Что такое UPS и как он устроен

Приветствую, уважаемые читатели!

А вы пользуетесь источником бесперебойного напряжения? Считаете, что вполне можете обойтись без него? Вы в этом точно уверены?

Зачем нужен UPS?

UPSИсточник бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninterruptible Power Supplies) предназначен для снабжения компьютера электроэнергией в случае пропадания напряжения в электрической сети.

Внезапное отключение напряжения чревато потерей данных и физической порчей оборудования.

В электрической сети всегда есть помехи и всплески напряжения, которые возникают при коммутации мощных потребителей.

Если нагрузка по конкретной электрической линии велика, напряжение на нагрузке снижается ниже нормы. Источник бесперебойного питания и нужен для того, чтобы питать компьютеры (и другую нагрузку) «чистым» напряжением.

В случае пропадания напряжения источник начинает работать от аккумуляторной батареи, вырабатывая переменное напряжение 220 В для компьютера.

Как устроен ИБП?

Постоянное напряжение аккумуляторной батареи (обычно 12 В или 24 В, если батареи включены последовательно) превращается в переменное 220 В с помощью специального устройства – встроенного инвертора. Если напряжения в сети исчезает, работа источника бесперебойного питания обычно сопровождается световой и звуковой индикацией для привлечения внимания пользователя.

В зависимости от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки, ИБП обеспечивает переменное напряжение на своих выходах в течение обычно 5 — 20 мин (кроме особых случаев). Этого времени хватает для того, чтобы закрыть все приложения (работающие программы) и выключить компьютер.

Все источники делятся на три большие группы:

  • пассивные (passive stand-by),
  • линейно-интерактивные (line interactive),
  • с двойным преобразованием (double conversion).

Пассивный ИБП

Структурная схема пассивного ИБПФильтр защищает выход устройства и его электронику от выбросов напряжения, которые нередко бывают в электрической сети.

Переменное напряжение сети выпрямляется выпрямителем и (через зарядное устройство, которое на схеме не изображено) подзаряжает аккумулятор.

В обычном режиме, когда уровень напряжения в сети не выходит за пределы нормы, отфильтрованное сетевое напряжение проходит через ключ на выходные разъемы ИБП и питает нагрузку. Как только оно выходит за пределы или исчезает, начинает работать инвертор. Он превращает постоянное напряжение от аккумулятора в переменное с необходимой амплитудой, которое через ключ поступает на нагрузку.

При этом аккумулятор может отдавать достаточно большой ток, так как нагрузка – например, компьютер с монитором – может потреблять мощность 200 Вт и более. Как только входное сетевое напряжение вошло в пределы нормы, контроллер отключает инвертор и подает на выходы ИБП отфильтрованное сетевое напряжение.

Если же оно длительно отсутствует, контроллер отключает устройство, предохраняя аккумулятор от глубокого разряда.

Линейно-интерактивный ИБП

Структурная схема линейно-интерактивного ИБПЛинейно-интерактивные источники отличаются от пассивных, в частности, тем, что имеют в своем составе автотрансформатор.

Это позволяет работать в более широком диапазоне входного сетевого напряжения без перехода на аккумуляторы. Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что содержит не две (или более) гальванически изолированные обмотки, а, по сути одну обмотку с отводами.

Если входное сетевое напряжение длительное время снижено, контроллер, коммутируя посредством ключей обмотки автотрансформатора, повышает уровень напряжения на выходных разъемах ИБП. Если же напряжение длительное время повышено (в известных, разумеется, пределах) контроллер, коммутируя обмотки, понижает его уровень на выходных разъемах. Эта технология получила название AVR (Automatic Voltage Regulation).

Сигнал на выходе ИБПГенерируемое инвертором сигнал может иметь вид аппроксимированной (ступенчатой) синусоиды или вид почти прямоугольных импульсов.

Последнее не так плохо, как этого можно было бы ожидать. Большинство современных блоков питания, в том числе и компьютерные, — импульсные, в них сетевое напряжение все равно сначала выпрямляется.

ИБП с двойным преобразованием

Структурная схема ИБП с двойным преобразованием частотыНаиболее совершенные источники – с двойным преобразованием, которые используются в наиболее ответственных случаях (для питания серверов и оборудования, чувствительного к параметрам сетевого напряжения). В источниках бесперебойного питания первых двух типов частота сетевого напряжения на выходе (в тех случаях, когда не работает инвертор) всегда равна частоте сети. Нет никакой возможности на нее повлиять.

В ИБП с двойным преобразованием инвертор работает всегда – независимо от того, есть в сети напряжение или нет. Если оно в сети есть, оно выпрямляется, подзаряжает через зарядное устройство аккумулятор и поступает на инвертор, управляемый контроллером устройства. Инвертор вырабатывает чистую, «синтетическую», синусоиду стабильного напряжения – без помех и выбросов.

Частота ее может отличаться от частоты входного напряжения и определяется исключительно контроллером (точнее, предварительными настройками).  Когда напряжение в сети исчезает или выходит за пределы нормы, инвертор переключается на работу от аккумулятора, поддерживая тот же высококачественный сигнал на выходных разъемах.

При этом переключение происходит быстрее, чем в первых двух видах источников. ИБП с двойным преобразованием имеет байпас (bypass, обходную линию), который позволяет питать нагрузку напрямую от электрической сети. Это сделано для того, чтобы подача напряжения на нагрузку не прерывалась при перегрузке или выходе из строя инвертора (который всегда работает).

Если возникают проблемы с инвертором, контроллер переключает ключ, и отфильтрованное сетевое напряжение в нагрузку поступает через байпас.

В заключение отметим, что для удобства работы разработано  специализированное программное обеспечение, которое позволяет, в частности, проследить, как менялось входное сетевое напряжение во время работы.

Во второй части статьи мы закончим краткое знакомство с источниками бесперебойного питания. Не пропустите!

С вами был Виктор Геронда.

До встречи на блоге!


Обсуждение: 22 комментария

  1. Отличная статья! Перепады напряжения меня уже достали, если честно, нередко из-за них проделанная работа накрывается. Все думал себе ибпшку купить, но не знал какую выбрать. Может подскажешь что лучше для домашнего ПК в сочетании цена\качество, Виктор?) В идеале что бы не шумел — ибо знаю есть такой грешок у ИБП — сильно жужжат и громко чавкают)

    1. Виктор Геронда:

      Если мощной видеокарты нет, можно посмотреть в сторону PowerCom BNT 800 USB. Но хлипковат все же он. По мне, так UPS ниже 120 зеленых — лотерея. Может повезет, а может и нет. APC BACK UPS хороши, но дорого стоят. Вот и я не знаю, что себе взять.

      1. нет вроде, среднячок видюха) Спасибо за наводку, буду думать.

  2. Fil:

    Хорошая статейка. Последний вариант самый мой любимый, но и самый дорогой. А еще мне нравится в хороших UPS — это удалённое управление и диагностика. Оффтоп — а вы в операционках разбираетесь? хотелось бы почитать про win 8, на пример.

    1. Виктор Геронда:

      Не, не мое это — операционные системы. Мозги изначально были под «железо» заточены. Когда пытаешься погрузиться в программные штуки, он начинает сопротивляться )) Увы, тут ничем не помогу.

  3. У меня точно такой же ИБП, как на фото стоит и дома и в офисе. Вполне хорошая модель, которая нормально работает.
    Хотя, скачков особых и не наблюдаю, все равно использую, так как потом может быть очень больно.
    Были проблемы на старой квартире, когда полетело пара винтов. Замерил напряжение в сети и сразу пошел покупать ИБП.

  4. Виктор Геронда:

    Везет тебе, Дмитрий!

    Через меня несколько таких прошли. Исправные мне в ремонт не привозят ))
    В половине случаев были дохлые аккумуляторы, которые едва отходили половину срока. Правда, неизвестно, какая там сеть была… Скорее всего, плохая, ключи так просто не горят.

  5. Знакомое устройство, Виктор! У нас на работе у каждого компьютера стоял такой UPS. Теперь пришлось и домой такой купить, раньше таких перепадов напряжения не было, как сейчас. А то и вообще могут отключить на несколько секунд. Хорошее устройство!

    1. Виктор Геронда:

      Да, хорошая штука. Пока аккумулятор рабочий )) Но сейчас их (аккумуляторы) делают так, что хоть бы пару лет продержались (( А наклейка — да, хорошая, 5 лет гарантии и все такое…

      1. Мой ups, судя по всему, уже сдох. Пора менять. Что он есть, его что нет, не пикает, когда должно включиться автономное питание. Уже не держит заряд. Прослужил несколько лет.

        1. Виктор Геронда:

          Может быть, просто батарею пора заменить?

  6. Виктор, как тебя в Твиттере найти?

    1. Виктор Геронда:

      Валентина, там еще меня нет пока. Руки не дошли

      1. Виктор!!! У меня нет слов :) Ноги в руки и … в Твиттер!

  7. Андрей:

    Тоже дома стоит ипб, очень полезный агрегат. Статья замечательная

  8. евгения:

    Скажите пожалуйста, можно ли сразу после покупки подключать к компу или он должен зарядиться от сети

    1. Виктор Геронда:

      UPS сразу после покупки подключать к компу можно. Но пока он не зарядился, не сможет обеспечить бесперебойной работы. От скачков и выбросов напряжения защитит.

  9. Ярослав:

    Виктор, скажите — можно ли заряжать ибп без нагрузки? Купил себе ибп фирмы пауер ком, работал он стабильно где то полгода, потом перестал держать заряд. Он все время подключен к сети, должен заряжатся, а стоит отключить от сети — выключается через пару секунд. Вобщем, включил я его в сеть без нагрузки(как не странно, тогда я считал, что смогу его зарядить) и пошел по своим делам. Вернувшись, почувствовал сильный запах горелой резины от ибп. Заменили по гарантии. Вот мне интересно, без нагрузки нелязя заряжать или это поблемы с сетью? В инструкции об этом ничего не сказано.

    1. Виктор Геронда:

      Ярослав, те бесперебойники, с какими я имел дело, заряжать без нагрузки было можно. В большинстве ИБП заряжается батарея, даже если он не включен (но при этом вилка вставлен в сеть). Но каждый ИБП имеет нижний и верхний пределы рабочего напряжения, указанные в инструкции. Если верхний предел превысить — ИБП выйдет из строя. У вас могли быть проблемы с сетью.
      Либо был дефект в самом ИБП. Увы, сейчас такое случается нередко. У нас как-то закупили партию EATON 800, и в течение двух лет процентов 15 из них вышли из строя. :(

  10. Alex:

    Хорошая и полезная информация.
    Вот еще ссылочка на статью о специальных ИБП для теплового оборудования
    On-line и off-line UPS для котла:
    _http://skat-ups.ru/66/78-ups-kotla-otopleniya.html

  11. BlogAdmin:

    ИБП с двойным преобразованием частоты — Таких не бывает :)

    Читайте мат.часть :)

    tehnoblog.org.ua/blogs/a/77-online-off-line-line-interactive

    1. Виктор Геронда:

      Да, вы правы, слово «частоты» в подзаголовке лишнее. Подправил. Спасибо за уточнение!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2016 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru