Источник: http://www.ippon.ru/support/knowledge/

Выдержки из книги А.А.Лопухина
"Источники бесперебойного питания без секретов"

Line-Interactive - схема построения ИБП (UPS), предполагающая наличие на входе ступенчатого стабилизатора (бустера), который отслеживает и фильтрует напряжение, поступающее из электросети, перед его подачей на подключенное устройство. Переход на питание от батарей предусматривается только в случаях, когда напряжение сети падает ниже приемлемого уровня или превышает его. Вследствие этого ИБП (UPS) способен выдерживать длительные глубокие "просадки" входного сетевого напряжения (одна из наиболее распространенных неполадок российских электросетей) без перехода на аккумуляторные батареи.

Недостатком этой схемы является разрыв электропитания в момент переключения на работу от батареи и обратно. Этот разрыв является следствием использования механических переключателей. Время их срабатывания довольно мало (несколько миллисекунд), но отлично от нуля.

Переключатель такого ИБП (UPS) имеет два основных режима работы: работа от сети и работа от батареи.

На режиме работы от электрической сети напряжение фильтруется от шумов и импульсов и поступает к нагрузке. Часть мощности расходуется на зарядку батареи ИБП (UPS) или поддержание ее в заряженном состоянии. Блок анализа напряжения контролирует форму и амплитуду напряжения сети.

В случае, если напряжение сети становится слишком низким (например, ниже 195 В) или (для некоторых моделей) слишком высоким, блок анализа сети пытается скорректировать величину напряжения, переключая отводы автотрансформатора. Напряжение на выходе ИБП (UPS) повышается или понижается, приближаясь к номинальному значению.

Если напряжение становится настолько низким, что переключение отводов уже плохо помогает, то ИБП (UPS) переключается на работу от батареи.

Если на вход ИБП (UPS) поступает напряжение искаженной формы, блок анализа сети также переключает ИБП (UPS) на режим работы от батареи.

Переключение "сеть-батарея" происходит значительно более гладко, чем у ИБП (UPS) с переключением (Off-line) прежде всего потому, что совпадают формы кривой напряжения на обоих режимах работы. Сам процесс переключения (вместе с временем обнаружения сбоя) занимает менее четверти периода синусоиды (примерно 3-4 мс). В зависимости от фазы напряжения в момент сбоя сети, сопутствующие переключению переходные процессы могут продолжаться до 20 мс, т.е. на протяжении периода синусоиды.

При переключении на режим работы от батареи инвертор ИБП (UPS), постоянно подключенный к нагрузке, немедленно начинает вырабатывать переменное напряжение, синфазное напряжению сети. Сеть отключается от нагрузки переключателем, но остается под контролем блока анализа сети.

Инвертор поддерживает напряжение на нагрузке в течение некоторого времени, зависящего от заряда батареи. Если сетевое напряжение за это время не становится нормальным, после разряда батареи ИБП (UPS) отключает нагрузку.

Если во время работы от батареи сетевое напряжение становится нормальным, линейно-интерактивный ИБП (UPS) с синусоидальным выходом, готовится к переключению на батарею: начинает синхронизацию переменного напряжения инвертора с сетевой синусоидой. Такая сложная процедура переключения хотя и затягивает само переключение, но для ИБП (UPS) с синусоидальным выходным напряжением позволяет производить его очень мягко. В момент переключения не возникает никаких фазовых или амплитудных скачков. Компьютер во время переключения работает нормально, блок питания не испытывает импульсных нагрузок.

Выпрямитель ИБП (UPS) с регулированием напряжения выполняет функцию автоматического зарядного устройства. Он заряжает батарею, если она разряжена, и поддерживает на ней напряжение плавающего заряда, если ее заряд близок к максимальному.

Наиболее распространен режим заряда батареи, при котором сначала батарея заряжается постоянным по величине (стабилизированным) током, а затем, при достижении некоторого заданного напряжения, стабилизированным напряжением. После того как батарея будет заряжена, она поддерживается под постоянным напряжением (т.н. плавающим потенциалом или напряжением плавающего заряда - т.е. напряжением, при котором ток через батарею равен нулю).

Выпрямители ИБП (UPS), специально предназначенных для длительной работы, отличаются большим зарядным током. Это позволяет им даже в случае подключения к ИБП (UPS) дополнительной батареи большой емкости зарядить батарею за приемлемое время.

Используются свинцовые кислотные герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи.

Напряжение батареи от 6 до 48 В, емкость от 4 ампер-часов. Максимальная емкость батареи для обычных ИБП (UPS), с регулированием напряжения, (с временем работы от батареи при максимальной мощности 5-15 минут) может достигать примерно 20 ампер-часов.

Инверторы линейно-интерактивных ИБП (UPS) могут иметь синусоидальное выходное напряжение или выходное напряжение в виде меандра с паузой.

Полный коэффициент гармонических искажений большинством производителей не указывается. Тем не менее, в случае синусоидального выхода, при не предельных параметрах, искажения синусоиды вполне приемлемы (не более 5 %).

Для управления взаимодействующих с сетью ИБП (UPS) обычно используются недорогие микропроцессоры, применение которых позволяет возложить на ИБП (UPS) массу новых, дополнительных функций.

Прежде всего, блок анализа может не просто измерять действующее значение напряжения сети (как делает управляющая схема ИБП (UPS) с переключением), но постоянно следить за формой синусоиды. Для этого в состав блока анализа сети включают специальный элемент - аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Несколько раз за полупериод АЦП производит измерение мгновенного значения напряжения сети.

АЦП преобразует результат измерения в цифровую форму и передает его для анализа микропроцессору ИБП (UPS). В памяти микропроцессора хранится образ идеальной синусоиды. Микропроцессор непрерывно сравнивает его с результатом измерения мгновенного значения напряжения.

Но хороший линейно-интерактивный ИБП (UPS) может следить не только за величиной действующего значения напряжения сети, но и еще за несколькими параметрами синусоиды. Например, он может переключиться на работу от батареи, если:

• частота сети находится вне диапазона допустимых значений;
• мгновенное значение напряжения отклонилось от мгновенного напряжения идеальной синусоиды, хранящейся в памяти ИБП (UPS), на величину больше допустимой;
• действующее значение напряжения стало меньше или больше допустимого;
• в сети появился импульс, не погашенный до конца фильтром импульсов.

Важной функцией блока управления является отключение нагрузки после длительной работы от батареи, когда заряд батареи исчерпан почти полностью. Это позволяет сохранить работоспособность батареи. Микропроцессоры линейно-интерактивных ИБП (UPS) могут выполнять массу дополнительных функций, таких, как измерение напряжения в сети, регистрацию сбоев и т.д.

Все взаимодействующие с сетью ИБП (UPS) имеют порт для связи с компьютером. Этот порт предназначен для передачи и приема сигналов релейного типа (они обычно реализованы с помощью открытого коллектора) и сигналов протокола RS232.

Набор "релейных" сигналов соответствует стандарту Novell или IBM AS400:

• ИБП (UPS) работает от сети;
• ИБП (UPS) работает от батареи;
• батарея разряжена.

От компьютера к ИБП (UPS) может поступить только один сигнал: на выключение нагрузки.

Оснащенные микропроцессором линейно-интерактивные ИБП (UPS) обладают возможностью передачи и приема цифровых сигналов в соответствии с протоколом RS232.

Могут передаваться сигналы:

• содержимое ячеек памяти ИБП (UPS) (аварийные сообщения, время и даты аварийных сообщений).

Могут приниматься сигналы:

• сигналы для программной настройки параметров ИБП (UPS) (напряжения переключения, чувствительности, имени ИБП (UPS) и т.д.);
• команда отключения ИБП (UPS);
• сигналы для перезаписи содержимого ячеек памяти ИБП (UPS).

Некоторые современные ИБП (UPS), кроме разъема для подключения к компьютеру, имеют в корпусе отсек для установки дополнительных плат, выполняющих функции адаптера SNMP, расширителя количества портов и т.д.

На передней панели линейно-интерактивного ИБП (UPS) при работе от сети обычно светится зеленый светодиод. Переключение на работу от сети вызывает его выключение. Включается красный или желтый светодиодный индикатор (работа от батареи).

Многие ИБП (UPS) имеют светодиодный индикатор перегрузки (включается, если нагрузка ИБП (UPS) превышает номинальную) и состояния батареи (включается во время работы от батареи, если батарея старая или разряжена). Светодиодный или цифровой индикатор заряда батареи также довольно распространен у линейно-интерактивных ИБП (UPS). Этот индикатор может работать постоянно или включаться по команде пользователя. Точность показаний индикаторов большинства ИБП (UPS) невелика в связи со сложностью учета состояния батареи.

Звуковая сигнализация включается при переключении на работу от батареи. Как правило, она может быть отключена, но включится снова после потери батареей большей части заряда.

Линейно-интерактивные ИБП (UPS) могут регулировать напряжение на своем выходе. Это регулирование осуществляется за счет переключения нагрузки на работу от повышающей или понижающей обмотки автотрансформатора (соответственно при снижении или повышении напряжения сети).

Такое переключение у линейно-интерактивных ИБП (UPS) происходит в два этапа.

После того, как блок анализа сети обнаружит, например, что напряжение стало слишком маленьким (действующее значение напряжения сети меньше хранящегося в памяти ИБП (UPS) предельного значения), происходит переключение ИБП (UPS) на режим работы от батареи. Во время работы ИБП (UPS) от батареи происходит переключение обмоток трансформатора. Через 1-2 секунды ИБП (UPS) снова переходит к работе от сети, но за это время уже произошло переключение, и ИБП (UPS) начинает выдавать повышенное с помощью автотрансформатора напряжение.

Усложнение алгоритма переключения необходимо для того, чтобы при переключении не возникали импульсные нагрузки. Ведь переключение линейно-интерактивных ИБП (UPS) с режима работы от сети на режим работы от батареи и обратно происходит очень гладко, без значительных импульсов даже при неблагоприятной фазе сетевого напряжения.

Это используется для регулирования напряжения и, несмотря на многочисленные переключения отводов автотрансформатора во время работы от сети, импульсные нагрузки на подключенные к ИБП (UPS) компьютеры не возникают.

Панель управления ИБП (UPS), взаимодействующего с сетью, включает сетевой выключатель, подающий напряжение к схеме управления ИБП (UPS). У некоторых моделей он одновременно подает сетевое напряжение к нагрузке. Нажатие клавиши тестирования приводит к принудительному переключению ИБП (UPS) на работу от батареи на несколько секунд. Наличие этой клавиши имеет меньшее значение, чем в случае ИБП (UPS) с переключением, т.к. хорошие ИБП (UPS), взаимодействующие с сетью, имеют функцию самотестирования при включении.

Клавиша отключения звукового сигнала и клавиша "холодного старта" имеют (в случае их наличия) такие же функции, как и у ИБП (UPS) с переключением.

Мощность линейно интерактивных ИБП (UPS) обычно находится в пределах 250 - 12000 VA.

Коэффициент полезного действия линейно-интерактивных ИБП (UPS) достигает 99%.

Обычные офисные линейно-интерактивные ИБП (UPS) могут работать от батареи при номинальной нагрузке 5-15 минут. При уменьшении нагрузки время работы увеличивается несколько быстрее, чем уменьшается нагрузка.

В комплект поставки взаимодействующих с сетью ИБП (UPS), кроме самого прибора, входит один или два кабеля для подключения нагрузки.

Большинство производителей комплектуют ИБП (UPS) кабелем для подключения к последовательному порту компьютера и математическим обеспечением для работы с наиболее распространенными сетевыми операционными системами.

Как правило, в комплект поставки ИБП (UPS) входит сам ИБП (UPS), руководство пользователя, один или два силовых кабеля для подключения компьютера к ИБП (UPS). Иногда поставляется кабель для подключения ИБП (UPS) к сети. Если такого кабеля нет, то пользователю предлагается подключить ИБП (UPS) к сети кабелем, отключенным от компьютера, а компьютер подключать к ИБП (UPS) кабелем, поставляемым вместе с ИБП (UPS).

Линейно-интерактивный ИБП (UPS) - это довольно сложный прибор, управляемый микропроцессором. Он может выполнять много несвойственных более ранним моделям ИБП (UPS) функций.

Например, многие взаимодействующие с сетью ИБП (UPS), используя возможности своего блока анализа сети, могут производить элементарный мониторинг электрической сети. Для этой операции, кроме ИБП (UPS) требуется специализированное математическое обеспечение (см. соответствующий раздел) и компьютер. Результаты измерений напряжения, тока нагрузки ИБП (UPS), частоты и иногда других параметров, произведенных в течение нескольких часов или даже дней, записываются на винчестер компьютера. Эти данные могут в дальнейшем использоваться для построения графиков, анализа электрической сети и подбора оборудования для системы бесперебойного питания.

По сравнению с ИБП (UPS) с переключением, линейно-интерактивные ИБП (UPS) имеет много преимуществ.

Большая часть этих ИБП (UPS) имеет синусоидальное выходное напряжение. Это позволяет радикально уменьшить импульсные нагрузки на блок питания компьютера при переключении ИБП (UPS) с режима работы от сети на режим работы от батареи. Блок питания компьютера не пропускает к материнской плате компьютера никаких импульсов при работе от ИБП (UPS) с синусоидальным выходным напряжением.

Регулирование выходного напряжения очень полезная функция ИБП (UPS), взаимодействующего с сетью. Даже ступенчатая стабилизация напряжения позволяет подключенному к ИБП (UPS) оборудованию работать без перегрузок в довольно широком диапазоне входных напряжений. Переключение обмоток автотрансформатора ИБП (UPS) с синусоидальным напряжением производится не непосредственно, а через режим работы от батареи. За счет некоторого усложнения процедуры переключения удается уменьшить импульсные нагрузки на подключенное к ИБП (UPS) оборудование в момент переключения.

Наличие микропроцессора позволяет считать лучшие линейно-интерактивные ИБП (UPS) одними из наиболее функционально совершенных с точки зрения выполняемых ими дополнительных функций. По количеству сервисных возможностей (регистрация параметров, дистанционное управление, поддержка протокола SNMP и др.) им не много равных среди других типов ИБП (UPS).

Как и ИБП (UPS) с переключением, ИБП (UPS), взаимодействующие с сетью, обеспечивают только слабую защиту от импульсов и шумов. Если в электрической сети возможно появление сильных шумов, импульсов, искажений формы или скачков напряжения, приходится использовать ИБП (UPS) других типов.

Как уже отмечалось, тщательный анализ электрической сети, проводимый некоторыми из этих ИБП (UPS), иногда оказывается чрезмерно строгим. Компьютеры и другое оборудование работают от сети, которую линейно-интерактивный ИБП (UPS) оценивает как не соответствующую его высоким требованиям, не имея возможности ее исправить.