Для чего нужен источник бесперебойного питания

В этой статье:

• Что такое ИБП
• Для каких целей используется ИБП
• Какая техника нуждается в защите ИБП
• Конструкция ИБП
• Технические характеристики источников бесперебойного питания
• Отличия разных типов ИБП

Помехи в электрических сетях нередко приводят к нарушению работоспособности оборудования. Именно скачки напряжения и его резкое пропадание часто становятся причиной выхода техники из строя. Для защиты от нестабильности сети используются источники бесперебойного питания (ИБП или UPS). Они обеспечивают непрерывную работу техники даже при отсутствии электричества, а также повышают качество питающего напряжения.

Что такое ИБП

Источник бесперебойного питания или, как его часто называют, бесперебойник — прибор, используемый в домах и офисах для защиты компьютеров, IT-систем и другого оборудования. Он может обеспечивать работу и бытовой техники, например, отопительных котлов и систем «умного дома», а также крупного производственного оборудования.

ИБП в зависимости от типа питающего напряжения бывают однофазными и трехфазными. В быту мы чаще всего встречаемся с однофазными ИБП. Это устройство может иметь разный дизайн с возможностью напольной или настольной установки, монтажа на стену, обычно имеет прямоугольный корпус, напоминающий системный блок компьютера. Внутри него располагаются аккумуляторные батареи (АКБ) и другие элементы, с помощью которых ИБП передает напряжение потребителям и выравнивает параметры входной сети. Трехфазные же могут иметь вид шкафов, а АКБ у них могут располагаться снаружи и занимать большую площадь.

Ниже мы подробнее рассмотрим, какие бывают типы бесперебойников, в чем их отличия и какое они имеют назначение.

Моделей приборов много, поэтому часто возникают вопросы: как выбрать ИБП и на какие критерии обращать внимание. На размеры прибора напрямую влияют выходная мощность и емкость АКБ. В целом для домашних и офисных компьютеров достаточно компактного бесперебойника небольшой мощности, а для крупной техники или комплексов оборудования и ИБП нужен мощный и габаритный.

Для каких целей используется ИБП

Назначение источников бесперебойного питания:

• обеспечение стабильной работы приборов при низком качестве сети;
• стабилизация напряжения;
• защита от помех в электрической сети;
• поддержание потребителей в автономном режиме с помощью аккумуляторной батареи.

Современные модели ИБП способны устранять большинство проблем в электрической сети. Они контролируют частоту и напряжение электрической сети и защищают технику от импульсных помех.

Какую пользу это приносит оборудованию? Во-первых, в момент резкого отключения сети техника продолжает функционировать. Это позволяет корректно завершить ее работу, а в случае компьютера и сервера — предупредить потерю данных. Поддержания питания даже на протяжении 3-5 минут достаточно для сохранения файлов и проектов.

Во-вторых, повышение качества питающей сети — важный фактор для чувствительных к напряжению приборов. Нестабильность электроэнергии приводит к сокращению срока их службы или даже к масштабным поломкам. ИБП со стабилизатором (линейно-интерактивная топология) или с функцией двойного преобразования (топология on-line) решают эту проблему.

Какая техника нуждается в защите ИБП

В быту бесперебойники используются для следующего оборудования:

• отопительные системы;
• циркуляционные насосы;
• игровые приставки и аудиосистемы;
• компьютеры и телевизоры;
• системы видеонаблюдения и «умный дом».

В коммерции и производстве ИБП применяются для центров обработки данных (ЦОД), медицинской техники, серверов и прочего IT-оборудования, телефонии, а также централизованной защиты коммерческих объектов. Возможно использование устройств для защиты ответственных производственных установок. По сути, любое устройство, подключенное к электрической сети и чувствительное к качеству электроэнергии, может быть защищено с помощью ИБП. 

Конструкция ИБП

Основные элементы источников бесперебойного питания:

1. Аккумуляторная батарея (АКБ). Обычно это свинцово-кислотные АКБ или литиевые (в трехфазных ИБП). АКБ используется для накопления электроэнергии и ее подачи потребителям в случае потери напряжения в сети. 
2. Электронный блок управления. Автоматизирует работу прибора, обеспечивая его срабатывание при обесточивании входной линии, а также контроль других элементов конструкции.
3. Зарядное устройство. Поддерживает заряд аккумулятора.
4. Инвертор. Преобразует постоянное напряжение АКБ в переменное.
5. Выпрямитель. Преобразует напряжение сети переменного тока в постоянный.
6. Байпас. Устройство, позволяющее подать напряжение на нагрузку в обход силовой части ИБП. Электронный или механический байпас присутствует только в ИБП двойного преобразования и позволяет поддерживать питание в случае перегрузки ИБП, возникновении неполадки с ним, а также при его техническом обслуживании. ИБП автоматически переключается в этот режим при перегрузке или при неполадке с самим бесперебойником, когда он не может подать нагрузку через инвертор. В режим байпаса ИБП можно перевести вручную для проведения обслуживания.
7. Стабилизатор. Есть только в линейно-интерактивных ИБП. Это трансформатор, который позволяет повысить или понизить входное напряжение, чтобы обеспечить допустимый уровень напряжения для подключенной нагрузки.
8. Фильтры. Минимизируют высокочастотные помехи, всплески сети и не позволяют импульсным помехам пройти на нагрузку.

В качестве дополнительного элемента можно установить трансформатор гальванической развязки. Он повышает помехоустойчивость прибора. Также некоторые модели ИБП можно дополнить платой расширения коммуникационного интерфейса. Она используется для удаленного контроля работы ИБП и управления им.

Технические характеристики источников бесперебойного питания

Параметры ИБП являются критериями его выбора. При покупке устройства обратите внимание на следующие характеристики:

1. Выходная мощность. Определяет максимальную нагрузку, которую можно подключить к бесперебойнику. Суммарная мощность всех подключенных потребителей не должна превышать выходную мощность ИБП. Также рекомендуется иметь дополнительный резерв по мощности в 20-30 % ИБП. Нюанс: у ИБП выходная мощность часто указывается в вольт-амперах (ВА) и в Ваттах (Вт), которая может отличаться от значения мощности в ВА в меньшую сторону, а у большинства других приборов — в ваттах (Вт). В таком случае суммарную мощность потребителей необходимо сравнивать с выходной мощностью ИБП в Вт.
2. Время переключения. Обозначает длительность переключения между входной сетью питания и питанием от аккумуляторной батареи в случае обесточивания входной сети. Для ИБП двойного преобразования время переключения равно 0, а для линейно-интерактивных ИБП оно составляет от 2 мс.
3. Форма выходного сигнала. Чем «чище» синус ИБП, тем более он пригоден для питания чувствительных к напряжению устройств.
4. Время автономной работы. Определяет длительность поддержания питания от аккумуляторов. 
5. Функция стабилизации напряжения. Необходима для «выравнивания» показателей входной сети — стабилизации уровня напряжения. ИБП двойного преобразования в силу своей топологии всегда имеют «чистое» питание на своем выходе.
6. Мощность зарядного устройства. Высокие токи ускоряют процесс заряда АКБ. ИБП с мощным зарядным устройством способно работать с большим массивом АКБ. Если необходимо обеспечить большое (больше 60 минут) время автономии, необходимо проверять, способно ли зарядное устройство зарядить массив АКБ в разумные сроки (до 24 часов).

Отличия разных типов ИБП

Существует три основных типа источников бесперебойного питания — резервные (off-line), линейно-интерактивные (line-interactive) и онлайн (on-line) или двойного преобразования. Все они имеют разные конструктивные особенности, определяющие границы их применения и набор функций.

Резервные

Самый простой тип бесперебойника, основная функция которого — поддержание напряжения в момент отключения электросети. Они не стабилизируют показатели сети, относятся к бюджетным сериям и являются более компактными по размеру. Именно резервные ИБП получили наибольшую популярность для использования в домах и офисах, так как защищают от основной проблемы — прекращения питающего напряжения.

При работе в штатном режиме бесперебойник подает напряжение от входной сети напрямую потребителям. При отключении электроэнергии резервный ИБП автоматически переключает питание линии на АКБ, формируя напряжение на выходе при помощи инвертора. Время срабатывания составляет 10-20 мс — вполне подходит для компьютеров, но может быть критичным для оборудования с электрическими двигателями (холодильников, котлов отопления, циркуляционных насосов и др.).

К минусам относят отсутствие стабилизации напряжения, небольшую мощность (не выше 2000 ВА) и простой инвертор, который выдает сигнал в форме модифицированной синусоиды (ступенчатая аппроксимация синусоиды). Они не подходят для серверов и другого оборудования, хранящего особо важные данные. Тем не менее, они достаточно эффективны для защиты информации на ПК.

Линейно-интерактивные

Усовершенствованная модель ИБП со встроенным стабилизатором. Наличие стабилизатора позволяет работать в сети с повышенным или пониженным напряжением, не переключаясь на батарею. Таким образом будет экономиться ресурс батареи. Это особенно актуально для загородных домов и других районов с нестабильными параметрами сети.

Основная цепь ИБП со ступенчатым стабилизатором активна при стабильной подаче напряжения с входной сети. При этом линейно-интерактивный бесперебойник устраняет часть помех и выравнивает уровень напряжения. При отключении электроэнергии устройство за 2-10 мс переключается на резервную цепь — инвертор с аккумулятором, поддерживающим питание подключенных к нему приборов. Принцип работы UPS позволяет стабилизировать напряжение без использования батарей.

При работе от сети форма входного сигнала, подаваемого на нагрузку, и частота сети не изменяются. Стабилизатор может лишь стабилизировать напряжение, чтобы подать питание на нагрузку в допустимом диапазоне значений. В сравнении с резервными ИБП они позволяют сэкономить ресурс батареи, меньше переключаясь в автономный режим за счет функции стабилизации.

При работе от батареи различные ИБП могут выдавать электропитание различного качества. ИБП начального уровня формируют ступенчатую аппроксимацию выходного сигнала. Продвинутые ИБП формируют чистую синусоиду. Это, например, линейно-интерактивные источники бесперебойного питания линейки Smart-Save SMT от Systeme Electric — они используются для защиты чувствительного оборудования и для серверной нагрузки, для электродвигательной их лучше не использовать. UPS этой серии актуальны для дома, малых и средних предприятий.

Онлайн

Наиболее функциональный тип, обеспечивающий комплексную защиту оборудования. ИБП двойного преобразования гарантирует непрерывное и стабильное электропитание независимо от типа проблем во входной сети. Он работает на основе функции двойного преобразования, в ходе которого напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока, а затем — обратно в напряжение переменного. В результате выходное напряжение, используемое для питания нагрузки, генерируется инвертором с четко заданными параметрами с минимальными отклонениями не более 1 %, имеет чистую синусоидальную форму и стабильную частоту.

Онлайн источники бесперебойного питания используются практически для любой техники. Они распространены в коммерческих и производственных организациях для защиты серверов, дата-центров, отопительного оборудования, видеоаппаратуры и т.д. Приобретать такой прибор для дома можно, если вы готовы примириться с его недостатками по сравнению с более простыми топологиями: резервной и линейно-интерактивной.

К недостаткам онлайн UPS относят:

• шум при работе — в нем всегда работает вентилятор, выпрямитель и инвертор;
• меньший КПД из-за потерь при двойном преобразовании;
• постоянный нагрев — устройство не рекомендуется оставлять в замкнутом помещении без присмотра;
• высокую стоимость.

Модели серии Smart-Save Online SRV и Smart-Save Online SRT отлично себя зарекомендовали среди онлайн источников бесперебойного питания. Они обеспечивают высокий уровень защиты, сохранность данных и самого оборудования и работают при широком диапазоне входной сети.