Топология ибп что это

Обновлено: 03.07.2024

ТОПОЛОГИЯ ИБП: STAND-BY, ON-LINE, LINE-INTERACTIVE И DELTA CONVERSION.

Системы ИБП (источник бесперебойного питания) обеспечивают защиту от нарушений электропитания, поддерживая непрерывное питание для критических нагрузок. Если подходить к ним как к «черному ящику», то все ИБП выглядят одинаково и обеспечивают электропитание нагрузки при всех отклонениях входного источника, лежащих в пределах допусков и спецификаций ИБП. Тем не менее с точки зрения применения и конструкции ИБП существует несколько различных типов и топологий систем, которые в конечном счете могут определять качество обслуживания нагрузки. Выбрав неподходящий ИБП, можно получить чрезмерно дорогое и/или ошибочное решение. В данной статье рассматриваются принципы, лежащие в основе наиболее популярных имеющихся на рынке топологий, включая технологии резервного, линейно-интерактивного и гибридного ИБП, двойного преобразования и дельта-преобразования.

Резервный ИБП.

Топология резервного ИБП (standby) обычно применяется в однофазных системах мощностью от 100 до 600 ВА и оптимальна в домашних условиях, а также у пользователей настольных компьютеров в малых и домашних офисах. Как иллюстрирует рис.1, резервный ИБП состоит из переключателя нагрузки, устройства зарядки батарей, батареи и инвертора. В условиях нормальной работы переключатель нагрузки находится в показанном на рисунке положении, так что нагрузка питается от электросети. Устройство зарядки батарей включено все время, чтобы гарантировать полный заряд батарей. Инвертор в нормальном состоянии выключен. При обнаружении отклонений на входе от электросети (потери электропитания или выхода среднеквадратичного напряжения и/или частоты за допустимые пределы) инвертор включается, и переключатель нагрузки соединяет его с нагрузкой. Нагрузка продолжает работать, пока батареи в состоянии обеспечивать ее питание в случае длительного сбоя электросети.

Рис.1. Топология резервного ИБП. При выходе входного источника за допустимые пределы переключатель нагрузки соединяет нагрузку с инвертором, преобразующим постоянный ток в переменный.

Существует несколько вариантов резервной топологии, в том числе ИБП с квазисинусоидальной волной (Quasi Sine Wave), синусоидальной волной с широтно-импульсной модуляцией (Pulse Width Modulated (PWM) Sine Wave) и феррорезонансные ИБП (Ferroresonant). Для каждого из них характерны свои особые преимущества и области применения. Например, конструкция феррорезонансного ИБП включает выходной трансформатор, обеспечивающий естественную изоляцию от кратковременных изменений напряжения и других возмущений, связанных с входной линией. В то же время из-за высокого импеданса трансформатора вызванные нелинейностью компьютерной нагрузки гармонические искажения выходного напряжения инвертора обычно оказываются выше, чем для резервного ИБП с PWM-управлением.

Линейно-интерактивный ИБП

Базовая схема линейно-интерактивной топологии (Line-Interactive) представлена на рис.2. Как и в резервных ИБП, питание нагрузки в нормальных условиях осуществляется от электросети через переключатель нагрузки. Однако на этом сходство заканчивается.

В линейно-интерактивной конструкции двунаправленный инвертор всегда включен. Эта особенность обеспечивает постоянную зарядку батарей на холостом ходу а благодаря тому, что инвертор всегда включен и соединен с нагрузкой, достигается естественная фильтрация выходного напряжения. Таким образом, нагрузка получает гораздо более чистую и менее искаженную форму волны напряжения, чем в случае технологии резервных ИБП. Кроме того, входная линия от электросети включает трансформатор с переключением выводов, позволяющий регулировать напряжение у источника. Тем самым сводится к минимуму число переключений на инвертор, что приводит к повышению надежности и сокращению возможных кратковременных изменений напряжения при переключении.

Благодаря более чистому выходному напряжению и превосходной регуляции линейно-интерактивная конструкция, как правило, применяется в более критических приложениях, включая малый бизнес, Web-серверы, станции точек продаж и т.д. Доступны однофазные ИБП мощностью от 500 до 5000 ВА.

Рис. 2. Линейно-интерактивная топология. В нормальных условиях переключатель нагрузки находится в показанном на рисунке положении. Трансформатор с переключением выводов обеспечивает регуляцию напряжения у источника, тем самым сводя к минимуму число переключений на батареи при выходе питания от сети за допустимые пределы.

ИБП с двойным преобразованием.

Как и предполагает название, в этой топологии для защиты электропитания критической нагрузки применяются две стадии преобразования напряжения. Рис.3 показывает, что ИБП с двойным преобразованием (double conversion) состоит из трех основных блоков: выпрямителя/устройства зарядки, инвертора и переключателя статического байпаса. В нормальном режиме поток электроэнергии проходит из входа от электросети через выпрямитель/устройство зарядки на инвертор и далее на нагрузку. Выпрямитель/устройство зарядки преобразует входной переменный ток в выпрямленный и отфильтрованный постоянный. Источник постоянного тока обеспечивает зарядку батареи на холостом ходу и одновременно питает инвертор.

Рис. 3. Топология двойного преобразования. Выпрямитель/устройство зарядки преобразует входной переменный ток в постоянный. Инвертор преобразует постоянный ток в отфильтрованный переменный для питания критической нагрузки. Во время сбоя электропитания батареи разряжаются через инвертор и поддерживают работу нагрузки.

Линия статического байпаса

Инвертор осуществляет электронное преобразование постоянного тока в переменный для использования нагрузкой. В условиях сбоя электропитания работа выпрямителя невозможна, и в это время батареи разряжаются через инвертор и поддерживают работу нагрузки. Батареи обеспечивают нагрузку до их истощения или до момента возобновления электропитания (от электросети или генератора), когда восстанавливаются нормальные рабочие условия. В случае сбоя компонентов внутри самого модуля ИБП включается переключатель статического байпаса (обходного режима), осуществляющий быстрый перенос критической нагрузки на линию статического байпаса по принципу «замыкание, затем размыкание», В отличие от резервных и линейно-интерактивных конструкций, в топологии двойного преобразования линия статического байпаса применяется для того, чтобы обеспечить работу нагрузки при неожиданных проблемах с основным путем электропитания. Наличие линии байпаса гарантирует, что нагрузка всегда остается включенной и не зависит от любых плановых или внеплановых внешних событий.

Дополнительный входной трансформатор (обычно используется, если входной источник электропитания отличается от номинальных характеристик входа ИБП)
Дополнительный входной фильтр гармонических искажений, позволяющий сократить обратный перенос вредных искажений тока на источник от выпрямителя/устройства зарядки
Демодулятор, во многом напоминающий демодуляторы в радиоприемниках, обеспечивает устранение несущей от переключения и доставку на нагрузку чистого синусоидального напряжения
Выходной контактор инвертора для изоляции инвертора от линии статического байпаса
Статический переключатель для гладкого переноса нагрузки в случае сбоя компонентов ИБП
Контактор обратного питания, который открывается при сбое статического переключателя и подаче питания обратно на источник

ИБП с двойным преобразованием выпускаются как для однофазной, так и для трехфазной топологии. Индивидуальные устройства трехфазного типа имеют мощность от 10 до нескольких сотен кВА, а также допускают параллельное соединение с мощностью до 4000 кВА. Однофазные устройства достигают мощности 16 кВА, но выше этого уровня не используются, поскольку при высокой мощности трехфазное электропитание становится более целесообразным. Т.е. ИБП с большой мощностью выпускаются трехфазными.Типичный рабочий диапазон для однофазного семейства устройств с двойным преобразованием простирается от 4 до 16 кВА.

ИБП с дельта-преобразованием.

Дельта-преобразование (Delta Conversion)— это новаторская топология, которая опирается на непрерывный прогресс теории управления и силовой электроники и позволяет соединить такие черты, как высокая эффективность линейно-интерактивной топологии и превосходная регуляция выходного напряжения в технологии двойного преобразования. Устройства этой топологии охватывают диапазон от 10 до 500 кВА и, как и при двойном преобразовании, допускают параллельное соединение для достижения еще более высокой мощности.

На рис.4 представлена базовая схема одной линии с топологией дельта-преобразования.

Рис.4. Топология дельта-преобразования. Главный статический переключатель препятствует обратному питанию входного источника в случае сбоя входа; дельта-инвертор в сочетании с дельта-трансформатором управляет формой входной волны тока для поддержания единичного входного коэффициента мощности: главный инвертор регулирует выходное напряжение, обеспечивая отсутствие искажений; в нормальных условиях ток протекает к нагрузке по линии чистого питания. Контактор обратного питания, переключатель статического байпаса, демодулятор и выходной контактор инвертора выполняют такие же функции, как в топологии двойного преобразования.

Эта топология включает два основных компонента— дельта-инвертор и главный инвертор. Дельта-инвертор в сочетании с дельта-трансформатором предназначен для управления формой

входной волны тока для сохранения ее синусоидальности. Синусоидальный входной ток обеспечивает единичный входной коэффициент мощности, что делает данную топологию дружественной к электросети. С точки зрения источника вход ИБП напоминает лампу накаливания, а не создает несинусоидальный ток, как большинство трехфазных выпрямителей / устройств зарядки. Главный инвертор выполняет две функции: (1) осуществляет зарядку массива батарей на холостом ходу во многом так же, как выпрямитель в топологии двойного преобразования, (2) регулирует выходное напряжение на нагрузке, поддерживая его синусоидальность, чистоту и отсутствие искажений.

В условиях нормальной работы ток протекает к нагрузке по линии чистого питания. В то же время логика ИБП управляет дельта-инвертором/дельта-трансформатором, обеспечивая динамический электронный контроль формы входной волны тока. Рис.3 показывает, что электронный контроль превосходит возможности пассивного контроля с помощью фильтра гармонических искажений (THD). В случае фильтра THS возникновение резонансных условий невозможно, а при использовании LC-фильтра это иногда происходит.

В то же время управление главным инвертором осуществляется таким образом, чтобы обеспечить регуляцию выходного напряжения и одновременно зарядку батарей на холостом ходу Общий фактор, позволяющий одновременно выполнять все эти функции, связан с уровнем напряжения на шине постоянного тока. Точный контроль этого уровня с помощью развитых процессоров цифровой обработки сигналов (DSP) и самых современных схем управления широтно-импульсной модуляцией (PWM) гарантирует высокую производительность системы ИБП.

В условиях сбоя электропитания ток по линии чистого питания больше не идет, и батареи разряжаются через инвертор, поддерживая работу нагрузки. Как и для других ИБП, нагрузка продолжает работать, пока в батареях остается достаточный запас энергии или пока не будет восстановлен входной источник электропитания.

Топология с дельта-преобразованием применяется в трехфазных системах с мощностью от 10 до 500 кВт для одиночного модуля и до нескольких тысяч киловатт при параллельном соединении. Обратите внимание, что здесь мощность указана в кВт а не в кВА, как для рассмотренных выше топологий. В отличие от других топологий, технология дельта-преобразования может использоваться с полной мощностью.

Существует несколько различных типов и топологий систем ИБП, и выбор подходящего решения иногда может оказаться непростым делом. Основные доступные технологии (в том числе резервные и линейно-интерактивные ИБП, системы с двойным преобразованием и дельта-преобразованием> ориентированы на конкретные задачи и приложения. Опираясь на внимательные исследования, тесное сотрудничество с производителями, помощь инженеров-консультантов и другие источники поддержки, можно значительно упростить перебор различных технологий в поисках удачного варианта для конкретного приложения.

Все ИБП производства АРС начального уровня, кроме Back-UPS, имеющего топологию stand-by, построены по топологии line-interactive, некоторые модели Smart-UPS и все модели Symmetra имеют топологию on-line, продуктовая линейка Silcon построена на топологии Delta Conversion.

Наконец следует отметить, что для рассмотренных выше топологий иногда применяются другие названия или описательные характеристики. Например, при обсуждении конкретных технологий ИБП широко применяется термин «онлайновый» (On Line). Необходимо иметь в виду, что этот термин относится к условиям работы и не описывает какую-то конкретную топологию или технологию. Например, можно назвать ИБП «онлайновым ИБП», не указав, какую именно из приведенных выше топологий он в действительности использует Такое описание будет неточным, поскольку по официальному определению IEEE онлайновым является ИБП, в котором инвертор всегда включен (ON). С учетом этого определения термин «онлайновый ИБП» может относиться к линейно-интерактивной топологии, двойному преобразованию или дельта-преобразованию. Таким образом, всегда лучше выбирать систему ИБП не только по названию или описанию, но и на основе внимательного анализа ее спецификации, производительности и общего соответствия требованиям конкретного приложения.

Стоит ли пользователю платить дополнительные деньги?

Насколько важны эти качества для обеспечения надежного электропитания электронной техники? Вопрос не случайный, потому что ИБП on-line стоят намного дороже ИБП stand-by и line-interactive.

1. Нулевое время переключения.

Ассоциация Изготовителей Делового Компьютерного Оборудования (СВЕМА — Computer Business Equipment Manufacturers Association) издала рекомендации, одобренные IEEE, согласно которым компьютер должен быть способен выдерживать перерыв в питании минимум 8.3 мс. В настоящее время все производители вычислительной техники снабжают свои компьютеры блоками питания, соответствующими этим рекомендациям. Кроме того, исследования, проведенные в лабораториях международных журналов PC Week и PC Magazine отчетливо показали, что компьютер способен сохранить работоспособность при перерыве в электропитании от 65 до 300 мс даже во время проведения дисковых операций.

Время переключения на батарею у ИБП Back UPS (типа stand-by), выпускаемых АРС, равно максимум 8 мс, ИБП Back UPS Pro, Smart UPS — максимум 4 мс (типовое 2 мс).

2. Строгая стабилизация выходного напряжения.

Современные блоки питания компьютерной техники, при всей их чувствительности к качеству электропитания, допускают нормированные колебания напряжения ±15%. Соответственно, они не нуждаются в строгой стабильности напряжения. Иначе ни один компьютер не смог бы работать иначе, как от прецизионного лабораторного блока питания. ИБП АРС гарантируют поддержание напряжения питания защищаемого компьютера в пределах не шире ±15%.

3. Независимость формы выходного напряжения от присутствия помех на входе.

Сама по себе топология on-line не способна отсекать помехи. Без должной фильтрации EMI/RFI/ESD все помехи со входа неминуемо пройдут на выход.

Существует три основных типа источников бесперебойного питания – резервные, линейно-интерактивные и ИБП с двойным преобразованием или online (онлайн).

Типы ИБП. Резервные источники бесперебойного питания.

Резервный ИБП (Offline, Back или Standby) - самый простой тип источников бесперебойного питания, назван так, потому что в нормальном режиме работы инвертор и батареи полностью отключены от выхода источника. Переключение на работу от батарей происходит только в случае пропадания напряжения на входе ИБП либо если входное напряжение или частота выходят за допустимые пределы.

Время переключения на работу от инвертора у резервных ИБП составляет обычно сотые доли секунды. Форма выходного сигнала – простейшая аппроксимация синусоиды или меандр.

На рисунке ниже приведена структурная схема источника бесперебойного питания резервного типа.

Основными достоинствами источников бесперебойного питания резервного типа являются низкая стоимость и простота конструкции, а основными недостатками – отсутствие встроенного стабилизатора напряжения и ненулевое время переключения на работу от аккумуляторных батарей. Отсутствие стабилизатора напряжения приводит к тому, что ИБП переключается на работу от аккумуляторов при любых неполадках внешней электросети, тем самым снижается срок службы батарей. Ненулевое время переключения не позволяет использовать ИБП типа offline для защиты чувствительных нагрузок.

Как правило, ИБП резервного типа имеют небольшую номинальную мощность и применяются в основном для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, маломощного офисного оборудования. Их использование оправдано в районах с высоким качеством электросетей.

Типы ИБП. Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания.

Линейно-интерактивный ИБП (line-interactive, lineinteractive) - более сложный тип источников бесперебойного питания, в которых к стандартной схеме ИБП с коммутирующим устройством (резервный ИБП) добавлен автоматический регулятор (стабилизатор) напряжения, выполненный на основе автотрансфоматора с переключаемыми обмотками. На рисунке ниже приведена схема линейно-интерактивного источника бесперебойного питания.

По сравнению с источниками бесперебойного питания резервного типа линейно-интерактивные ИБП обладают одним существенным преимуществом, а именно они способны обеспечивать устойчивое питание критичной нагрузки при пониженном или повышенном напряжении без перехода на работу от аккумуляторных батарей. Тем самым значительно продлевается срок службы аккумуляторов ИБП, а значит, снижаются эксплуатационные расходы. Недостаток у линейно-интерактивных аппаратов тот же, что и у резервных – ненулевое (4мс – 6мс) время переключения на работу от аккумуляторных батарей, что не позволяет подключить к источнику чувствительную нагрузку.

По форме выходного сигнала при работе в батарейном режиме линейно-интерактивные ИБП делятся на две группы: ИБП с аппроксимированной синусоидой на выходе и ИБП с чистой синусоидой на выходе. Источники первого типа более распространены и используются в основном для защиты техники с импульсными блоками питания (компьютеры и т.д.). ИБП второго типа могут решать более широкий спектр задач и в некоторых случаях могут стать достойной альтернативой online бесперебойникам. Для примера линейно-интерактивные ИБП Lanches EA210NH отлично справляются с защитой электродвигателей, а также циркуляционных насосов отопительных систем.

Можно сказать, что линейно-интерактивные источники бесперебойного питания по своей эффективности занимают промежуточное значение между простыми и дешевыми, но обеспечивающими меньший уровень защиты, резервными ИБП и дорогими, но значительно более эффективными источниками бесперебойного питания с двойным преобразованием. Чаще всего линейно-интерактивные ИБП используют для защиты оборудования с импульсными блоками питания, такого как персональные компьютеры, рабочие станции, серверное оборудование, маломощная офисная техника.

Типы ИБП. Источники бесперебойного питания с двойным преобразованием (online).

ИБП с двойным преобразованием (double conversion, online, on-line). В основе работы ИБП данного типа лежит принцип двойного преобразования напряжения. Сначала переменное напряжение на входе источника бесперебойного питания преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью обратного преобразователя (инвертора) постоянное напряжение преобразуется в переменное. Аккумуляторная батарея подключается к точке соединения выпрямителя и инвертора и питает последний в случае пропадания напряжения на входе ИБП. На рисунке ниже приведена схема работы онлайн ИБП.

По сравнению с другими типами ИБП online источники обладают рядом существенных преимуществ, основное из которых это отсутствие временного промежутка между пропаданием внешнего питания и началом питания нагрузки от батарей. Характеризуя данный тип ИБП, очень часто используют выражение «Время переключения 0» или «Нулевое время переключения», что в действительности не совсем корректно, однако полностью описывает суть данного преимущества.

Еще одним достоинством ИБП с двойным преобразованием является возможность корректировать не только напряжение, но и частоту на выходе источника. По сути online источники бесперебойного питания являются самыми лучшими стабилизаторами напряжения. Выходное напряжение у ИБП данного типа всегда имеет форму чистой синусоиды.

Наряду с достоинствами online ИБП присущи и некоторые недостатки, к которым можно отнести высокую стоимость (в два, три раза дороже, чем линейно-интерактивные ИБП), низкий КПД (85% - 94%), повышенное тепловыделение и высокий уровень шума.

Не смотря на некоторые недостатки, именно онлайн ИБП обеспечивают наивысший уровень защиты по энергоснабжению критичной нагрузки. Поэтому для обеспечения бесперебойного энергоснабжения таких важных и дорогостоящих устройств, как файловые серверы, промышленное оборудование, телекоммуникационные системы и т.д., используют только источники бесперебойного питания со схемой online.

Источник бесперебойного питания (ИБП) - это устройство, позволяющее, как ни странно, бесперебойно питать потребителей от сети и от автономного источника питания в случае, когда сеть пропадает.

Обычно в качестве автономного источника выступают аккумуляторные батареи, хотя и встречается экзотика вроде маховиков.

У мощных нагрузок вроде ЦОД или медицинских учреждений батареи являются временным источником питания, питая нагрузку, пока на рабочий режим не выйдет более долгоиграющий генератор на дизеле/бензине/газе.

ИБП нашли широкое распространение в промышленности, медицине, офисах, в качестве резервных источников питания для систем отопления и аварийных систем.

Классификация

По принципу построения ИБП можно разделить на Off-line, Line-interactive типа и Оn-line типа.

1) Off-line

Наиболее простые и дешевые .

Нагрузка питается от питающей сети через входной фильтр. В случае отклонения входного напряжения от допустимых пределов нагрузка переключается на питание от аккумуляторной батареи через инвертор.

К недостаткам данных ИБП относятся:

конечное время переключения на резервное питание
отсутствие защиты от отклонения частоты и формы входного напряжения
частые переключения на аккумулятор при плохом качестве электроэнергии
плохая отзывчивость на резкие перепады напряжения

2) Line-interactive

Имеют в своем составе бустер – регулятор напряжения на основе автотрансформатора, который позволяет ступенчато повысить или понизить входное напряжение ИБП. Он расширяет диапазон входных напряжений ИБП и позволяет реже переключаться на режим работы от аккумулятора.

Основные недостатки Line-interactive ИБП:

конечное время переключения на резервное питание
отсутствие защиты от отклонения частоты и формы входного напряжения

3) Оn-line

ИБП с двойным преобразованием выпрямляют входное напряжение, а затем преобразуют его в переменное напряжение с помощью инвертора. В случае отсутствия входного напряжения на инвертор подается напряжение с аккумулятора, что позволяет переключаться в автономный режим работы практически мгновенно. Такие ИБП дают полную защиту от всех помех входного напряжения : как резкого, так и длительного повышения или понижения амплитуды, частоты, искажения формы и т.п.

К недостаткам данных ИБП относятся:

меньший КПД по сравнению с другими типами из-за потерь в выпрямителе и инверторе
большая стоимость из-за необходимости применения более сложной конструкции

ИБП двойного преобразования могут иметь или не иметь в своем составе выходного трансформатора.

На входе бестрансформаторных ИБП стоит регулируемый ШИМ-выпрямитель, который позволяет достичь меньших габаритов, низкого коэффициента гармоник тока и единичного входного коэффициента мощности.

Батареи, как правило, подключаются в цепь постоянного тока через повышающий преобразователь. Чтобы получить выходное напряжение 220 В без повышающего выходного трансформатора, на вход инвертора необходимо подавать напряжение значительно большее, чем рабочее напряжение аккумулятора.

Структурная схема бестрансформаторного ИБП Оn-line типа Структурная схема бестрансформаторного ИБП Оn-line типа

Отсутствие выходного трансформатора позволяет сделать ИБП меньше, легче и тише и получить более высокий КПД. К тому же, в настоящее время полупроводниковые преобразователи становятся дешевле, чем силовые трансформаторы.

Рынок источников бесперебойного питания (ИБП или UPS) буквально кишит предложениями от самых разных производителей. Чтобы правильно выбрать этот прибор, приходится учитывать уйму факторов: мощность подключенных устройств, желаемое время автономной работы, требования к форме сигнала, совместимость по части разъёмов и многое другое.

В момент принятия решения неподготовленному покупателю трудно переварить такой поток информации. Поэтому он обращается к знакомым любителям компьютерной электроники или действует по велению магазинного консультанта.

Этот материал для тех, кто хочет знать, как выбрать ИБП самостоятельно, — оптимальный по цене и подходящий по всем параметрам для конкретной задачи. Итак, начнём.

Цель использования ИБП

Главная задача любого UPS — обеспечить надежное питание подключенного оборудования, недоступное в обычных электросетях. Этот прибор выполняет две основные функции:

Защищает аппаратуру от кратковременных и длительных всплесков напряжения, а также других нарушений электроснабжения. При этом некоторые ИБП также способны стабилизировать параметры питания в заданном диапазоне.
Подключает резервный источник питания (аккумуляторную батарею), когда отсутствует напряжение в первичном источнике — сети переменного тока. Таким образом, UPS обеспечивает непрерывность электроснабжения.

Источники бесперебойного питания, как правило, используют:

В быту и офисе — когда нужно защитить оборудование от скачков напряжения, предотвратив его возможный выход из строя. В случае с ПК прибор позволяет завершить его работу без потери данных при отключении электроэнергии.
В промышленности — чтобы обеспечить стабильность технологических процессов. Это важно, поскольку даже кратковременное нарушение электроснабжения без использования ИБП может привести к остановке производства.
Для систем безопасности — когда критически необходима возможность продолжительного функционирования оборудования после отключения основного источника электроснабжения, а также защита системы от перегрузок и КЗ.

Виды источников бесперебойного питания

По назначению UPS подразделяются на три основные категории:

Для компьютера и монитора (бытовые) — приборы невысокой мощности (обычно до 1000 В·А), построенные на схемах Off-Line (резервные) или Line-Interactive (интерактивные). Таких ИБП вполне достаточно, чтобы защитить вычислительную технику от скачков напряжения и предотвратить потерю данных при отключении электричества.

Пример широко распространённой модели этого уровня — APC Back-UPS 500VA (BK500EI) .

Для серверного оборудования (серверные) — более сложные устройства на схеме Line-Interactive или On-Line с точной стабилизацией напряжения и частоты, байпасом и коррекцией коэффициента мощности. Для таких ИБП часто доступна горячая замена батарей и подключение внешних аккумуляторов, повышающих время автономной работы.

Для ЦОД и промышленности (высокомощные) — вторичные источники электроснабжения, обеспечивающие защиту аппаратуры высокой мощности самого разного назначения. Подобные UPS отличаются крупными размерами и богатыми функциональными возможностями, необходимыми для гибкой настройки оборудования.

Основные критерии выбора ИБП

Источники бесперебойного питания отличаются множеством параметров, главные из которых — мощность и схема построения. Первый из них указывает, на какую общую нагрузку рассчитан прибор, второй — на степень защиты и соответствие поставленной задаче. Обе характеристики мы подробно разберём в настоящей статье.

Также при выборе ИБП учитывают:

Кроме основных критериев, могут играть роль наличие ЖК-экрана и интерфейсных портов (RS-232, USB, RJ-45), возможность установки карт мониторинга и управления SmartSlot, форм-фактор, возможность подключения внешних батарей и другие критерии.

Схемы построения ИБП

От этого параметра зависит обеспечиваемая прибором степень защиты, амплитуда выходного сигнала, габаритные размеры и, конечно, стоимость. Существуют три основных схемы построения ИБП:

Резервная (Off-Line, Standby) — самый простой вариант, при котором нагрузка получает питание от электросети, а прибор лишь фильтрует возможные помехи. Когда напряжение пропадает или выходит за границы заданного диапазона, UPS переключает оборудование на питание от аккумуляторной батареи с помощью инвертора. При восстановлении электроснабжения от первичного источника нагрузка снова переключается на электросеть.

Интерактивная (Line-Interactive) — более сложная схема, которая, в отличие от резервной, оснащена простым стабилизатором. При незначительных нарушениях работы электросети такой прибор может корректировать выходное напряжение без использования батареи. Кроме этого, интерактивные ИБП обычно имеют меньшее время переключения на аккумуляторы, чем модели, основанные на резервной схеме.

Интерактивные с чистой синусоидой (Line-Interactive Sin) — ещё более высокий класс UPS, который подходит не только для устройств с импульсными БП, но и оборудования, использующего трансформаторные БП и асинхронные двигатели (например, котлы). Такая техника чувствительна к качеству напряжения, из-за чего использование обычного линейно-интерактивного или резервного ИБП с аппроксимированной формой сигнала может вывести её из строя.

С двойным преобразованием (On-Line) — лучшее, но и самое дорогое решение для защиты критически важного и требовательного к качеству электропитания оборудования. Главный плюс таких моделей — отсутствие переключения на батарею (так называемое «нулевое время переключения»). Их аккумуляторы постоянно включены в сеть, поэтому полностью исключена вероятность сбоя при отключении электроснабжения. Кроме того, ИБП с двойным преобразованием создают выходной сигнал с чистой синусоидой, благодаря чему подходят для аппаратуры с любыми блоками питания.

Какую же схему выбрать?

Ответ на этот вопрос зависит исключительно от области применения ИБП.

Резервные или интерактивные — оптимальный вариант для компьютера и монитора, блоки питания которых сами выпрямляют и фильтруют напряжение. Соответственно, нет смысла платить больше за UPS с синусоидальным сигналом типа Line-Interactive Sin или On-Line. Кроме этого, модели на резервной или интерактивной схеме компактны и почти всегда бесшумны, что важно в условиях дома или офиса.

Интерактивные с чистой синусоидой — разумный выбор для защиты оборудования с асинхронными двигателями, например, котлов. Подобные ИБП не так дороги, как On-Line, при этом обеспечивают необходимые характеристики.

С двойным преобразованием — решение для серверов, рабочих станций и любого оборудования, требовательного к качеству выходного сигнала. Такие UPS обеспечивают высочайшую надёжность, однако и стоят в несколько раз дороже моделей остальных типов.

Выходная мощность

От этого параметра зависит, какую общую нагрузку способен выдержать ИБП. Он может быть указан:

В вольт-амперах (В·А, V·A) — полная мощность, одна часть которой совершает работу (активная), другая — передаётся электромагнитным полям цепи (реактивная). Другими словами, это общая мощность, потребляемая из сети.
В ваттах (Вт, W) — активная (потребляемая) мощность, которая преобразуется в энергию или совершает работу. Именно она выдаётся нагрузке.

Возникает вопрос: зачем указывают полную мощность в вольт-амперах?

Дело в том, что значение активной мощности, то есть потребляемой прибором-потребителем, зависит от его коэффициента мощности (далее — КМ). В зависимости от характеристик блока питания, этот показатель может иметь значение от 0,55 до 0,96. Умножив вольтамперную характеристику на КМ, мы получаем активную мощность нагрузки в ваттах.

Чтобы не усложнять выбор потребителям и установить какой-то минимальный запас, производители ИБП обычно считают КМ равным 0,6. В этом случае про ИБП на 800 В·А можно сказать, что он рассчитан на нагрузку с активной мощностью до 480 Вт (800*0,6).

Однако у современных блоков питания с коррекцией КМ (PFC) эта характеристика может быть выше. Например, у моделей, сертифицированных по программе 80 PLUS, КМ равен минимум 0,9 при 100 % нагрузке. В этом случае нужно понимать, что два 480-ваттных БП — с PFC и без него — могут иметь разную активную мощность в пределах от 280 до 460 Вт. Поэтому сравнивать стоит только активную мощность ИБП (В·А*0,6) и нагрузки.

Рассчитываем мощность

Чтобы правильно выбрать этот параметр, обычно рекомендуют суммировать активные мощности подключаемых к ИБП устройств, затем прибавить к полученному значению 20-30 % — это и будет оптимальное значение в ваттах. В этом случае вы получаете немалый запас, который полезен при возможном увеличении нагрузки на прибор или в ситуации, когда все подключенные устройства работают на пике своей производительности.

В случае со стандартным компьютером и монитором обычно выбирают ИБП с мощностью от 500 до 1000 В·А — его схемотехника рассчитана на такую нагрузку (батарея не в счёт, о ней в следующем разделе). Для серверов, систем хранения данных и сетей начального уровня — 1-5 кВ·А, для ЦОД, корпоративных сетей и промышленности — от 5 кВ·А и выше.

Время автономной работы ИБП

Этот параметр зависит от характеристик аккумуляторов и мощности аппаратуры, подключенной к UPS. В большинстве случаев от бытовых моделей источников бесперебойного питания не ждут высоких показателей — достаточно нескольких минут на завершение работы ПК.

Как правило, производитель указывает примерное время автономной работы ИБП при нагрузке, на которую он рассчитан. В качестве примера рассмотрим популярную модель APC Back-UPS 700VA (BE700G-RS) с 12-В батареей на 9 А·ч.

Такой аккумулятор обеспечит питание 200-ваттной нагрузки в течение 7-8 минут. При максимально допустимой мощности (

400 Вт) время уменьшится примерно до 2 минут. Выбор другой модели с двумя аналогичными батареями удвоит мощность нагрузки до 400 Вт при тех же 7-8 минутах либо увеличит время до 17-24 минут при значении 200 Вт.

Каким же должно быть минимальное время автономной работы UPS при его номинальной нагрузке? Правильный ответ — около 5 минут. В этом случае прибор сможет выполнять свою функцию (давать возможность корректно завершить работу ПК при отключении электроснабжения) даже спустя пару лет с момента покупки.

Типы корпусов ИБП

Источники бесперебойного питания представлены в разных форм-факторах, которые выбирают в зависимости от области применения устройства.

Самые популярные варианты:

Tower — корпус башенного типа, который занимает минимум места на столе или под ним. Как правило, в таких ИБП индикаторы/экран и кнопка питания находятся спереди, входные и выходные разъёмы — сзади.

Brick — такие UPS выполнены в корпусе, лежащем на широкой грани. Они занимают больше места на столе, при этом удобнее, когда нужно быстро подключить или отключить устройство. Кроме того, некоторые приборы форм-фактора Brick оснащены креплением для монтажа на стену.

Rack — ИБП, предназначенные для установки в телекоммуникационный шкаф или стойку. Большинство подобных моделей относятся к серверным.

Rack/Tower — универсальные модели, которые могут быть установлены в стойку или отдельно — в вертикальном положении.

Какой же форм-фактор выбрать?

Для дома и офиса оптимальные варианты — Tower и Brick. Любой из них можно расположить на столе или под ним, второй — повесить на стену. Для профессиональных задач выбирают Rack или универсальный Rack/Tower, который можно использовать как в стойке, так и в виде устройства, расположенного вертикально и занимающего минимум пространства.

Замена батарей

В любом источнике бесперебойного питания аккумуляторы постепенно теряют свои свойства. Как правило, о необходимости замены батареи уведомляет сам UPS соответствующим индикатором.

В зависимости от модели, эту процедуру может выполнить сам пользователь или сервисный центр компании продавца — когда требуется разборка прибора. Во втором случае рекомендуем не нарушать это правило эксплуатации, чтобы сохранить гарантию на ИБП.

Производители

Согласно статистике издания «Бестселлеры IT-рынка», в России самыми крупными поставщиками источников бесперебойного питания в массовом сегменте являются компании APC by Schneider Electric, Powercom и Ippon. На эти марки приходится максимум продаж UPS типа Line-Interactive и Off-Line.

В более старших сегментах высокие показатели имеют APC by Schneider Electric, Eaton, Delta Electronics и другие компании, в том числе малоизвестные на рынке. Они лидируют по продажам дорогих и мощных моделей, которые выходят за рамки потребностей домашнего и офисного использования.

ИБП любого из этих брендов можно смело рекомендовать как надёжные изделия от ведущих игроков на рынке устройств по управлению электропитанием.

Рейтинг ИБП

Предлагаем вашему вниманию краткий обзор пяти источников бесперебойного питания, каждый из которых заслуживает право называться одним из лучших для своих задач.

Эта модель способна обеспечить резервным питанием до трёх устройств с общей мощностью 315 Вт. Кроме этого, предусмотрены две розетки, обеспечивающие защиту подключенного оборудования от всплесков напряжения, перегрузок и КЗ. Использование интерактивной схемы обеспечит стабилизацию напряжения в заданном диапазоне без переключения на питание от батареи.

Эта одна из простых моделей от самого известного производителя ИБП. Она основана на резервной схеме и оснащена четырьмя выходными разъёмами IEC-C320 C13 (компьютерными). Прибор защитит подключенное оборудование общей мощностью до 300 Вт от скачков напряжения, перегрузок и коротких замыканий.

Доступный с двойным преобразованием — Eaton 9SX 1000VA (9SX1000IR)

Этот UPS башенного типа обеспечит высококачественное питание для серверов и важного телекоммуникационного оборудования с общей мощностью до 900 Вт. Благодаря поддержке внешних батарейных блоков прибор можно легко модернизировать, а наличие слота SmartSlot позволит расширить возможности управления ИБП.

Универсальный с двойным преобразованием — Ippon Innova RT 1500VA (621778)

Этот ИБП предназначен для серверного и сетевого оборудования. Он обеспечит резервным питанием до восьми устройств с общей мощностью 1350 Вт. К прибору можно подключить внешние батарейные блоки, что увеличит время автономной работы при отсутствии электроснабжения. Модель Ippon Innova RT 1500VA может эксплуатироваться как в стойке (размер — 2U), так и отдельно, в вертикальном положении.

Для серверов и чувствительного оборудования — APC Smart-UPS 1500VA (SMT1500I)

Этот ИБП башенного типа обеспечит питанием до 8 устройств с общей мощностью до 980 Вт. Модель построена на интерактивной схеме с чистой синусоидой, что делает её подходящей для оборудования, чувствительного к форме выходного сигнала. Прибор оснащён слотом SmartSlot для более гибкого управления, а также поддерживает горячую замену основной батареи.

• срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно 5 и 10 лет).

ИБП и особенности площадки

Однофазное питание

В электротехнике под термином «однофазное питание» понимают распределение питания, при котором переменный ток всех линий меняется в унисон. Однофазные сети используются там, где нагрузкой является освещение и обогрев, а количество мощных электродвигателей в ней незначительно.

Однофазное питание – это тот тип питания, который в, основном, присутствует у вас дома. Обычно домашняя сеть питания – это однофазное напряжение 220−230В переменного тока. Если вы подключите осциллограф к обычной домашней розетке, вы увидите синусоидальный сигнал напряжения с действующим значением 230В и частотой колебаний 50 периодов в секунду, т.е. 50 Гц. Питание в виде подобного колебательного сигнала обычно называется переменным током.

Альтернативой ему является постоянный ток, производимый, например, батареями. Переменный ток в электросетях имеет, как минимум, три преимущества перед постоянным.

Электрогенераторы производят первично переменный ток, таким образом, преобразование в постоянный ток требует дополнительных действий.
Трансформаторы, на которых строится электро- сеть, работают только с переменным током.
Преобразовать переменный ток в постоянный несложно, в то время как оборудование для обратного преобразования достаточно дорого. Это делает переменный ток лучшим выбором.

Трехфазное питание

Будучи наиболее эффективным видом электроэнергии для транспортировки на большие расстояния, трехфазное напряжение также повышает эффективность работы промышленного оборудования. Трехфазное питание выглядит как три однофазных сигнала со сдвигом фаз на угол 120° или одну треть периода синусоиды (см. рисунок 1 ниже).

Трехфазное напряжение может быть измерено по каждой фазе относительно нейтрали или между любыми двумя фазами. Отношение напряжения к напряжению равно квадратному корню из числа 3 (например, 230В и 400В соответственно).

Топологии ИБП

Какая лучше удовлетворит потребности клиента?

Различные топологии ИБП обеспечивают различные степени защиты. Есть несколько факторов, определяющих выбор наилучшего решения для конкретной системы, включающие требуемые уровни надежности и доступности, тип защищаемого оборудования и ближайшее окружение. Несмотря на то, что все три приведенные ниже топологии удовлетворяют требованиям к питанию существуют важные отличия в их работе, а также в частоте и продолжительности использования батарей.

Топология пассивного резерва (оффлайн) используется для защиты ПК от пропадания питания, а также провалов и всплесков напряжения. В нормальном режиме работы ИБП питает нагрузку от сети, при этом входное напряжение фильтруется, но не регулируется. Батареи заряжаются от сети. В случае пропадания питания или его выхода из допустимых пределов, ИБП обеспечивает питание нагрузки от батареи. Данная топология экономична и обеспечивает достаточную защиту для офисных приложений. Топология пассивного резерва непригодна в тех случаях, когда сеть выдает питание низкого качества (например, на промышленных объектах), или в сети часто происходят сбои.

топология используется для защиты корпоративных сетей от пропадания питания, провалов и всплесков напряжения, а также пониженного и повышенного напряжения. В нормальном режиме устройство управляется микропроцессором, который отслеживает качество сетевого питания и реагирует на отклонения от нормы. Система регулировки напряжения делает возможным повышение или понижение выходного напряжения относительно входного для компенсации отклонений. Основным преимуществом линейно- интерактивной топологии является компенсация напряжения без использования батарей.

Децентрализованный или централизованный ИБП

Лучше ли один большой ИБП? Или лучше иметь несколько небольших ИБП? Ответ зависит от множества факторов. В децентрализованной (или распределенной) конфигурации ИБП, множественные ИБП поддерживают каждый по небольшому количеству устройств или всего одно устройство. Децентрализованные ИБП обычно используют разъемное подключение и обычно имеют номинальную мощность до 6кВА. В централизованной конфигурации один большой ИБП поддерживает несколько Централизованный ИБП обычно жестко подключается к распределитель- ному щиту. В следующих таблицах представлены факторы, которые следует принять к рассмотрению при выборе между децентрализованной и централизованной архитектурой ИБП.

Децентрализованные ИБП

Преимущества

Не требуется специального подключения. Можно использовать существующие настенные розетки.

Если здание поддерживается генератором, небольшие ИБП резервного типов могут иметь проблемы с функционированием от генераторного питания.

Оставляют место для будущего роста емкости и не привязывают будущее расширение к конкретному ИБП.

Требуются временной и человеческий ресурсы для контроля нескольких ИБП, замены батарей и обслуживания.

Существующие небольшие ИБП не требуется выбрасывать. (Кстати, многие производители предлагают схему зачета старых ИБП при покупке новых).

Децентрализованная конструкция не предоставляет возможности просто отключить единственный ИБП, когда требуется аварийное отключение питания. Также они могут не иметь возможности резервирования и других полезных функций, которые предоставляют большие ИБП.

Поддержание качества питания происходит непосредственно рядом с потребителями, что устраняет опасность потери качества при передаче электроэнергии по распределительной сети в случае централизованной структуры.

Добавление резерва, дополнительного времени поддержания питания или сервисного байпаса на множественные ИБП может быть достаточно дорогим или невозможным.

Обеспечивает гибкость в отношении защиты и функциональности. Например, расширенное время работы может быть добавлено к определенным ИБП, а менее критичные приложения не потребуют расходов на дополнительные батареи.

Множественные звуковые аварийные сигналы и оповещения могут раздражать персонал.

Централизованные ИБП

Преимущества

Обычно сроки службы ИБП более длительны.

Одиночный ИБП может представлять собой общую точку отказа. Однако, можно компенсировать этот недостаток резервированием (N+1 или N+X).

Одиночный большой ИБП легче контролировать, обслуживать и эксплуатировать, чем множество маленьких.

Один большой ИБП сложнее приблизить физически к потребителям питания. Скорее всего, не все оборудование будет питаться от единственного распределительного щита.

Большой ИБП будет трехфазным, обычно это означает большую эффективность и меньшие затраты.

Централизованные решения требуют больше места для ИБП, которое может быть недоступно.

Централизованный ИБП обычно располагается вне доступных и используемых мест. Следовательно, меньше риск его случайного повреждения и намеренного вмешательства в работу.

Обычно требуется профессиональный сервисный персонал для установки, обслуживания и ремонта, что вносит дополнительные расходы.

Централизованный ИБП может быть размещен в месте с более качественным охлаждением. Помните о том, что тепло является врагом батарей ИБП.

Затраты на установку и подключение могут быть более высоки.

Когда требуется замена батарей, вам надо думать всего об одном ИБП. Распределенная конфигурация может потребовать заказа батарей разных типов. Подумайте о временных затратах на замену батарей, например, у пяти или у 20 ИБП.

Комбинация конфигураций

Не следует забывать о том, что централизованная и децентрализованная стратегии не обязательно употребляются строго отдельно. Эти две стратегии могут быть использованы в комбинации для обеспечения резервирования для критических приложений. Например, весь объект защищается одним большим централизованным ИБП, но специальный отдел, например, круглосуточный центр обработки звонков, может иметь отдельные ИБП для резерва защиты и возможного расширения времени работы.

1. Настольные и вертикальные ИБП

a. Eaton Ellipse легко размещается на столе или под столом

b. ИБП Eaton 9130 в вертикальном корпусе размещается под столом или в сетевой стойке.

2. Настенные ИБП

ИБП Eaton 5115 для установки в стойку может быть закреплен на стене

3. ИБП для установки в стойку

ИБП со стоечным креплением Eaton 9130 занимает всего 2 единицы высоты пространства стойки (подходит к стойкам с одной или двумя плоскостями крепления)

4. ИБП в универсальном стоечном / вертикальном корпусе

ИБП Eaton 5130 могут монтироваться в стойку или устанавливаться вертикально

5. Масштабируемые ИБП

a. Eaton BladeUPS – это масштабируемые ИБП с возможностью резервирования в стоечных корпусах

b. Eaton MX Frame

6. Большие стойки ИБП

ИБП Eaton 9390 и 9395 разработаны для использования в качестве центрального источника питания для разнообразной нагрузки, например, в центрах обработки данных.

Когда ваш клиент получает ИБП, ему требуется правильно его подключить. Если клиент получил ИБП и не может подключить его к розетке или не может подключить к нему свое оборудование, у вас образуется проблема.

Далее мы приводим справочную информацию, которая поможет вам визуально определить типы входных и выходных разъемов.

Источник: EATON CORPORATION. Справочник по ИБП

Вопросы для выбора ИБП

Какую номинальную мощность ИБП выбрать

Для будущего расширения мы рекомендуем устанавливать ИБП, который будет загружен примерно на 75%. В дополнение, батареи стареют и теряют емкость со временем, заложив запас мощности, вы также получаете запас по батареям.

Какая мощность ИБП требуется именно Вам

Определите общую потребляемую мощность вашего оборудования в ваттах. Добавьте 10−20 процентов на будущее развитие и выберите минимальное время работы от батарей.

Что будет в случае перегрузки ИБП

Если защищенное оборудование и/или нагрузка потребляет больше тока, чем ИБП может предоставить. ИБП переключает нагрузку на байпас (на несколько минут), пока условия не вернутся к норме. Если перегрузка продолжится в течение определенного времени, ИБП выключится.

Что вызывает перегрузку ИБП

Есть два возможных ответа: (1) Выбран ИБП недостаточной номинальной мощности (например, нагрузка, которая потребляет 1200 ВА, была подключена к ИБП с номиналом 1000 ВА), или (2) пользователь подключил к ИБП больше оборудования, чем первоначально рассчитывалось.

Централизованное или децентрализованное решение на ИБП

В централизованной конфигурации один большой ИБП поддерживает несколько Централизованный ИБП часто жестко подключается к распределительному щиту. Децентрализованная конфигурация позволяет множеству ИБП защищать по несколько устройств. Децентрализованные ИБП обычно подключаются к питанию и нагрузке с помощью розеток и вилок.

Надежность ИБП

Надежность (или эксплуатационная готовность) электропитания обычно выражается в процентах времени, в течение которого присутствует корректное питание. Например, если электросеть обеспечивает «3 девятки» надежности, питание доступно 99,9% времени. Поскольку эти 8,8 часов простоя порождают серьезные затраты, IT и телефонные сети требуют не менее 5−ти девяток надежности.

Читайте также: