Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
Источники бесперебойного электропитания (ИБП)
- Введение Источники бесперебойного питания - классификация и принципы действия
- Источники бесперебойного электропитания с двойным преобразованием типа ONLINE
- Обзор рынка ИБП.
- Заключение.
Введение
Источники бесперебойного электропитания (uninterruptible power supply – UPS) – это интеллектуальные, мало обслуживаемые электронные устройства, имеющие на выходных клеммах напряжение с высокими параметрами качества. Они применяются для электропитания потребителей, предъявляющих повышенные требования к качеству питающего напряжения. В общем случае сетевое напряжение может пропадать полностью, по форме отличаться от синусоидального, содержать высокочастотные и низкочастотные помехи, всплески и провалы относительно среднего значения напряжения, шумы, отклонения частоты и прочее. Все перечисленные факторы в большей или меньшей степени оказывают отрицательное действие на функционирование критических нагрузок: сбои систем управления, потери информации, искажение информации, аварийная остановка технологических процессов и даже выход оборудования из строя.
Именно применение ИБП позволяет полностью избежать перечисленных проблем и почувствовать преимущество стабильной работы.
Источники бесперебойного питания - классификация и принципы действия
Все ИБП делятся в соответствии с принципом работы и выполняемыми функциями на несколько классов: резервные, линейно-интерактивные и типа on-line. Первые обеспечивают самую слабую, а последние - наиболее надежную защиту сети.
Принцип работы резервных ИБП понятен из названия -- нагрузка (критичное оборудование) через сетевой фильтр напрямую связана с городской электросетью. При отключении входного напряжения она переводится на питание от встроенных в ИБП аккумуляторов, за формирование выходного напряжения отвечает инвертор ИБП. В целом они являются неплохим средством для защиты персональных компьютеров, кассовых терминалов, офисного оборудования. Основные функции: фильтрация помех и поддержание работы подключенного оборудования при искажениях или пропадании входного напряжения. Несомненное преимущество ИБП данного класса - низкая стоимость. Однако наряду с этим нужно отметить, что они не стабилизируют выходное напряжение, имеют довольно большое время переключения на питание от батарей (около 4 мс), а напряжение на выходе инвертора, как правило, имеет прямоугольную форму. Для питания компьютеров это в принципе приемлемо, хотя и нежелательно, а вот сетевое оборудование таким напряжением питать не стоит. В основном эти устройства имеют выходную мощность до 1 кВ. А.
Линейно-интерактивные ИБП Данная схема отличается от резервных наличием линейного стабилизатора (бустера) на базе автотрансформатора с переключаемыми отводами. Система управления ИБП анализирует входное напряжение и, если оно выходит за допустимые пределы, пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора (что увеличивает или уменьшает напряжение на выходе ИБП по отношению к входному). Полоса регулировки, как правило, имеет ширину ±20%. После выхода из коридора регулировки напряжения автотрансформатором ИБП переходит на питание нагрузки от батарей. Время переключения, как и в предыдущем случае, около 4 мс. Схема Line-interactive являет собой удачный компромисс между дорогостоящими системами On-line и примитивными резервными. Эффективность защиты для ИБП этого типа — около 98%.
Благодаря такой структуре ИБП реже переходит на работу от батарей, что продлевает срок их службы; во многих случаях при уменьшении или увеличении напряжения в сети ИБП вообще не переходит на работу от батарей; автотрансформатор выполняет роль дополнительного сетевого фильтра, благодаря высокой индуктивности эффективно подавляя импульсные и высокочастотные помехи. Область применения таких ИБП простирается от рабочих станций до довольно мощных серверов.
On-line ИБП представляют собой самое надежное решение для защиты от сбоев электропитания критичного оборудования. В них используется двойное преобразование напряжения, т. е. входное напряжение сначала выпрямляется, а затем инвертор формирует из него выходное синусоидальное напряжение, таким образом, вся поступающая на вход "грязная" энергия преобразуется в "чистую", свободную от помех и каких-либо искажений. В такой схеме при пропадании электропитания переключение на батареи происходит практически мгновенно. У ИБП этого класса есть и другие преимущества, касающиеся коррекции коэффициента мощности, контроля состояния батарей, а также средств мониторинга и управления самим ИБП. Поскольку описанные устройства постоянно включены в линию подачи электропитания, их и называют on-line ИБП.
В настоящее время такие ИБП выпускаются с выходной мощностью от 500 ВА до 800 кВА, что свидетельствует об очень широкой области применения. Недостатки схемы On-line — относительная сложность и более высокая стоимость, а также дополнительные энергозатраты на двойное преобразование, снижающие общий кпд системы: если у ИБП Off-line и Line-interactive кпд около 95%, то у On-line он составляет 85%. Тем не менее ИБП On-line — это решение, позволяющее полностью защитить нагрузку от всех существующих типов неполадок сетевого напряжения.
Еще один параметр ИБП — форма генерируемого напряжения. В дешевых моделях она близка к меандру, переходя в трапецию и далее в синусоиду. Напряжение, близкое по форме к синусоидальному, генерируют только ИБП типа On-line и мощные аппараты Line-interactive, где для аппроксимации используют широтно-импульсную модуляцию (нечто подобное применяется в усилителях класса Д).
Помимо вышеперечисленных существуют и другие классы ИБП, например с дельта-преобразованием напряжения. Они в чем-то схожи с on-line системами, но, в отличие от последних, преобразованию в них подвергается не все входное напряжение, а только его часть. Есть также и так называемые динамические ИБП, в которых функцию элемента, запасающего энергию на случай пропадания электропитания, выполняет, например, вращающийся маховик.
(Рис.1)
ВИДЫ ПОМЕХ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ (Рис.2)
Помеха | Последствия для компьютеров | Устройства, используемые для устранения | Степень защиты |
Power Surges Всплески напряжения | Сброс оперативной памяти. Возникновение ошибок. Выход из строя аппаратуры. Мерцание освещения | Сетевые фильтры | частично |
High voltage Spikes | Сброс оперативной памяти. Выход из строя элементов аппаратуры. | Сетевые фильтры | да |
Power Sags | Сброс оперативной памяти. Возникновение ошибок. Выход из строя аппаратуры. Мерцание освещения | Сетевые фильтры | >нет |
Electrical Line Noice Высокочастотный шум | Возникновение ошибок. Сброс оперативной памяти. “Зависание” компьютерных систем. Выход из строя накопителей. | Сетевые фильтры | нет |
Frequency Variations Выбег частоты | “Зависание” компьютерных систем. Выход из строя накопителей. Потеря данных. | Сетевые фильтры | нет |
Brownout Подсадка напряжения (длительные) | Потеря данных. Выход из стоя аппаратуры. | Сетевые фильтры | нет |
Power Failture Пропадание напряжения | Потеря данных. Непредсказуемые последствия. | Сетевые фильтры | нет |
ИБП, имеющие различную архитектуру, имеют различную степень защиты от входных помех.
- В общем случае, ИБП осуществляют фильтрацию входного напряжения, что сильно ослабляет входные помехи, но не всегда устраняет их полностью. Источники бесперебойного электропитания типа OFF-LINE, LINE-INTERACTIVE, а также ИБП с так называемым Delta преобразованием, не способны полностью устранить отрицательное действие вышеперечисленных факторов. Только ИБП, имеющие архитектуру "ON-LINE" с двойным преобразованием и регенерацией выходного напряжения, позволяют полностью устранить отрицательное действие помех входной сети.
Источники бесперебойного электропитания с двойным преобразованием типа ONLINE (Рис.3)
| 1 = Сеть; |
На схеме (Рис.3) показана типовая структурная схема ИБП, имеющего архитектуру "ON-LINE" с двойным преобразованием. Из схемы можно понять, что входное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, которое используется для заряда батарей и электропитания инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное с частотой 50/60Гц.
Качество выходного напряжения источников данного типа определяется только параметрами электронной схемы инвертора, элементной базой и качеством изготовления, и никак не зависит от качества входной сети.
Режим Ву-Раss
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.
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.
Таким образом, наличие режима By-Pass позволяет экономить на мощности ИБП (выбирать ИБП без учета пусковой мощности защищаемого оборудования), повышает надежность, обеспечивает гибкость при создании сложных систем бесперебойного питания, создает удобства при обслуживании и ремонте ИБП.
Нормальные режимы работы
Двойное преобразование (ON-LINE)
В режиме двойного преобразования нагрузка питается от инвертора. Выпрямитель, питающийся от сети, подает питание на инвертор и заряжает батарею. (Рис.4)
(Рис.4)
| 1 = Сеть |
Экономичный режим (Ecomode)
Некоторые ИБП обладают возможностью работать в режиме Ecomode. Если выбран режим Ecomode, и сеть находится в исправном состоянии, питание нагрузки осуществляется от сети через статический байпас. При выходе напряжения сети за пределы установленных допусков, нагрузка автоматически переключается на питание от инвертора. После восстановления сети нагрузка снова переключается на питание от сети.
Внимание: в режиме Ecomode повышается экономичность, однако нагрузка подключается к сети общего пользования, и помехи сети могут воздействовать на нагрузку.
Включение и отключение режима Ecomode может также быть произведено с панели управления в любое время.(Рис.5)
(Рис.5)
Сервисные режимы
Работа сервисного байпаса
Сервисный байпас, позволяет включать нагрузку непосредственно на питание от сети через переключатель Q2 (4) без перерыва в энергоснабжении. (Рис.6)
(Рис.6)
Временные рабочие режимы
Работа при сбое в сети
В режиме ON-LINE, в случае сбоя в сети, инвертор продолжает осуществлять бесперебойное питание нагрузки, используя питание от батареи.
В режиме Ecomode, в случае выхода напряжения сети за пределы установленных допусков, нагрузка переключается на питание от инвертора. Выпрямитель работает с широким полем допусков по напряжению, поэтому можно оставить его включенным.
В случае отключения выпрямителя при разряженном аккумуляторе на индикаторе состояния батареи появится тревожное сообщение "STOP OPERATION" ("останов работы"), предупреждающее пользователя о том, что автономное питание будет продолжаться в течение заданного времени, после чего отключится.
Работа при восстановлении сети
Во время сбоя в сети нагрузка питается от батареи. Как только работа сети будет восстановлена, выпрямитель автоматически включится, начнет подзаряжать батарею и подавать питание на инвертор. В случае отключения из-за полной разрядки батареи, при восстановлении сети система включится автоматически. Если энергии батареи будет достаточно для обеспечения работы от инвертора в течение минимального времени (на случай последующих повреждений сети), нагрузка снова переключится на питание от инвертора.
Режим работы через электронный байпас
В режиме ON-LINE, в случае отклонений напряжения инвертора, а также в случае перегрузки или короткого замыкания на выходе нагрузка мгновенно переключается на питание от сети через статический байпас.
После восстановления инвертора нагрузка автоматически переключается на питание от инвертора.
Альтернативные рабочие режимы
Стабилизатор частоты/напряжения
В этом рабочем режиме ON-LINE ИБП улучшает качество напряжения, подаваемого на нагрузку, и качество тока от сети. В случае перегрузки нагрузка переключается на питание от сети через схему байпаса (2). (Рис.7)
Если к ИБП не будет подключена батарея, то сбои в сети или короткое замыкание на выходе приведут и к сбоям в питании нагрузки.
(Рис.7)
| 1 = Сеть |
Преобразователь частоты
Система ИБП может работать с разными частотами нагрузки и сети. В этом режиме работы схема байпаса должна быть блокирована.
Если в данной конфигурации к ИБП не будет подключена батарея, то сбои в сети или короткое замыкание на выходе приведут и к сбоям в питании нагрузки.
Обзор рынка ИБП.
Ситуация в данный момент на российском рынке ИБП примерно такова. Более 90% рынка принадлежит следующим производителям с мировым именем: APC, Chloride, Invensys, IMV и Liebert-Hiross. Из известных компаний в России представлены также MGE UPS Systems, Riello, Socomec-Sicon. Говоря о позициях конкретных компаний на на рынке ИБП, можно отметить, что в сегменте ИБП малой мощности (до 3 кВА) около 50% рынка принадлежит компании АРС, что во многом объясняется разветвленной сетью партнеров и дистрибьюторов, а также политикой, проводимой компанией. На втором месте идет компания Invensys (владелец торговых марок Best Power и Powerware). По некоторым оценкам, на ее долю приходится около 9% рынка. Примерно равные позиции (около 3%) занимают компании Liebert-Hiross и Chloride. Около трети этого сегмента формируют компании типа Powercom. Если же рассматривать более мощные ИБП, здесь ситуация несколько другая. В сегменте рынка ИБП мощностью от 3 до 30 кВА нет ярко выраженных лидеров, все компании имеют приблизительно равный уровень, тем не менее можно отметить сильные позиции Invensys, Chloride и IMV.
Здесь представлен обзор наиболее популярных источников бесперебойного питания на российском рынке.
АРС Smart-UPS On-Line
Smart-UPS On-Line 1000 (он же SUOL 1000XL1) представляет собой постоянно действующий ИБП на 1 кВ-А. Он заключен в черный металлический корпус, который можно установить в стандартную 19-дюйм стойку (модуль 2LJ) или, привинтив к нему две имеющиеся в комплекте подставки, на пол или стол. В аппарате предусмотрены шесть выходных розеток, интерфейс RS-232 для связи с ПК и гнездо для установки одного из стандартных модулей управления.
На передней панели имеются кнопки включения/тестирования и выключения, линейки светодиодов, показывающие заряд батареи и процент загрузки ИБП. Кроме того, предусмотрены шесть светодиодов, указывающих текущее состояние сетевого напряжения, режимы работы ИБП и состояние батареи.
Выходное напряжение этого ИБП, как и у других постоянно действующих устройств, имеет практически идеально синусоидальную форму, независимо от того, работает ли он от сети или от батареи. Величина напряжения также постоянна с высокой точностью и не зависит от напряжения в сети. SUOL 1000XLI удивил прежде всего тем, что переходил на батарейное питание при снижении входного напряжения до 105 В (для большинства современных ИБП это пороговое напряжение не ниже 160 В), причем независимо от нагрузки. Время работы тестового ПК от полностью заряженной батареи составило 45 мин - лучший показатель среди ИБП мощностью 1 кВ-А и ниже.
Замена герметичной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи SUOL 1000XLI выполняется очень легко, причем ее можно производить без отключения сетевого питания и нагрузки. Интересно, что источник, вероятно по соображениям безопасности, транспортируется с отключенной батареей, поэтому перед его запуском в эксплуатацию необходимо снять крепящуюся двумя винтами крышку батарейного отсека и подключить батарею.
Входящее в комплект поставки ПО PowerChute Symmetra Bundle, наиболее мощное и многоплатформное из четырех рассмотренных. Оно позволяет легко осуществлять все необходимые операции по мониторингу множества ИБП, подключенных к сетевым ПК или серверам.
В целом Smart-UPS On-Line 1000 оставил самое благоприятное впечатление, этот ИБП показался наиболее привлекательным среди рассмотренных моделей.
Invensys Powerware 5i
Компания Invensys представила самый мощный из пяти ИБП - на 2,2 кВ-А. На задней панели этого внушительного аппарата массой более 30 кг установлено целых девять выходных розеток с батарейным питанием и одна розетка RJ-45 для защиты Ethernet-сети от импульсных помех и перенапряжений. Фактически в 5125 установлены две розетки RJ-45 - входная и выходная (защищенная).
На передней панели устройства имеются три кнопки (включения, выключения и самотестирования) и обычный набор светодиодных индикаторов: заряда батареи, состояния питающей сети, работы от батареи, перегрузки.
Этот интерактивный ИБП, в отличие от большинства своих "коллег", имеет двухступенчатую схему корректировки выходного напряжения при снижении и повышении входного: когда напряжение сети снижается от 220 до 205 В, выходное напряжение ИБП отслеживает входное; при дальнейшем снижении сетевого напряжения выходное скачком возрастает до 230 В, и эта 25-В "добавка" сохраняется примерно до 175 В, после чего "добавка" увеличивается до 50 В; если входное напряжение падает ниже 160 В, ИБП переходит на питание от батареи. В результате при 30%-ном отклонении сетевого напряжения от номинала отклонение выходного не превышает 7%.
Хотя изготовитель декларирует синусоидальную форму выходного напряжения, измерения показали, что она отличается от идеальной синусоиды - при переходе через нулевую линию наблюдается небольшая "площадка". Тестовый ПК проработал от этого ИБП около 70 мин - рекордная цифра, но не будем забывать, что мощность, потребляемая нагрузкой, в данном случае составляла менее 10% от номинальной мощности источника.
Liebert UPStationGXT 2U
700-В-А ИБП компании Liebert в черном корпусе, предназначенном для установки как в стандартную 19-дюйм стойку (модуль 2U), так и автономно (для этого в комплекте имеются две специальные подставки), выглядит очень стильно. ИБП оснащен четырьмя выходными розетками типа IEC-320 С13, средства защиты телефонных линий и Ethernet-сетей отсутствуют.
На передней панели, кроме влагозащищенных кнопок включения и выключения, имеются индикаторы заряда батареи, со стояния питающей сети, включения ИБП, байпасса и работы от батареи.
Очень ценная для российских условий особенность этого ИБП - переход на батарейное питание при снижении напряжения питающей сети не до 160 В, как у большинства других устройств, а до 120 В ("переплюнул" его в этом отношении только ИБП корпорации АРС). Следует, правда, оговориться, что это возможно, только если нагрузка не превышает 30% от номинальной. Если нагрузка составляет от 30 до 70% номинальной, переключение происходит при 140 В. При большей нагрузке UPStation переключается на батарею "как все", при 160 В.
Этот ИБП, как и большинство других постоянно действующих устройств, выдает напряжение почти идеально синусоидальной формы, значение которого практически не зависит ни от колебаний напряжения в сети, ни от того, работает ли источник от сети или от батареи. Время работы тестового ПК от этого ИБП составило около 40 мин.
Программное обеспечение Liebert MultiLink Network Shutdown, хотя и не входящее в комплект поставки (поставляется только дискета с простейшим драйвером ИБП), но свободно доступное на Web-узле изготовителя, обладает широкими возможностями. Оно позволяет централизованно управлять множеством ИБП, питающих различные ПК или серверы, объединенные локальной сетью. В процессе испытаний это ПО успешно осуществляло "мягкое" отключение ПК при приближении батареи к разряженному состоянию.
Powercom ULT-1000 LCD
Это, как и аппараты компаний АРС и Liebert, постоянно действующий ИБП со всеми присущими устройствам этого типа преимуществами: чисто синусоидальной формой выходного напряжения и его точной стабилизацией независимо от того, что происходит в питающей сети. Мощность аппарата - 1 кВ-А.
Главные его конструктивные отличия от других ИБП - наличие многофункционального цифрового ЖК-индикатора на передней панели и применение в качестве выходных двух обычных евророзеток вместо привычных для ИБП розеток IЕС-320 С13. ЖК-индикатор может показывать (переключение осуществляется специальной кнопкой) входное и выходное напряжения, их частоты, температуру внутри ИБП, мощность, отдаваемую в нагрузку. Отдельные индикаторы показывают также состояние ИБП (нормальная работа, байпасс, от батарей), процент заряда батарей и процент загрузки.
ULT-1000 переходит на батарейное питание при снижении питающего напряжения до 155 В. Время работы тестового ПК от этого ИБП составило примерно 35 мин, т. е. оказалось меньшим, чем у менее мощного аппарата UPStation. Очевидно, это обусловлено меньшей емкостью его батарей.
Входящее в комплект ПО UPSMON 2.5 обеспечивает базовые функции мониторинга ИБП, оповещения и "мягкого" отключения ПК.
Powerman Back Pro 600VA
Этот 600-В-А "малютка" (не только по габаритам и массе, но и по своим возможностям) замечателен тем, что стоит 50 долл. и, несмотря на столь низкую цену, кроме двух выходных розеток с батарейным питанием оснащен двумя розетками RJ-ll для защиты телефонной (модемной) линии от импульсных помех и перенапряжений.
ИБП компании Powerman построен по интерактивной схеме и обеспечивает работу без переключения на батареи при снижении питающего напряжения до 160 В. Правда, в отличие от изделия Powercom, он имеет одноступенчатый бустер, так что при изменении входного напряжения на 30% выходное меняется примерно на 15%.
"Ступенчато-синусоидальная", по заявлению изготовителя, форма выходного напряжения этого ИБП на поверку оказалась близкой к прямоугольной (точнее, трапецеидальной с довольно крутыми боковыми сторонами). Тестовый ПК проработал от этого источника меньше 10 мин, что неудивительно, учитывая его малые размеры, а следовательно, небольшую емкость батарей.
Интерфейс для связи с ПК у этого ИБП отсутствует, соответственно отсутствует и какое-либо программное обеспечение. По дизайну выделяются, пожалуй, ИБП Pulsar Ellipse Premium и BackUp-Time, которые можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально. Рекомендовать этот ИБП можно только тем, для кого низкая цена является определяющим фактором, так как его дешевизна, не оправдывает бедность функций, низкое качество выходного напряжения и малое время автономной работы.
Заключение
Выбор конкретного типа ИБП зависит от того, насколько критична работа оборудования, которое он будет защищать, причем по большому счету сверхнадежная защита может оказаться в некоторых случаях избыточной. Не зря многие рекомендуют защищать рабочие станции резервными ИБП: тем самым достигается разумный компромисс между стоимостью решения и степенью защищенности оборудования. Однако можно отметить тенденцию к повышению требований к надежности, даже на уровне пользователей. Это можно объяснить тем, что если они не могут работать по причине сбоя в сети электропитания, то какой смысл в том, что центральный сервер или сетевое оборудование продолжают функционировать - все равно этим никто не может воспользоваться. Поэтому все чаще для защиты рабочих станций применяют линейно-интерактивные ИБП.
Библиографический список:
1. Компьютерный журнал "BYTE Россия" № 8 (48) сентября 2002 г. Автор - Константин Чачин
2. Сетевой журнал http://www. *****/. Автор - Сергей Коротков
3. Сайт компании “ЭкоПрог”- http://www. *****/
4. Компания “СИНАПС” - информация по ИБП - http://www. sinapse.
5. Журнал "PC Magazine/Russian Edition" Автор - Алексей Батырь
