Содержание
ИБП - Принципы работы
Источник: http://www.ippon.ru/support/principles/?content=1
Выдержки из книги А.А.Лопухина
"Источники бесперебойного питания без секретов"
Зачем нужны ИБП (UPS)?
Примерно через три-шесть месяцев работы стоимость данных, хранящихся на новом рабочем компьютере, начинает превышать стоимость самого компьютера. В случае с сетевым сервером такая ситуация может возникнуть уже через несколько недель после его установки.
В 50 - 70% случаев причиной сбоев в работе электронных приборов является некачественное электроснабжение. При сбое электропитания одна некорректная сессия записи данных может разрушить всю файловую систему.
Даже если сбои и не приводят к катастрофическим последствиям сразу, то спустя некоторое время чувствительная электронная начинка вашего ПК может попросту "взбунтоваться" из-за постоянных циклов включения/выключения.
В России получили известность данные исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM. Согласно данным Bell Labs и IBM (США), каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций с электропитанием в месяц.
Виды сбоев электропитания
| Вид сбоя электропитания | Причина возникновения | Возможные последствия |
|---|---|---|
| Пониженное напряжение, провалы напряжения | перегруженная сеть неустойчивая работа системы регулирования напряжения сети подключение потребителей, совокупная мощность которых сравнима с общей мощностью участка электрической сети | перегрузки блоков питания электронных приборов и уменьшение их ресурса отключение оборудования при недостаточном для его работы напряжении выход из строя электродвигателей потери данных в компьютерах |
| Повышенное напряжение | недогруженная сеть недостаточно эффективная работа системы регулирования отключение мощных потребителей | выход из строя оборудования аварийное отключение оборудования с потерей данных в компьютерах |
| Высоковольтные импульсы | атмосферное электричество включение и отключение мощных потребителей запуск в эксплуатацию части энергосистемы после аварии | выход из строя чувствительного к качеству питания оборудования |
| Электрический шум | включение и отключение мощных потребителей взаимное влияние электроприборов, работающих неподалеку | сбои при выполнении программ и передаче данных нестабильное изображение на экранах мониторов и в видеосистемах |
| Полное отключение напряжения | срабатывание предохранителей при перегрузках непрофессиональные действия персонала аварии на линиях электропередач | потери данных в компьютерах выход из строя жестких дисков на очень старых компьютерах |
| Гармонические искажения напряжения | в сети преобладает нелинейная нагрузка, оснащенная импульсными блоками питания (компьютеры, коммуникационное оборудование) неправильно спроектированная электрическая сеть, работающая с нелинейными нагрузками перегрузка нейтрального провода | помехи при работе чувствительного оборудования (радио- и телевизионные системы, измерительные приборы и т.д.) |
| Нестабильная частота | сильная перегрузка энергосистемы в целом потеря управления системой | перегрев трансформаторов нестабильная частота как индикатор неправильной работы всей энергосистемы или ее существенной части (для компьютеров изменение частоты само по себе не страшно) |
Характеристики ИБП (UPS)
- Элемент ненумерованного спискавыходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA) или ваттах (W);
- время переключения, то есть время перехода ИБП (UPS) на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);
- время автономной работы, определяется емкостью батарей и мощностью подключенного к ИБП (UPS) оборудования (измеряется в минутах, мин.);
- ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП (UPS) в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V);
- срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно 5 и 10 лет).
Основные электрические параметры ИБП (UPS)
Выходная мощность ИБП (UPS)
Выходная мощность ИБП (UPS) определяется как произведение напряжения (в вольтах, V) на силу тока (в амперах, А).
Мощность, потребляемая нагрузкой, определяется как произведение выходной мощности ИБП (UPS) (в вольт-амперах, VA) на коэффициент мощности нагрузки (Power Factor, PF).
Следует выбирать такой ИБП (UPS), для которого выполняется следующее условие:
P - выходная мощность ИБП (UPS) (VA), Wн - мощность, потребляемая нагрузкой (VA),
PF - коэффициент мощности, который для персональных компьютеров принимается равным 0,7.
Обычно величина потребляемой мощности указана на наклейке, расположенной на задней крышке устройств.
Форма выходного напряжения ИБП (UPS)
Источник бесперебойного питания является временным заменителем электрической сети для подключенного к нему оборудования.
В электрической сети напряжение имеет синусоидальную форму или форму, близкую к синусоиде. Разумеется, все компьютеры и другое оборудование, предназначенное для питания от сети переменного тока, рассчитано именно на синусоидальное напряжение. Но почти все виды оборудования, в том числе компьютеры, могут более или менее нормально работать с напряжением, которое очень сильно отличается от синусоидального.
Раньше некоторые ИБП (UPS) с переключением имели выходное напряжение в форме меандра (прямоугольных импульсов разной полярности).
Рис. 1. Меандр
Для того чтобы среднеквадратическое и амплитудное значение прямоугольного напряжения были равны соответствующим значениям синусоидального напряжения, производители современных ИБП (UPS) с переключением слегка изменили форму меандра, введя паузу между прямоугольными импульсами разной полярности.
Рис. 2. Меандр с паузой.
Напряжение такой формы производители ИБП (UPS) называют "ступенчатым приближением к синусоиде" (англ. - stepped approximation to a sine wave). Эта форма кривой позволяет, при правильно подобранных амплитуде напряжения и длительности пауз, выполнить требования разных нагрузок. Например, при длительности паузы около 3 мс (для частоты 50 Гц) действующее значение напряжения совпадает с действующим значением синусоидального напряжения той же амплитуды.
Реальная форма выходного напряжения ИБП (UPS) с переключением приведена на рис. 3.
Рис. 3. Осциллограммы напряжения и тока персонального компьютера, подключенного к ИБП (UPS) с переключением.
На этой же осциллограмме приведена и кривая потребляемого компьютером тока. Cильные импульсные токи, потребляемые компьютером в моменты начала и конца прямоугольного импульса, не влияют на работу компьютера. Они полностью подавляются блоком питания компьютера, на выходе которого наблюдается постоянное напряжение с обычным уровнем пульсаций.
Компьютер, защищаемый ИБП (UPS) с переключением, питается несинусоидальным напряжением только в моменты работы ИБП (UPS) от батареи (т.е. очень кратковременно). При работе ИБП (UPS) от сети компьютер питается сетевым напряжением, сглаженным с помощью встроенных в ИБП (UPS) фильтров шумов и импульсов.
Подавление шумов
Шумы - это небольшие случайные отклонения напряжения от номинала, в основном высокочастотные. Шумы подавляются входными фильтрами ИБП (UPS). Степень подавления зависит от частоты шума. В среднем, у ИБП (UPS) подавление шума составляет от 10 Дб при частоте 0,15 МГц до 50 Дб при частоте 30 МГц.
Подавление импульсов
В мире существуют несколько стандартов, описывающих требования к ИБП (UPS) относительно защиты от импульсов.
Наиболее распространенный стандарт относится к типичным офисным условиям и подразумевает испытание ИБП (UPS) путем подачи на его вход импульса напряжением 3000 В. В ИБП (UPS) разных типов используются разные технологии подавления импульсов. В оффлайновых и линейно-интерактивных моделях ИБП (UPS), как правило, используется варисторная защита от импульсов. Простой и эффективный варисторный шунт может подавлять импульсы с токами огромной амплитуды.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия - это отношение мощности, потребляемой нагрузкой ИБП (UPS) к полной потребляемой ИБП (UPS) мощности. Чем выше КПД, тем эффективнее используются энергоресурсы. КПД ИБП (UPS) может колебаться от 85 до 97% в разных классах и при разных режимах работы устройств.
Время работы от батареи
Для большинства обычных офисных ИБП (UPS) небольшой мощности время работы от батареи при максимальной нагрузке составляет 4-15 минут.
Если нагрузка ИБП (UPS) меньше максимальной, то время работы от батареи увеличивается. Из-за нелинейности разрядной кривой аккумуляторной батареи это увеличение не пропорционально уменьшению нагрузки. Если нагрузка уменьшилась вдвое, то время работы может увеличиться в 2.5-5 раз, если втрое, то время увеличивается в 4-9 раз и т.д.
ИБП (UPS) большой мощности и некоторые ИБП (UPS) малой мощности имеют возможность увеличения времени автономной работы за счет замены батареи на батарею большей емкости или установки дополнительной батареи. Батарея большей емкости может устанавливаться в том же корпусе или может устанавливаться дополнительный корпус для батареи.
Коэффициент мощности. Ватты и вольт-амперы
Знать мощность подключенного к ИБП (UPS) оборудования необходимо для того, чтобы не превысить предельную допустимую нагрузку ИБП (UPS). Но нагруженность (или перегруженность) ИБП (UPS) определяется не только тем, какая мощность выделилась в нагрузке, а еще и тем, какой ток течет через ИБП (UPS). Поэтому при указании предельной для ИБП (UPS) нагрузки обычно указывают максимальную полную мощность в вольт-амперах и максимальную активную мощность в ваттах.
Выбирать ИБП (UPS) нужно так, чтобы максимальная мощность нагрузки не превышала максимальной мощности ИБП (UPS).
Полная мощность нагрузки должна быть меньше номинальной полной мощности ИБП (UPS) (нужно сравнивать вольт-амперы - ВА). А активная мощность нагрузки не должна превышать номинальной активной мощности ИБП (UPS) (нужно сравнивать ватты - Вт).
Для разных нагрузок и разных ИБП (UPS) ограничением может быть или полная, или активная мощность. Чаще всего (для компьютерных нагрузок) ограничением является полная мощность.
Обсуждение