подключена к шине постоянного тока через диод или аналогичное электронное устройство.
Определение того, что конкретно представляет собой источник бесперебойного питания (ИБП) типа «on-line», было широко распространено в промышленности. Однако многие производители не придерживаются этой тенденции и, хотя они могут применять двойное преобразование, но для связи батареи с блоком постоянного тока ИБП используют переключатель или реле. В случае потери напряжения может потребоваться несколько миллисекунд для реле при замыкании батареи на инвертор и это может вызвать значительные перепады выходного напряжения.
Источники бесперебойного питания ИБП, построенные по схеме On-Line имеют дополнительный режим работы By-pass («обход»). Байпас (By-Pass) представляет собой режим, при котором нагрузка питается непосредственно от внешней сети через фильтр, в некоторых моделях еще и через трансформатор гальванической развязки, находящиеся в ИБП. Различают By-Pass автоматический и ручной (технический).
Автоматический By-Pass включается при перегрузках ИБП, например при включении нагрузки, пусковая мощность которой в 3–7 раз выше номинальной, при отказах возникающих внутри источника, при перегреве и т.п. Без автоматического By-Pass невозможно построение некоторых резервированных систем бесперебойного питания. При резервировании входы ИБП и By-pass должны быть раздельными. Вход основного ИБП питается от сети, а вход By-Pass от стоящего в горячем режиме резервного. В случае отказа основного ИБП он автоматически переключается в By-pass и нагрузка получает питание от резервного. Существуют и другие архитектуры систем бесперебойного питания, в которых необходимо наличие автоматического By-Pass.
Ручной By-pass необходим при ремонтах, регламентных работах, производимых с ИБП, для обеспечения непрерывности в питании нагрузки.
Стоимость аккумуляторов составляет 40-50% от стоимости источника бесперебойного питания ИБП класса On-line. Ресурс аккумуляторов, как известно, определяется количеством циклов заряд-разряд, температурой окружающей среды, оптимальностью зарядного и разрядного тока и их периодическими «тренировками».
Немаловажным достоинством качественных источников бесперебойного питания – On-line ИБП – является интелектуальное управление аккумуляторными батареями. Известно, что в аккумуляторной батарее постоянно протекают процессы саморазряда. Для их компенсации обычно в источниках бесперебойного питания ИБП осуществляют непрерывный подзаряд батареи малым током. Постоянно проходящий через батарею слабый ток вызывает изменения химического состава активных веществ, коррозию решетки и осыпание активной массы положительных пластин. Это приводит к необратимому падению емкости батарей, их срок службы сокращается, и реальное время батарейной поддержки уменьшается. В различных моделях ИБП реализуются алгоритмы управления зарядом батарей разной степени сложности. Наличие интелектуального режима управления аккумуляторными батареями гарантирует максимально щадящую их эксплуатацию и соответственно продление срока их службы.
Нагрузка, запитанная через источник бесперебойного питания ИБП класса On-line, не может быть выведена из строя или повреждена путем «электродиверсии» (целенаправленного воздействия на электроприбор или группу приборов через внесение специально подобранной последовательности возмущений в питающую их электросеть). ИБП On-line является также единственной абсолютно надежной защитой от попыток считывания информации с компьютера путем анализа его обратного воздействия на электросеть.

Преимущества источников бесперебойного питания с двойным преобразованием (технология «on-line»):
— максимальная фильтрация сетевого напряжения от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, не пропускаются обратно в сеть;
— полная стабилизация формы и величины выходного напряжения как при работе от сети, так и при работе от батарей; синусоидальная форма выходного напряжения;
— отсутствуют время переключения на батареи и любые переходные процессы при переключении.

Режимы работы ИБП c двойным преобразованием:
Сетевой режим – режим питания нагрузки энергией сети. При наличии сетевого напряжения в пределах допустимого отклонения и нагрузки, не превышающей максимально допустимую, ИБП работает в сетевом режиме. При этом режиме осуществляется:
• фильтрация импульсных и высокочастотных сетевых помех;
• преобразование энергии переменного тока сети в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя и схемы коррекции коэффициента мощности;
• преобразование с помощью инвертора энергии постоянного тока в энергию переменного тока со стабильными параметрами;
• подзаряд АБ с помощью зарядного устройства.
Автономный режим – режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи. При отклонении параметров сетевого напряжения за допустимые пределы или при полном пропадании сети ИБП мгновенно переходит на автономный режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи (АБ) через повышающий преобразователь DC/DC и инвертор. При восстановлении напряжения сети ИБП автоматически перейдет в сетевой режим.
Режим Байпас – питание нагрузки напрямую от сети. Если в сетевом режиме происходит перегрузка или перегрев ИБП, а также, если один из узлов ИБП выходит из строя, то нагрузка автоматически переключается с выхода инвертора напрямую к сети. При снятии причин перехода в Байпас (перегрузки или перегрева) ИБП автоматически возвращается в нормальный сетевой режим с двойным преобразованием энергии. Отметим, что в режиме Байпас нагрузка не защищена от некачественного напряжения сети.

Схема режима работы By-pass

Режим заряда батареи возникает при наличии сетевого напряжения. Зарядное устройство обеспечивает заряд аккумуляторной батареи, независимо от того, включен ли инвертор или присутствует режим Байпас.
Режим автоматического перезапуска ИБП возникает при восстановлении сетевого напряжения, если до того ИБП работал в автономном режиме и был автоматически отключен внутренним сигналом во избежание недопустимого разряда батареи. После появления входного напряжения ИБП автоматически включится и перейдет на сетевой режим.
Режим холодного старта обеспечивает включение ИБП для работы в автономном режиме при отсутствие сетевого напряжения путем нажатия на кнопку включения инвертора.

Словарик ИБП

Аварийный источник питания – независимый резервный источник электрической энергии (ИБП или ДГУ), который при неисправности или отключении основного источника обеспечивает электропитание необходимого качества и необходимой мощности для продолжения работы оборудования пользователя.

Аварийный (автономный) режим работы ИБП (UPS) – режим, в котором электроснабжение оборудования обеспечивается за счет энергии, запасенной в аккумуляторной батарее ИБП.

Автоматический выключатель – защитный отключающий компонент, размыкающий цепь протекания тока при заранее заданной величине.

Аккумуляторная батарея ИБП (UPS) – источник энергии для ИБП (UPS) на случай отсутствия или неудовлетворительного качества питающей сети. Напряжение аккумуляторной батареи зависит от схемотехнических решений, выбранных производителем ИБП, при его проектировании. Обычно аккумуляторная батарея собирается из свинцово-кислотных герметичных необслуживаемых аккумуляторов, в случае особых требований используются никель-кадмиевые аккумуляторы. При длительном времени работы стоимость батареи ИБП начинает занимать значительную долю в стоимости системы, и тогда применяют ДГУ в комплекте с ИБП на малое время работы. Срок службы батареи колеблется от 3 до 10 лет в зависимости от типа примененных батарей и условий их эксплуатации.

Активная мощность (действующая мощность) – термин, используемый для описания произведения эффективного значения тока, напряжения и коэффициента мощности. Выражается в Ваттах (Вт) или Киловаттах (кВт). Физически представляет собой мощность, реально потребляемую оборудованием.

Активная нагрузка – нагрузка, у которой входной коэффициент мощности равен «1», примером может послужить лампочка накаливания или ИБП с коррекцией входного коэффициента мощности. Мощность такой нагрузки, измеренная в Ваттах (Вт) совпадает с мощностью в Вольт-амперах (ВА).

Ампер (А) или киловольтампер (кА) – единица измерения силы электрического тока. Ток равен одному Амперу при его протекании через проводник сопротивлением 1 Ом при приложенном напряжении 1 Вольт.

Байпас (By-pass) – понятие имеет 2 смысла:
Режим работы ИБП – в котором вход ИБП напрямую или через корректирующие и фильтрующие цепи соединен с выходом ИБП. В таком режиме ИБП практически не способен влиять на качество выходного напряжения. В режим байпаса ИБП переводят либо принудительно с панели управления, либо ИБП переходит в этот режим самостоятельно при перегрузке или неисправности.
Часть схемы ИБП – эта часть схемы обеспечивает работу режима байпас. Бывает электронной (статический байпас) и механической (сервисный байпас). Электронный байпас защищает нагрузку ИБП от перегрузки, а оборудование от отключения питания при аварии в ИБП. Механический байпас предназначен для отключения ИБП от сети при обслуживании без отключения защищаемого оборудования.

Бустер ИБП (UPS) – устройство, позволяющее повышать или понижать выходное напряжение за счет переключения обмоток автотрансформатора или за счет специфических схемотехнических решений. Применяется в линейно-интерактивных ИБП.

Ватт (Вт) или Киловатт (кВт) – единица измерения активной мощности. Электрически определяется как мощность, выделяемая в нагрузке при приложенном к ней напряжении 1 Вольт и силе тока в 1 Ампер.

Вольт (В) или Киловольт (кВ) – единица измерения напряжения.

Вольт-ампер (ВА) или Киловольт-ампер (кВА) – единица измерения полной мощности, определяется как произведение среднеквадратических (эффективных) значений напряжения и тока в цепи.

Время переключения ИБП (UPS) – время перехода ИБП в автономный режим и обратно. У аппаратов класса Off-line и Line-interactive составляет от 5 до 20 мсек, может вызывать сбои в подключенной нагрузке. В аппаратах класса Оn-line время переключения не существует (равно нулю).

Входное напряжение – напряжение, получаемое ИБП из внешней электросети от питающей подстанции или от дизель-генераторной установки (ДГУ).

Входной изолирующий трансформатор ИБП (UPS) – трансформатор, включаемый во входную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки его внутренних узлов и входной электросети. Применяется во избежание короткого замыкания цепей ИБП, комплектуемого негерметичной аккумуляторной батареей с жидким электролитом, если существует вероятность его утечки. Также применяется при необходимости гальванической развязки цепи By-pass.

Входной коэффициент мощности ИБП (UPS) – определяет, как ведут себя входные цепи ИБП по отношению к входной сети, т.е. какую нагрузку и с каким коэффициентом мощности представляет собой ИБП для питающей сети или ДГУ.

Входной номинальный ток ИБП (UPS) – среднеквадратичное значение тока, потребляемого ИБП при условии его 100%-ой загрузки.

Выпрямитель ИБП (UPS) – устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. В современных ИБП выпрямитель также выполняет функцию коррекции входного коэффициента мощности ИБП.

Выходной коэффициент мощности ИБП (UPS) – определяет оборудование с какими коэффициентами мощности возможно подключать к данному ИБП, т.е. допустимое соотношение полной и активной мощности на выходе инвертора ИБП. Например, выходной коэффициент мощности 0,8 показывает, что к ИБП с полной мощностью 100 кВА можно подключить оборудование с активной мощностью не более 80 кВт с коэффициентом мощности 0,8 (полная мощность оборудования составит 100 кВА). Но оборудование 80 кВт с коэффициентом мощности 0,7 к такому ИБП подключить уже не удастся, потому что его полная мощность составит 114 кВА.

Выходной изолирующий трансформатор ИБП (UPS) – трансформатор, включаемый в выходную цепь ИБП для обеспечения гальванической развязки между ИБП и его нагрузкой. В трехфазных системах применяется трансформатор «треугольник-звезда». Он образует выходную нейтраль нагрузки, изолированную от входной нейтрали ИБП.

Выходной номинальный ток ИБП (UPS) – среднеквадратичное значение тока, которое могут обеспечить выходные цепи ИБП при условии их 100%-ой загрузки в кВА с нормированным коэффициентом мощности и при номинальном значении выходного напряжения.

Выходное напряжение ИБП (UPS) – напряжение, обеспечиваемое выходными цепями ИБП для питания защищаемого оборудования. Обычно имеется возможность пользователю самостоятельно выбирать величину выходного напряжения из ряда – 220, 230, 240 Вольт.

Генератор – общее название устройств для генерирования электрического напряжения или тока, или какой-либо другой энергии.

Герц (Гц) – см. Частота.

Дельта преобразование – принцип дельта преобразования. Принцип такого преобразования заключаются в том, что двойному преобразованию в ИБП (UPS) подвергается не вся энергия, потребляемая от сети, а только ее часть (до 15%), необходимая для поддержания стабильного выходного напряжения (отсюда и такое название принципа), а это ведет к уменьшению потерь и естественно повышению КПД. Кроме этого значительно повышается входной коэффициент мощности ИБП.

Децибел акустический (дБА) – единица измерения уровня шума с наложенным на измеритель фильтром, учитывающим особенность восприятия шума слуховым аппаратом человека (нелинейность частотной характеристики уха). В дБА обычно измеряются шумовые характеристики ИБП (UPS).

Диапазон входного напряжения ИБП (UPS) – верхний и нижний пороги входного напряжения, при которых ИБП переходит на питание от аккумуляторной батареи. Чем шире этот диапазон, тем меньше ИБП переходит на батарею, сохраняя ее емкость и, в конечном счете, срок службы.

Диапазон частот ИБП (UPS) – допустимое отклонение входной или выходной частоты ИБП / UPS от номинального значения в установившемся состоянии.

Динамическая нестабильность выходного напряжения ИБП (UPS) – нестабильность значения выходного напряжения при скачкообразном изменении значения нагрузки на выходе ИБП (обычно данные приводятся при изменении мощности нагрузки от 0 до 100% и от 100% до 0). Чем ниже это значение, тем выше динамические характеристики ИБП.

Дрейф частоты – дрейф частоты это постепенное увеличение или уменьшение ее среднего значения при постоянной нагрузке.

Емкость аккумулятора – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Измеряется в Ампер-часах или Ватт-часах. В случае относительно быстрого разряда аккумулятора применяется более удобное понятие – мощность отдаваемая батареей при разряде до определенного порогового значения напряжения за определенный период времени.

Инвертор ИБП (UPS) – часть схемы ИБП, которая служит для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное напряжение на выходе источника. В ИБП класса Off-line инвертор работает только в автономном режиме ИБП и формирует ступенчатую аппроксимацию синусоиды. В ИБП класса Оn-line инвертор вырабатывает на выходе практически идеальную синусоиду и работает в любом режиме (кроме Bypass), получая на свой вход в автономном режиме питание от аккумуляторов, а в нормальном режиме — от входной сети после выпрямления и стабилизации входного переменного напряжения

Индуктивность (L) – любое устройство, в состав деталей которого входит железо, имеет некоторое количество магнитной инерции. Эта инерция препятствует любым изменениям тока. Характеристика контура, которая вызывает эту магнитную инерцию, известна под названием самоиндуктивность. Она измеряется в Генри и обозначается как L.

Источник бесперебойного питания, ИБП, UPS – устройство, поддерживающее заданное качество выходного напряжения при наличии неполадок во входном напряжении за счет использования энергии аккумуляторных батарей (пропадание, искажения формы, отклонения номинала и т.д.). ИБП с двойным преобразованием On-Line класса VFI-SS-111 обеспечивают защиту от любых неполадок питающей энергосети.

Заземление (земля) – выравнивание потенциалов металлических поверхностей оборудования с потенциалом земли (нулевым) для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, обеспечивается с помощью заземляющего проводника. Также служит для подавления синфазной помехи по фазному и нейтральному питающим проводникам. Правила выполнения заземления строго регламентируются в нормативной документации

Зарядное устройство ИБП (UPS) – часть ИБП, которая обеспечивает поддержание аккумуляторной батареи в заряженном состоянии. В современных ИБП зарядное устройство работает по сложному алгоритму, обеспечивающим максимальный срок эксплуатации аккумуляторной батареи ИБП, при условии рекомендованного диапазона температуры окружающей среды, и быстрый термокомпенсированный заряд

кВА (Киловольтамперы) – полная мощность оборудования, характеризует токи, например, текущие по проводам между ИБП и нагрузкой. ПО ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ с необходимым запасом 10-20% выбирается мощность ИБП.

кВт (Киловатты) – активная мощность оборудования, характеризует мощность, потребляемую нагрузкой. Исходя из активной мощности, в сочетании с необходимым временем работы выбирается емкость внешней батареи ИБП.

Коэффициент мощности – числовое значение, определяющее соотношение между активной мощностью и полной мощностью потребляемой оборудованием. В случае линейных напряжений и токов, протекающих в цепях, коэффициент мощности совпадает с косинусом Фи (cos φ). В случае единичного коэффициента мощности ток и напряжение совпадают по фазе и оборудование потребляет только активную мощность – это идеальный вариант, поскольку за низкое значение коэффициента мощности на предприятие может быть наложен штраф. В применении к ИБП бывает входной коэффициент мощности и выходной коэффициент мощности.

Короткое замыкание – режим, при котором сопротивление нагрузки приближается к нулю. Ток в цепи в этом случае ограничивается выходным сопротивлением питающей сети и сопротивлением питающих проводников. В случае короткого замыкания на выходе ИБП ток ограничивается выходным инвертором ИБП или его выходным трансформатором. На практике токов короткого замыкания никогда не достигают, поскольку в цепях устанавливаются предохранители или автоматические размыкатели цепи.

Коэффициент нелинейных искажений (КНИ или коэффициент несинусоидальности) – определяет веса высших гармоник переменного напряжения по отношению к основной гармонике. Чем КНИ меньше, тем ближе форма напряжения к чистой синусоиде. Например, синусоидальная форма сигнала (КНИ = 0), форма сигнала отлична от синусоидальной, но искажения не заметны на глаз (КНИ 5%), сигнал имеет трапецеидальную или ступенчатую форму (КНИ