Правильные критерии выбора ИБП с двойным преобразованием: кратко и понятно

Для того, чтобы выбрать ИБП было проще, стоит познакомиться с теми его особенностями, на которые пользователю стоит обратить внимание в первую очередь. В этом обзоре вы узнаете о главных критериях выбора и познакомитесь с рейтингом лучших моделей блоков бесперебойного питания для домашней техники.

Конструкция и особенности

Инвертор для солнечных батарей — виды техники для преобразования тока

Принцип работы онлайн ИБП базируется на технологии двойного преобразования электроэнергии. Именно её применение обеспечивает ряд преимуществ, недоступных для устройств других топологий, и позволяет использовать такие ИБП не только для обеспечения автономной работы нагрузки, но и как средство повышения качества электроэнергии до уровня, подходящего даже для самых требовательных потребителей.

Одна из особенностей ИБП с двойным преобразованием – полное отсутствие каких-либо электромеханических элементов в конструкции. Прибор, как правило, состоит из следующих электронных компонентов:

• сетевых фильтров;
• выпрямителя;
• зарядного устройства для аккумуляторов;
• аккумуляторных батарей (и/или разъем для подключения внешней аккумуляторной батареи);
• конвертера постоянного напряжения (конвертор DC/DC);
• инвертора;
• электронного байпаса;
• системы охлаждения;
• электронного блока управления;
• средств вывода информации и управления (электронный дисплей, светодиодные индикаторы, клавиатура).

Причины для покупки ИБП

Покупка источника бесперебойного питания не всегда является обязательной. В ряде случаев без такого устройства можно обойтись — например, при использовании недорого или старого компьютера, на котором не хранятся ценные сведения. Прибор не нужен, если на ПК периодически создается резервная копия информации, или сеть работает стабильно, а вероятность скачков напряжения минимальная.

Рекомендуется покупка ИБП, если скачки напряжения или отключения электроэнергии происходят постоянно. Не стоит обходиться без такого источника и для рабочего ПК, потеря сведений на котором может стать серьезной проблемой. Прибор желательно купить и для новой техники, ремонт которой обойдется значительно дороже, чем экономия на ИБП.

Принцип работы

Как правило, ИБП онлайн топологии поддерживают несколько режимов работы: режим работы от сети, автономный и ЭКО (через байпас в обход процесса стабилизации). Переход на определённый режим работы устройства зависит от состояния сети:

• напряжение сети в пределах нормы;
• сетевое напряжение отклонено от номинального значения, но находится в допустимом для регулирования диапазоне;
• сетевое напряжение отсутствует или вышло за пределы допустимого для регулирования диапазона.

Рассмотрим работу устройства в каждом из описанных выше состояниях сети.

Работа ИБП при напряжении сети в пределах нормы (ЭКО режим)

В этом случае ИБП обычно работает в ЭКО режиме: входное напряжение проходит через сглаживающий помехи фильтр и подаётся сразу на выход по цепи байпаса, которая минует выпрямитель и инвертор. Зарядное устройство прибора при этом продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.

Схематичное изображение работы онлайн ИБП в ЭКО режиме

Работа в обход преобразователей позволяет повысить КПД устройства и, соответственно, снизить расход электроэнергии. Кроме того, возможность принудительного включения такого режима дает возможность переключить нагрузку на питание напрямую от сети в случае сервисного обслуживания силовой части ИБП (например, при её ремонте) без прерывания электроснабжения потребителей.

Работа ИБП при отклонении сетевого напряжения от номинальных значений, но нахождении его в допустимом для регулирования диапазоне (on-line или сетевой режим)

Напряжение сети фильтруется, измеряется электронным блоком и поступает на выпрямитель, который в современных ИБП выстраивается на основе IGBT-транзисторов. С выхода выпрямителя избавленное от внешних искажений постоянное-промежуточное напряжение подаётся на инвертор, который снабжен широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и генерирует выходное переменное напряжение с идеальной формой и номинальным значением. У качественных ИБП максимальное отклонение по выходу составляет не более двух процентов.

Зарядное устройство работает так же, как и при нахождении напряжения сети в пределах нормы, т.е. продолжает штатно функционировать и обеспечивает постоянный подзаряд аккумуляторной батареи.

Схематичное изображение работы ИБП в сетевом режиме (или on-line)

Работа ИБП при выходе сетевого напряжения за пределы допустимого для регулирования диапазона или при его отсутствии (автономный режим)

ИБП находится в автономном режиме и питает нагрузку за счет энергии, накопленной в батареи. Напряжение от аккумуляторов сначала проходит через DC/DC конвертер, затем поступает на инвертор, где преобразуется в выходное переменное напряжение с высокими показателями качества.

Схематичное изображение работы онлайн ИБП в автономном режиме

Дополнительный функционал ИБП

Помимо определения типа источника бесперебойного питания, который вам нужен, при выборе ИБП также стоит обратить внимание — какой функционал в него в ключен. UPS может иметь различные дополнительные функции и конструктивные особенности:

 Синхронизация с ПК. Эта функция присутствует в не самых дешевых моделях, однако она очень удобна. С помощью специального программного обеспечения ИБП передает данные в реальном режиме на компьютер о состоянии электролинии, уровне заряда батарей. Помимо чисто информационной составляющей, есть также такие возможности, как например, автономное выключение компьютера с сохранением данных во всех приложениях при отключении электроэнергии.

 Холодный старт. Источник бесперебойного питания, оснащенный такой функцией, можно включить при отсутствии электроэнергии в сети. К примеру, погас свет, вы сохранили документы, выключили компьютер и UPS, но спустя некоторое время появилась срочная необходимость скопировать документ на флешку. ИБП с поддержкой холодного старта можно включить, даже если электроэнергии в сети все еще нет, и сделать работу.

 Розетки Schuko.

Раньше разъемы для подключения устройств в бесперебойнике выглядели, в основном, так:

Этот разъем стандарта IEC 320 отлично подходит для подключения различной компьютерной техники. Однако оборудование с обычным шнуром питания, тот же WiFi роутер, в него не подключишь. Для этих целей можно использовать сетевой фильтр с аналогичным разъемом, который подсоединяется к ИБП, а уже в него включать различное оборудование. Но это не всегда удобно.

Поэтому сейчас многие модели стали просто дополнять розетками типа Schuko (у нас их часто называют евророзетками), чтобы технику можно было включить напрямую:

 Розетки для фильтрации помех. ИБП может быть оснащен розеткой или несколькими для чувствительного оборудования, которые не обеспечивают поддержку питания во время отключения электроэнергии, но защищают подключенное оборудование от помех электросети.

 Розетки для телефонной линии, витой пары. Высоковольтные импульсы могут передаваться не только непосредственно по электрическому силовому кабелю, но и в случае различных аварий и поломок — и по телефонному кабелю, и по витой паре. Для защиты телефонного, сетевого и компьютерного оборудования некоторые производители предусматривают специальные разъемы, (вход/выход), куда можно подсоединить телефонную или интернет-линию.

Продолжение — в следующей статье.

Три основные типа ИБП

Off-line (Back-UPS, резервный, Standby) источник бесперебойного питания

Пример резервного ИБП: модель APC Back UPS RS 650VA.

Принцип действия бесперебойника такого типа очень простой:

Пока в сети есть электроэнергия в пределах установленных значений, ИБП подает на подключенные устройства напряжение напрямую от сети, одновременно подзаряжая батарею. Питание, проходящее через UPS, при этом не регулируется, фильтрация импульсов и помех происходит на самом простом уровне, с помощью пассивных фильтров. Форма сигнала соответствует сигналу сети, т. е. синусоиде.

Как только напряжение в сети пропадает, ИБП переходит на питание от батарей. Инвертор, преобразующий постоянный ток от аккумулятора в переменный ток на выходе, в UPS этого типа установлен один из самых простых, поэтому форма сигнала не соответствует правильной синусоиде. Максимум, что предпринимают производители — несколько приближают ее к синусоиде, делая ступенчатой.

На автономное питание off-line УПС переходит также в том случае, если уровень напряжения в сети падает ниже или поднимается выше пороговых значений, они могут быть разными в зависимости от марки бесперебойника.

Время переключения на аккумуляторы в различных моделях составляет от 5 до 20 мс. Это сравнительно много, и для некоторых моделей оборудования такая долгая задержка может неблагоприятно сказаться на работе. Длительное срабатывание реле связано с тем, что устройству необходимо, чтобы в момент включения автономного питания фазы напряжений сети и батарей совпадали, а поскольку они не синхронизированы, на это уходит некоторое время.

Схема работы источника бесперебойного питания резервного типа.

Плюсы Standby UPS:

• • • недорогая цена,
    • высокий КПД,
    • бесшумная работа.

Недостатки:

• • • долгое переключение на работу от батареи (от 5 до 20 мс);
    • форма выходного сигнала — не синусоида;
    • фильтрация помех, шумов и импульсов на линии довольно грубая;
    • нет регулировки напряжения и частоты при работе от сети.

Линейно-интерактивные ИБП

Пример линейно-интерактивного ИБП: модель AEG Protect ALPHA 1200

Этот тип источников бесперебойного питания покупатели выбирают чаще всего, так как он оптимально сочетает функциональность и цену.

В принципиальную схему работы линейно-интерактивных UPS включен AVR — модуль автоматической регулировки входящего напряжения сети. То есть, в отличие от UPS резервного типа, он не просто пропускает сквозь себя питание, но и стабилизирует его, правда не плавно, а ступенчато.

 При работе от сети при нормальном уровне напряжения линейно-интерактивный источник бесперебойного питания пропускает входящий сигнал через пассивные фильтры помех и шумов, одновременно заряжается батарея.

 При повышении или понижении напряжения в сети, линейно-интерактивный ИБП производит его ступенчатую корректировку. При достижении напряжением определенного порога, AVR понижает или понижает его на фиксированную величину (или процент). Таких порогов-ступеней в схеме работы AVR может быть прописано несколько, также для работы с пониженным и повышенным уровнем может быть предназначено разное количество ступеней корректировки (например, 2 — для повышения, и 1 —  для понижения).

 Если напряжение в сети падает или поднимается до значений, которые лежат вне доступного входного диапазона бесперебойника, устройство переходит на работу от батарей, так же как и в случае полного отключения электроэнергии. Эти минимумы и максимумы могут различаться в зависимости от загруженности ИБП. К примеру, если UPS загружен на 70%, а вольтметр показывает 160В в сети, бесперебойник переключается на аккумуляторы. А при загрузке на 30% и напряжении в 150В он все еще производит регулировку при помощи AVR-трансформатора.

 Часть линейно-интерактивных моделей ничем не отличаются по форме выходного сигнала от бесперебойников резервного типа: у них ступенчатая синусоида. Некоторые производители, особенно с ростом спроса ИБП для котлов, оснащают свои бесперебойники инверторами, выдающими правильную синусоиду.

 Время переключения на работу от аккумуляторов в линейно-интерактивных ИБП с чистой синусоидой меньше, чем у его резервных собратьев. Причина в том, в УПС-ах этого типа совпадают формы кривой напряжения (и от сети, и от батареи это синусоида), что ускоряет синхронизацию фаз и, соответственно, запуска автономного питания.

Плюсы line-interactive ИБП:

• • • разумная цена,
    • бесшумная работа,
    • автоматическая регулировка входящего напряжения,
    • в некоторых моделях — чистая синусоида на выходе,
    • время переключения меньше, чем в резервных (в среднем 4-8 мс, в некоторых моделях 2-4 мс).

Недостатки:

• • • отсутствует регулировка частоты,
    • недостаточно полная фильтрация помех, шумов и импульсов сети,
    • регулировка напряжения не плавная, а ступенчатая,
    • КПД ниже, чем в off-line источнике бесперебойного питания.

ИБП двойного преобразования (on-line)

Пример ИБП с двойным преобразованием: модель EATON PW9130 1500VA.

Это самый дорогой, но и самый лучший вид ИБП. Он оптимально подходит для дорогого капризного оборудования, для которого важно не только постоянное напряжение, но и частота, а также эффективная фильтрация шумов, сигнал в форме чистой синусоиды и отсутствие задержек при переключении на работу от батарей.

Фактически, такой источник бесперебойного питания работает постоянно, стабилизируя, фильтруя входящий сигнал, выравнивая частоту и форму выходного сигнала.

В режиме работы от сети, поступающее переменное напряжение стабилизируется и превращается в постоянное выпрямителем и распределяется между батареей (для подзарядки, если необходимо) и инвертором. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, выдавая на выходе сигнал в форме чистой синусоиды, правильной частоты, правильного напряжения. Помехи и шумы полностью отсутствуют — их просто не остается после двойного преобразования.

 Такое постоянное «включение» бесперебойника в сеть дает одно из его весомых преимуществ: мгновенное переключение на работу от батарей. Собственно, это даже сложно назвать «переключением», так как питание проходит через выпрямитель, батарею (во время зарядки) и инвертор постоянно. В момент падения напряжения в сети ниже пороговых значений или полного отключения электроэнергии инвертор просто начинает забирать часть энергии от батареи, а не от выпрямителя. Это происходит мгновенно.

 ИБП с двойным преобразованием обычно имеют еще один режим работы: байпас. Это резервная линия, которая идет напрямую от входа к выходу UPS, в обход выпрямителя, батареи и инвертора. Она позволяет в критические для ИБП моменты: перегрузка (например, стартовыми токами), выход из строя инвертора и другие — пустить электроэнергию к подключенным устройствам напрямую, избежав выхода из строя элементов устройства.

 Постоянная работа ИБП имеет определенный недостаток: повышенное теплоотделение, которое требует эффективного охлаждения. Поэтому UPS online чаще всего оснащены вентиляторами, что делает их эксплуатацию в жилых помещениях не такой комфортной, как бесшумных бесперебойников других типов.

Плюсы онлайн ИБП:

• • • постоянная стабилизация напряжения,
    • постоянная стабилизация частоты,
    • чистая синусоида на выходе,
    • эффективная фильтрация шумов, импульсов и помех,
    • мгновенное переключение на батареи.

Недостатки:

• • • высокая цена,
    • повышенный уровень шума,
    • наиболее низкий КПД среди всех типов ИБП.

Выбирая бесперебойник, нужно учитывать, что существуют и исключения. Некоторые линейно-интерактивные ИБП могут стоить дороже, чем онлайн-модели другого производителя, время переключения на работу от батарей в резервном UPS может быть не больше, а даже меньше, чем в каком-нибудь линейно-интерактивном UPS и т. д. Поэтому в любом случае необходимо читать характеристики конкретной модели.

Коэффициент полезного действия ИБП

Коэффициент полезного действия ИБП- это еще один пункт, определиться с которым очень важно — ведь это главный показатель того, как эффективно он используется. Неэффективная работа, а, следовательно, и необоснованные затраты, происходят, когда «бесперебойник» с большим коэффициентом мощности используется для подачи напряжения на оборудование, не требующее большой нагрузки.

Также, КПД определяет количество тепла выделяемого ИБП в окружающую среду. Например, когда при проектировании серверной подбирается ИБП небольшой мощности, то тепловыделение не будет иметь особого значения. При мощностях, к примеру, в несколько десятков киловатт, тепловыделение будет большим. Тепло, безусловно, необходимо будет утилизировать, а для этого придется подбирать более мощные кондиционеры, что приведет к дополнительным затратам. Чем больше коэффициент полезного действия ИБП, тем меньшим будет выделение тепла.

Разберем примеры эффективного и неэффективного использования ИБП.

В первом случае на источник бесперебойного питания с мощностью 800 Ватт повесили нагрузку мощностью 50 Ватт. На самообеспечение ИБП использует примерно 70 Вт. Если произвести расчет по формуле, то коэффициент использования ИБП будет равен 42%.

При нагрузке же в 600 Вт, коэффициент полезного действия ИБП будет значительно выше — 89%.

Критерии выбора прибора

Выбирая, какой ИБП лучше для компьютера, стоит обратить внимание:

• на тип прибора:
• на требуемую мощность;
• на количество одновременно подключаемого оборудования.

Имеет значение и марка оборудования, и ремонтопригодность источников, аккумуляторы которых со временем теряют свои эксплуатационные характеристики. Дополнительным критерием может стать возможность настройки.

Тип оборудования:

Начинать выбирать ИБП рекомендуется с определения его типа. Приборы могут быть:

• резервными;
• линейно-интерактивными;
• с двойным преобразованием.

Резервный источник бесперебойного питания

Первый тип подходит для стабильно работающей сети, в которой практически нет скачков напряжения, и защищает обычно только от отключения электричества. Средняя продолжительность работы устройства — от 5 до 10 минут.

Линейно-интерактивный источник бесперебойного питания

Отличается сложной схемой, позволяющей при перепадах напряжения не переходить в автономный режим, а использовать для выравнивания встроенный трансформатор. Если выровнять показатели не получается или электроэнергия не подается к ИБП, включается аккумулятор. Выбирают источники для сетей с постоянными перепадами напряжения.

Источник бесперебойного питания с двойным преобразованием

Принцип работы моделей с двойным преобразованием намного сложнее. Питание в них подается и от батареи, и от сети. За счет этого вероятность выхода подключенного оборудования из строя практически равна нулю. Недостатком источника является высокая цена, из-за которой применяют его для группы компьютеров.

Мощность и число подключений

Следующий критерий выбора ИБП – по мощности и времени работы подключенной техники. Если имеет значение только сохранность информации, достаточно, чтобы источник обеспечил не меньше 5-10 минут использования. В тех случаях, когда задачей прибора является непрерывная работа ПК при отключении питания, выбирают модели, рассчитанные не менее чем на 20-30 минут работы.

Мощность ИБП должна соответствовать подключаемым к нему устройствам.

• Для большинства домашних ПК, даже с учетом монитора и акустики, достаточно источника на 300-500 Вт.
• Игровой компьютер с мощной видеокартой и производительным процессором могут потребовать 600-1000 Вт.

Обращают внимание и на количество и тип разъемов на источнике. Чем больше техники будет подключаться к прибору, тем важнее этот критерий. Имеет значение и дополнительная защита от высоковольтного импульса — устройство, которое ее обеспечивает, позволяет подключать через ИБП телефонную линию или кабель от модема.

Другие параметры

Среди других характеристик, по которым выбирают ИБП, можно отметить связь с ПК. С компьютера можно настраивать параметры источника, устанавливать дополнительное программное обеспечение. Интересной особенностью является и индикация работы устройства — для этого на корпусе может находиться табло или несколько светодиодных индикаторов.

Делая выбор подходящего источника, стоит предусмотреть возможность замены его батареи в течение 1-2 лет. При наличии возможности такой замены ИБП прослужит значительно дольше. Нежелательно выбирать прибор, с которым после выхода из строя его аккумулятора придется обращаться в сервис.

Время автономной работы

Собственно, один из самых важных критериев ИБП — это время его работы в случае аварийной ситуации. Этот показатель зависит от мощности потребляемой нагрузки и состояния аккумуляторных батарей.

Источник бесперебойного питания со встроенными аккумуляторами будет верным решением, когда при проблемах с напряжением в сети важно лишь корректное завершение работы оборудования, занимающее от 5 до 10 минут.

При необходимости большего времени работы оборудования, нужно рассчитать необходимый ток разряда батарей. Сделать это можно следующим образом:

Из всего вышесказанного становится ясно, что при выборе источника бесперебойного питания необходимо учесть множество как технических, так и чисто физических нюансов, определяющихся как конкретным месторасположением ИБП и оборудования подключаемого к нему, так и рядом других факторов.

Для облегчения расчетов при выборе ИБП, на сайте компании НАГ  есть удобный инструмент — «Калькулятор ИБП», при помощи которого можно определить все необходимые параметры.