Технологии ИБП

Технология off-line (резервные)

         Принцип работы резервных ИБП заключается в питании нагрузки (какого либо прибора, например ПК) напряжением сети при его наличии и быстром переключении на резервную схему питания (батарея и инвертор) при его пропадании. Батареи автоматически подзаряжаются при работе ИБП от сети. Эффективность — в 55% случаев проблем с питанием.

         В большинстве компьютеров в настоящее время используются так называемые источники питания коммутируемого типа, позволяющие выдержать короткие провалы основного питания за счёт накопления относительно небольшого количества энергии во встроенных конденсаторах. Это означает, что допускается использование ИБП типа off-line, поскольку небольшое время задержки (порядка нескольких миллисекунд) при переходе питания от основной сети на батарею ИБП не является жизненно важным фактором. Используемые в основном в маломощном спектре мощностей ИБП, модели типа off-line являются простейшими и экономичными. Они обеспечивают частично отфильтрованное сетевое питание нагрузки, что означает отсутствие действительного чистого питания, при этом заряженная батарея остаётся в резерве. Если значение входного напряжения падает ниже определённого уровня, переключатель, встроенный в ИБП, соединяет батарею с инвертором, преобразующим постоянный ток батареи в переменный, который подаётся на компьютер.

         Существует определённое время переключения между основной сетью и батареей, которое может оказывать воздействие на чувствительную нагрузку, однако, большинство ПК способны выдержать задержку в 2–20 миллисекунды, которая необходима инвертору, чтобы выработать переменное напряжение.

         Если говорить о применении, то ИБП типа off-line (резервные) являются наилучшим решением для поддержки «некритичного» сетевого оборудования небольшой мощности, факсимильных аппаратов и автономных ПК.

Преимущества:

     - компактность, экономичность, лёгкость, невысокая стоимость

Недостатки:

     - неполная фильтрация напряжения сети от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, пропускаются обратно в сеть 
     - скачкообразное изменение частоты, формы и величины выходного напряжения при переходе на батареи (время перехода — 4 мс)
     - прямоугольная форма выходного напряжения вместо синусоидальной.

Особенности:

     - в нормальном режиме питание поступает напрямую от сети к нагрузке
     - в случае возникновения проблем с электропитанием нагрузка переключается на питание от батареи
     - в режиме работы от батареи на нагрузку поступает сигнал прямоугольной формы

Область применения ИБП архитектуры off-line (резервные): 

     - защита один на один (ПК, рабочие станции)

Для себя:  к данному типу ИБП можно подключить систему освещения и другую нетребовательную технику, для которой не важна форма выходного напряжения (в данном типе ИБП это "прямоугольная форма выходного напряжения вместо синусоидальной").

Технология line-interactive (линейно-интерактивные)

         Принцип работы интерактивных ИБП полностью идентичен резервным, за исключением ступенчатой стабилизации напряжения посредством коммутации обмоток автотрансформатора. Эффективность в 85% случаев проблем с электропитанием.

         Линейно-интерактивные ИБП обеспечивают защиту по питанию, его фильтрацию, т.е. подавление всплесков напряжения и решающее проблему искажения формы сигнала. Одной из важных особенностей, линейно-интерактивных ИБП является наличие на выходе автотрансформатора, позволяющего регулировать входное напряжение в большом диапазоне при относительном постоянстве выходного напряжения. При нормальной работе основной сети питания, заряд батареи осуществляется от инвертора. При пропадании входного напряжения, статический переключатель замыкает цепь питания от батареи на выход ИБП. Поскольку инвертор постоянно замкнут на выход, он осуществляет дополнительную фильтрацию и позволяет избежать переключений при «просадках» напряжения, как в случае с ИБП типа off-line. Это делает линейно-интерактивные ИБП лучшим решением по сравнению с моделями типа off-line, а также является более экономичным по сравнению с моделями on-line, в том случае, если «фильтрация» питания не является столь существенной.

         Линейно-интерактивные ИБП лучше подходят для поддержки сетевого и удалённого оборудования, чем ИБП технологии off-line, и могут служить средством защиты важных рабочих станций, серверов и межсетевых устройств, таких как маршрутизаторы.

Преимущества:

     - компактность, экономичность, шаговый стабилизатор напряжения, синусоидальная форма выходного напряжения, невысокая стоимость

Недостатки:

     - неполная фильтрация напряжения сети от помех и выбросов; помехи, генерируемые нагрузкой, пропускаются обратно в сеть

     - скачкообразное изменение частоты, формы и величины (в меньшей степени) выходного напряжения при переходе на питание от батареи

Особенности:

     - в нормальном режиме питание поступает напрямую от сети к нагрузке
     - в случае возникновения проблем с электропитанием, автотрансформатор (AVR) повышает или понижает входное напряжение в пределах отклонения 25% от номинального значения, пытаясь вернуть напряжение к номиналу (при этом не задействуя батарею)
     - в случае более сильных отклонений переключается на работу от батареи
     - в режиме работы от батареи на нагрузку поступает сигнал ступенчатой или прямоугольной формы

Область применения ИБП архитектуры line-interactive (линейно-интерактивные):

     - защита ПК и серверов

Для себя:  к данному типу ИБП можно подключать системы видеонаблюдения и сигнализации, аудио-видео аппаратуру, персональные ПК, не критическое серверное оборудование.

Технология on-line (двойного преобразования, непрерывного действия)

         Принцип работы он-лайновых ИБП построен на двойном преобразовании входного напряжения: выпрямление с последующей подачей на обратный преобразователь (инвертор).

         ИБП, действующие по схеме on-line, обеспечивают бесперебойное снабжение 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. По мере падения напряжения «просадка» компенсируется батареей ИБП типа on-line. Инвертор не обнаруживает различий даже в случае смешения напряжения полученного от батареи и постоянного тока, полученного от основной сети. У ИБП технологии on-line время переключения равно «0», так как для инвертора нет разницы, от какого источника получать электропитание. При наличии сетевого питания инвертор получает его от выпрямителя, а при пропадании сетевого электропитания задействуется батарея. Что касается компьютера, то для него не происходит никаких изменений в подаче напряжения и синусоидальный сигнал на выходе постоянно синхронизирован с основной сеть

Преимущества:

     - 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

Особенности:

     - вне зависимости от входного сигнала, цикл выпрямитель/инвертор позволяет получить на выходе ИБП отфильтрованный и стабилизированный по фазам и напряжению сигнал
     - в случае больших отклонений от номинального значения входного напряжения переключается на работу от батареи
     - всегда обеспечивает нагрузку «чистым» синусоидальным напряжением

Область применения ИБП архитектуры on-line (двойное преобразование, непрерывного действия):

     - серверы, телекоммуникационное оборудование, сетевые узлы, «критичное» оборудование

Для себя:  к данному типу ИБП нужно подключать критическое серверное оборудование , а также другое требовательного оборудование.

Байпас (англ. bypass — обход) - функция в электронном устройстве (обработки сигнала, стабилизации напряжения и др.), позволяющая выполнить коммутацию (подключение) входного сигнала непосредственно на выход, минуя все функциональные блоки.

Схема, показывающая общий принцип реализации байпаса

Моя схема ИБП с технологией "on-line" (двойного преобразования, непрерывного действия)

Как перевести Вольт-амперы (ВА или VA) в Ватты (Вт):  ВА х 0,65  (к примеру: 1000 ВА х 0,65 = 650 Вт) 

Как перевести Ватты (Вт) в Вольт-амперы (ВА или VA):  Вт : 0,65  (к примеру: 650 Вт : 0,65 = 1000 Вт)

0,65 - коэффициент мощности, комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой (каким либо прибором) в электросеть. Типовые значения коэффициента мощности : 1 - идеальное значение; 0.95 - хороший показатель; 0.9 - удовлетворительный показатель; 0.8 - плохой показатель; 0.7 - компьютерное оборудование; 0.65 - двухполупериодный выпрямитель

Примечание: бывает что не все розетки на ИБП подключены к аккумулятору. К примеру есть 6 розеток, из них: 3 - с бесперебойным питанием, 3 - с прямым питанием от обычной сети. Или бывает что вообще отсутствуют обычные розетки, вместо них присутствуют выходы с разъёмом IEC C14 (как на задней стороне системного блока домашнего ПК). Для подключения обычных вилок от бытовых приборов нужно отдельно покупать тройник или фильтр с разъёмом IEC C14.

        Дополнительно в ИБП могут присутствовать разъёмы RJ-11 для защиты телефона/факса/модем/DSL (аналоговая телефонная линия), и (или) разъёмы RJ-45 для интернет подключения (10/100/1000 Base-T Ethernet).

По поводу защиты интернет-подключения: следует обратить внимание на то, что разъём RJ-11 присутствующий в ИБП, не подходит для подключения спутникового ресивера или другой аппаратуры с интерфейсом Ethernet, так как в них используется разъём RJ-45.  С технической стороны к входу ИБП можно подключить кабель с разъёмом RJ-11, который в свою очередь будет подключаться к специальному модему с разъёмом RJ-11 с выходом в интернет. Но от ИБП, кабелем с разъёмом RJ-11 спутниковый ресивер не подключишь (так как в нём разъём RJ-45), для этого нужен спутниковый ресивер с разъёмом RJ-11 (такого я пока не видел) или какой-то переходник-конвертор RJ-11 в RJ-45 (такого я тоже пока не видел). Можно к выходу RJ-11 ИБП подключить модем с выходом RJ-45 для подключения спутникового ресивера, но такого модема я не видел, к тому же это финансово и технически не выгодно.  Поэтому для защиты сетевого подключения спутникового ресивера или другой аппаратуры, следует искать ИБП с защитой Интернет-линии, с разъёмом RJ-45. А ещё удобнее покупать аппаратуру с Wi-Fi, не понадобиться прокладывать столько проводов. 

Как отключить сигнал оповещения (писк): 1. Сигнал отключается программно в настройках ИБП через подключение к компьютеру с помощью USB или другого порта (в зависимости от модели ИБП).  2. Сигнал отключается нажатием кнопки Вкл/Выкл питания ИБП определённое количество раз, указанное в инструкции (в зависимости от модели ИБП)  3. Сигнал можно отключить самостоятельно разобрав ИБП и подключив к динамику собственную кнопку Вкл/Выкл или регулятор громкости от магнитофона (так можно ещё будет регулировать громкость сигнала).

Проблемы с программным обеспечением ИБП:  1. В комплекте поставки нет диска с программным обеспечением - программное обеспечение можно скачать с официального сайта производителя ИБП.  2. Для в хода в программу управления ИБП требуется пароль - administrator или Administrator

Рекомендации. ИБП лучше подключать совместно со стабилизатором (стабилизатор, а затем ИБП). ИБП хорошо работает в случае полного отключения напряжения в сети, но во время сильных скачков напряжения, ИБП также будет работать прерывисто: переходить на питание то от аккумулятора, то от сети, а также постоянно пищать. По этому необходимо перед ИБП подключать стабилизатор, это позволит "выровнять" напряжение от сети для ИБП, а также защитить вашу сеть от воздействия прибора-потребителя работающего от ИБП. Так как обычно ИБП защищает только свой выход, а вход (тоесть подключение к сети) не защищён от помех или короткого замыкания полученного от прибора-потребителя. 

Внимание: с ИБП запрещено проводить различные "махинации" подключения с целью продления времени работы без стационарного электричества. 

При последовательном подключении (ИБП - 1, а к нему ИБП - 2), первый ИБП будет испытывать перегрузку и может выйти из строя. Только если ИБП - 1 будет иметь в 2,5 раза больше мощность чем ИБП - 2, а ИБП - 2 в свою очередь будет иметь запас мощности в 1,5 раза больше чем потребитель (к примеру бытовой прибор). Но это всего лишь предположение, на самом деле подтверждение работоспособности данного способа я пока не нашёл, поэтому применять его без экспериментальной проверки не советую.

При параллельном подключении (к сети ИБП - 1 и ИБП - 2, а от них одновремённо нагрузка-потребитель). На первый взгляд не каких проблем в данной схеме не видно. Но проблема кроется в разнице вырабатываемого напряжения инвертором от аккумулятора ИБП (даже в одинаковых моделях). Как известно, напряжение в данном случае является переменным - с частотой 50 Гц. И тут возникает проблема: два ИБП не могут работать синхронно (без дополнительного технического вмешательства) вырабатывать частоту в 50 Гц. В результате при работе от двух параллельно подключённых ИБП, нагрузка-потребитель будет получать искажённое переменное напряжение (может вообще стать постоянным, при пересечении частот двух ИБП) и как следствие выйти из строя. Данную проблему можно решить техническим вмешательством в работу ИБП, но тогда мы получим уже самосозданный серверный ИБП большой мощности, который уже лучше купить в "нормальной сборке". При постоянном токе такая схема работала бы без проблем.

Вторая проблема заключается в возможном перепутывании контактов "фаза" и "ноль". Поскольку на выходе ИБП не отмечены данные контакты, то при коммутации (соединении) подключений двух ИБП может возникнуть короткое замыкание, из-за несовпадения контактов "фаза" и "ноль". Данную проблему теоретически можно решить отметив на выходах каждого ИБП "фазу" и "ноль", и при коммутации следить чтобы данные контакты совпадали. Но для этого нужно пройти обучающие курсы по электротехнике, для большего понимания принципов работы электрических цепей.

А теперь опишем безопасные способы продления времени работы потребителей от ИБП, это:

1) Использование профессиональных мощных ИБП - www.allure.com.ua,  220volt.com.ua - этот способ следует применять в случае использования одного мощного прибора-потребителя

2) Подключение 1 (или 2) розетки на один обычный ИБП - тоесть если в помещении имеется несколько приборов-потребителей с большой общей мощностью (тоесть сумма мощностей всех приборов вместе), то для каждого такого прибора должен быть свой отдельный ИБП. 

К примеру, парикмахерское помещение имеет 4 рабочих места ("кресла"), мощность потребления одного рабочего места около 1 кВт (фен для волос), значит 4 рабочих места будут потреблять 4 кВт мощности. 

1 вариант: использовать профессиональный ИБП мощностью 4,5 кВт

     плюсы - одно устройство (меньше опасность пожара), лёгкое подключение

     минусы - большая цена (даже 4 обычных ИБП могут стоить дешевле), при поломке ИБП все рабочие места останутся без электричества

2 вариант: использовать 4 обычных ИБП (1 ИБП на 1 рабочие место), мощностью 1 кВт каждый

     плюсы - при поломке одного ИБП, только одно рабочие место останется без электричества

     минусы - более сложное подключение (понадобиться прокладывать больше проводов, для каждого рабочего места) и как следствие возрастает пожароопасность

3) Параллельное подключение с использованием реле контроля наличия напряжения - тоесть к обычной сети  одновремённо подключаются два ИБП, на выход ИБП подключается реле (реле также подключается к обычной сети 220 В ), а к реле подключается потребитель, мощность которого не превышает максимальной мощности одного выше указанного ИБП. При отключении электричества, реле переключит цепь питания на ИБП - 1, и после его разрядки (или выхода из строя) реле переключит потребителя на питание от ИБП - 2. 

Этот способ можно разделить на два вида:

     - защита от поломки ИБП = поскольку используется два ИБП, то в случае несрабатывания первого ИБП - 1, реле подключит второй ИБП - 2 (одновремённо выйти из строя два ИБП теоретически не могут). Такая схема подходит для важного, но не очень чувствительного к кратковременному отсутствию напряжения оборудования, например сигнализации, так как напряжение в данной схеме может отсутствовать до 2-3 секунд.

     - продление времени работы = поскольку используется два ИБП, то после разрядки первого ИБП - 1, реле подключит второй ИБП - 2.  Такая схема подходит для не очень чувствительного к кратковременному отсутствию напряжения оборудования, которое необходимо долгое время обеспечивать электричеством.