Что такое ИБП?

В современном бизнес-ландшафте, где много связей и данных, невозможно переоценить потребность в непрерывной чистой электроэнергии. Даже кратчайшие простои могут быть разрушительными для организации, независимо от ее размера или отрасли. Незапланированные инциденты могут привести к повреждению оборудования, потере данных, упущенным возможностям и запятнанной репутации.

К счастью, система бесперебойного питания (UPS) является одним из самых простых и экономически эффективных решений, помогающих компаниям избежать нежелательных последствий простоя. Но с наличием нескольких различных типов систем сложно выбрать ту, которая лучше всего соответствует вашим потребностям и бюджету.

Источник бесперебойного питания (ИБП) – это резервная система, обеспечивающая питание в случае сбоя электросети. Обеспечивая адекватное время для безопасного отключения чувствительного оборудования, ИБП помогает предотвратить потерю данных и минимизирует нагрузку от полного отключения электроники. Но защита оборудования от полной потери электроэнергии – не единственная причина, почему вам нужен ИБП. В зависимости от модели ИБП, эти системы также защищают подключенные устройства от обычных проблем с питанием и опасных колебаний выходного напряжения, которые могут повредить электронику, сократить срок службы и повлиять на производительность.

Источники бесперебойного питания и принципы их работы

По сути, источник бесперебойного питания – это батарея в коробке, питающая устройства, подключенные к его розеткам переменного тока, когда поток электроэнергии падает до недостаточного напряжения или если происходит полное отключение. При отключении электроэнергии ИБП немедленно переключается на работу от батареи, чтобы обеспечить непрерывный источник питания в течение всего рабочего времени батареи, который зависит от системы на периоды времени от нескольких минут до нескольких часов.

В зависимости от размера и систем блока, ИБП способен защитить один компьютер или целый центр обработки данных. Важный для критических объектов, ИБП обеспечивает безопасную работу компьютерных систем и другого оборудования при исчезновении электропитания, пока не подключатся генераторы или пока серверы и сетевые компоненты не будут должным образом закрыты, предотвращая потерю данных.

Кроме резервного питания во время сбоев электроэнергии, ИБП также обеспечивают различную защиту от других вредных проблем с питанием, в частности провалов напряжения, скачков напряжения, перебоев в напряжении, помех в сети, колебаний частоты, условий перенапряжения и переходных процессов переключения и гармонических искажений.

Различают три системы ИБП:

  1. Резервный источник бесперебойного питания или «автономный ИБП» – является самым распространенным типом ИБП, который можно найти в компьютерных или офисных магазинах. Устройство потребляет ток из розетки и переключается на питание от батареи в течение нескольких миллисекунд после обнаружения сбоя питания.
  2. Линейно-интерактивный источник бесперебойного питания «взаимодействует» с линией питания переменного тока, чтобы сглаживать формы волн и корректировать рост и падение напряжения.
  3. Онлайн ИБП является самым современным и дорогим типом ИБП. Инвертор постоянно обеспечивает чистое питание от батареи, а компьютерное оборудование никогда не получает питание непосредственно от розетки переменного тока. Однако онлайн-блоки содержат вентиляторы, которые создают шум и могут требовать определенного планирования местоположения для домашнего пользователя или небольшого офиса.

Все системы ИБП переключаются на аккумулятор при сбое питания. Разница состоит в том, как они обрабатывают энергию в обычных условиях. Резервные блоки обеспечивают ограниченное затухание, в то время как линейно-интерактивные системы регулируют напряжение и сглаживают плохие гармоники. Онлайн-системы постоянно восстанавливают чистую энергию.

Размер ИБП имеет значение, когда питание выключается, устройство с большими габаритами будет поддерживать работу большего количества оборудования в течение более длительного времени, чем небольшой ИБП, поскольку имеет больший аккумулятор. Размер батареи также является важным критерием при выборе системы ИБП.

Преимущества применения ИБП:

  • Хотя применение ИБП имеет многочисленные преимущества, прежде всего, они защищают от сбоев в электросети, которые происходят на резко возрастающей основе (чрезмерная нагрузка на электросети, неблагоприятные погодные условия и т.п.)
  • Помимо поддержки работы оборудования при потере электроэнергии, ИБП также действует как фильтр для защиты устройств от перепадов в электропитании, которые могут привести к повреждению чувствительного оборудования, например, компьютеров и сетевого оборудования. В зависимости от топологии ИБП позволяет только постоянному потоку чистой энергии достигать подключенных устройств, помогая защитить от типичных аномалий питания, которые могут повредить оборудование.
  • Кроме того, резервное питание от батареи предотвращает потерю данных и дает время для сохранения незавершенной работы во время сбоев, скачков напряжения или других изменений питания.
  • Наконец, ИБП обеспечивает уверенность в том, что организация сможет избежать финансовых затрат, разочарования клиентов и срыва бизнеса, вызванного простоем сети.

Какие бывают источники бесперебойного питания

Существует три основных типа систем бесперебойного питания для полного спектра применений, отвечающих потребностям предприятий и потребителей. Резервный ИБП – это автономное устройство, которое может обнаруживать электрическое несоответствие и автоматически переключаться на питание от батареи. Каждый тип ИБП обеспечивает работоспособность сетевых устройств при отсутствии питания. Такие функции как учет электроэнергии отличаются в зависимости от модели.

Базовый резервный ИБП – это источник бесперебойного питания, обеспечивающий кратковременное питание от аккумулятора во время отключения. В этой категории ИБП аппаратное обеспечение получает питание от сети в обычных условиях через прямое подключение переменного тока. Резервный блок и его инвертор фактически находятся в режиме ожидания, пока не потребуется резервное питание. В зависимости от модели резервный ИБП также может защитить данные и чувствительное оборудование от скачков и провалов напряжения. Для защиты домашней сети доступны компактные устройства. Резервный ИБП обычно используется для защиты компьютеров, модемов, принтеров и другого оборудования. Эта категория ИБП является самой дешевой из трех типов бесперебойных источников питания.

Резервное питание от батареи инициируется с помощью резервного ИБП, который также называют офлайн ИБП. После отключения электроэнергии резервный ИБП подает электроэнергию в течение короткого времени. При обнаружении потерь коммутатор передачи инициирует процессы резервного копирования. Время переключения происходит в миллисекундах после сбоя, причем время реакции зависит от резервного ИБП. Время переключения не мгновенно, но обычно не должно прерывать поток электроэнергии в оборудование. Если ожидается длительное отключение, резервное питание ИБП от батареи обеспечит безопасное отключение устройств, поэтому оборудование и данные будут защищены.

Offline ИБП обеспечивает базовое питание для дома и офиса. ИБП в режиме офлайн также может называться автономным ИБП, что отличает его от бесперебойного ИБП онлайн. Несмотря на то, что источник бесперебойного питания в автономном режиме носит фундаментальный характер, он обеспечивает резервное время работы для менее требовательных домашних и профессиональных устройств.

Онлайн ИБП – это тип источника бесперебойного питания, использующий технологию двойного или дельта-преобразования. При двойном преобразовании сетевое оборудование не получает электроэнергию от розетки переменного тока. В то же время ток переменного тока поступает в выпрямитель, где превращается в постоянный ток. Далее он двигается к аккумулятору, а затем к инвертору. После обратной инверсии к переменному току, питание подается в оборудование. Благодаря этому онлайн-процессу устройства ИБП компьютерное оборудование получает постоянное чистое питание. С помощью дельта-преобразования определенное количество энергии передается непосредственно для работы компьютеров, маршрутизаторов и другого оборудования. Это создает энергоэффективную онлайн-систему ИБП, в которой часть электроэнергии пропускает этапы обработки.

В случае сбоя в сети онлайн-система ИБП поддерживает постоянный ток для защиты сетевого оборудования. В случае колебаний или сбоя выпрямитель в ИБП автоматически выключается, а питание подается от батареи, пока не произойдет восстановление. Онлайн-схема ИБП бесперебойна. Вот почему онлайн-системы бесперебойного питания стоят дороже других моделей в категориях бесперебойного питания в режиме офлайн или интерактивной связи.

Чувствительное оборудование можно защитить с помощью технологии ИБП с двойным преобразованием. Такие блоки ИБП доступны для широкого круга пользователей. С помощью процессов ИБП с двойным преобразованием можно защитить сетевые серверы, центры обработки данных и полный спектр сред, а время перехода на питание от батареи нулевое. Интеллектуальные онлайн-системы ИБП доступны для поддержания требовательных нагрузок и времени работы. Более доступные ИБП с двойным преобразованием лучше всего применять для небольших офисов. Обычно чем больше блок, тем дольше оборудование может работать.

Линейно интерактивный ИБП является одним из типов источника бесперебойного питания, которое может автоматически регулировать напряжение. Линейно интерактивная технология реагирует на условия высокого и низкого напряжения. Устройства также поддерживают системы при отключении без разрядки батареи. В линейно-интерактивном ИБП источник электроэнергии является первой линией питания, однако технология инвертора/конвертора позволяет заряжать батарею устройства во время нормальной работы. При отключении этот ИБП преобразует энергию батареи в поток переменного тока для питания оборудования.

В категории средств защиты линейно-интерактивные системы бесперебойного питания будут защищать чувствительное оборудование во время перебоев и отключений. Устройства линейно-интерактивной классификации ИБП дороже, чем резервные модели, но более доступны, чем ИБП в режиме онлайн. Линейно-интерактивный ИБП сохранит производительность во время ситуаций низкого напряжения и кратковременных отключений питания. Если ожидается длительное отключение, заряд аккумулятора позволяет безопасно отключить устройства. Некоторые интерактивные модули предлагают также функции фильтрации.

Прежде чем покупать блок защиты, вы можете сравнить технологию бесперебойного питания в режиме онлайн и линейно-интерактивного. Линейно-интерактивный ИБП добавляет автотрансформатор в базовую резервную конструкцию. Он имеет возможность повышать или уменьшать выходное напряжение. Этот трансформатор реагирует на изменения напряжения переменного тока и автоматически регулирует проблемы. Для сравнения, онлайн-модели ИБП используют инвертор для передачи всей или долевой мощности в любое время. Это означает, что онлайн-ИБП может соответствовать термину «бесперебойный» с нулевым временем передачи. Интерактивному ИБП требуется считанные миллисекунды, чтобы переключиться в режим резервного питания от батареи в случае сбоя.

Функции ИБП

ИБП широко используется населением, поскольку имеет много функций. Основной функцией ИБП является обеспечение резервного питания от батареи, когда электроэнергия исчезает или напряжение падает до неприемлемого уровня. Это гарантирует, что электрическое оборудование получает постоянный ток, поэтому можно избежать повреждения, например, повреждения базы данных.

ИБП выполняет следующие функции:

  1. Защита от отключения питания. Когда питание от сети прекращается или выключается, система ИБП немедленно превращает питание постоянного тока в аккумуляторе на питание переменного тока для питания нагрузки, чтобы избежать неудобств и потерь, вызванных сбоем питания.
  2. Стабилизация напряжения. Чрезмерное или низкое напряжение может повлиять на срок службы используемых инструментов и оборудования. Внедрение системы ИБП может обеспечить стабильное напряжение питания пользовательского оборудования, чтобы обеспечить нормальную работу оборудования и продлить срок его службы.
  3. Защита от перенапряжения. Может защитить от скачков напряжения, поскольку системы питания ИБП разработаны с точечными расцепителями для поглощения возникающих скачков, а также во избежание скачков, которые могут повлиять на эффективность обслуживания и срок службы оборудования.
  4. Защита от высокого или низкого напряжения. Когда напряжение в сети часто меняется, регулятор напряжения ИБП поддерживает напряжение в безопасном диапазоне, чтобы обеспечить нормальное функционирование оборудования. Когда напряжение высокое или низкое, система ИБП автоматически запускает питание от батареи для непрерывной работы оборудования.
  5. Защита от гармонических искажений. Имеющаяся мощность должна передаваться пользователю через линии передачи и распределения, что влечет за собой искажение формы напряжения и фундаментальное изменение тока, что приводит к генерации гармоник. Гармоники будут влиять на использование оборудования, и система ИБП справится с этим.
  6. Стабилизация частоты. Частота определяется как период смены источника питания в секунду. Частота питания обычно будет нестабильна в зависимости от потребления электроэнергии пользователем. Затем ИБП преобразует мощность так, чтобы производить стабильную частоту для обеспечения нормальной работы оборудования.
  7. Мгновенная защита. Скачки или падения напряжения иногда происходят мгновенно, что может повлиять на точность устройства. Поэтому используют ИБП, чтобы обеспечить стабильное напряжение для защиты оборудования.
  8. Низкий уровень шума. ИБП защищает устройства и данные, обеспечивает нормальную работу устройства и продлевает срок службы, не создавая избыточный шум.

Типы и виды источников бесперебойного питания

Есть разные типы ИБП или источников бесперебойного питания и подходы к проектированию, которые используются для внедрения систем ИБП, каждая из которых имеет свои характеристики производительности. Ниже приведены самые распространенные:

Резервный ИБП – это конфигурация, в которой резервная батарея заряжается сетевым напряжением и подается через инвертор на переключатель. Когда основное питание теряется, переключатель переключает резервный путь питания. Инвертор, как правило, не работает, пока не произойдет сбой питания, поэтому для описания этого типа ИБП используется термин «режим ожидания». Необходимость активного переключения пути питания действительно означает, что существует короткий сбой, который произойдет с момента потери основного питания до завершения переключения. Ноутбук можно считать упрощенным типом резервного ИБП, где предпочтительным выходным сигналом является постоянный ток вместо переменного тока, и переключатель переключения не требуется.

Линейно-интерактивный ИБП. Одной из наиболее часто используемых конструкций источника бесперебойного питания является линейно-интерактивный ИБП. Благодаря линейному интерактивному дизайну основное питание подается через переключатель на инвертор, затем на нагрузку. Инвертор в этой конструкции всегда активен, и когда основное питание включено, он работает в обратном направлении, превращая входную мощность переменного тока в постоянный, используемый для поддержания заряда резервной батареи. Если сетевое питание выключается, переключатель размыкается и инвертор работает в нормальном направлении, принимая питание постоянного тока от батареи и превращая его в переменный ток для питания нагрузки.

Такая конструкция, которая поддерживает активный инвертор, обеспечивает улучшенную фильтрацию и уменьшает переходные процессы переключения, которые могут присутствовать в резервной конфигурации ИБП. В зависимости от конструкции инвертора эта конфигурация может обеспечить два независимых пути питания для нагрузки и устранить инвертор как единственную точку отказа. Таким образом, даже если инвертор выйдет из строя, питание переменного тока все равно может поступать на выход. Этот тип ИБП предлагает низкую стоимость, высокую надежность и высокую эффективность, а также может поддерживать применение с низким или высоким напряжением.

Резервный ферроматический ИБП использует трансформатор с тремя обмотками для подключения нагрузки к источнику питания. Основное питание протекает через переключатель, обычно закрытый на катушки в трансформаторе, где он соединяется со вторичной катушкой трансформатора, а затем подает питание на выходную нагрузку. Путь резервного питания передает напряжение сети на зарядное устройство и поддерживает резервную батарею, которая затем подключается к инвертору, который подсоединяется к третьей катушки трансформатора.

Когда основное питание исчезает, переключатель размыкается и инвертор подает питание к нагрузке от резервной батареи. В этой конструктивной конфигурации инвертор находится в режиме ожидания и становится активным, когда питание исчезает, а переключатель размыкается.

Трансформатор, обеспечивая изоляцию нагрузки от переходных процессов напряжения в сети, может создать искажение выходного напряжения и собственные переходные процессы, возможно, хуже, чем возникающие из-за плохого соединения переменного тока. Кроме того, неэффективность ферротрансформатора может привести к выделению значительного количества тепла, к тому же они достаточно большие и тяжелые, что делает резервные ферросистемы ИБП также громоздкими.

Этот тип ИБП сейчас реже используется для питания нагрузок современных компьютерных систем, поскольку они могут оказаться нестабильными. Источники питания, используемые для питания серверов и маршрутизаторов, имеют корректируемый коэффициент мощности, чтобы получать только синусоидальную мощность.

Онлайн ИБП с двойным преобразованием. Для применений с мощностью более 10 кВА чаще всего выбирают ИБП онлайн с двойным преобразованием. ИБП с двойным преобразованием подобен резервному ИБП, за исключением того, что выход инвертора представляет основной путь питания, тогда как в резервном ИБП это был вторичный или резервный путь. Основная питающая сеть переменного тока питает выпрямитель (преобразователь переменного тока в постоянный), а затем подается обратно к инвертору, который регенерирует переменный ток из постоянного тока. Резервная батарея подключается к сети постоянного тока и заряжается выпрямителем.

Переключатель статического байпаса доступен, но он не активируется при сбое основного питания переменного тока. Питание от батареи бесперебойно питает инвертор при выходе из строя сети переменного тока, что приводит к отсутствию времени передачи при потере питания. Поскольку в этой конструкции инвертор и выпрямитель постоянно активны, надежность электрических компонентов снижается по сравнению с другими конструкциями. Но с точки зрения электрической мощности этот тип ИБП обеспечивает идеальную выходную мощность.

Дельта-превращение онлайн ИБП. Онлайн ИБП с дельта-конверсией является относительно новой конструкцией, которая была представлена для устранения некоторых недостатков, связанных с ИБП онлайн с двойным преобразованием. Как и в конструкции с двойным преобразованием, онлайн-ИБП с дельта-преобразованием имеет инвертор, подающий выходную мощность на нагрузку, и поэтому он всегда работает.

Дельта-трансформатор соединяет сеть переменного тока с дельта-преобразователем, генерирующим выходную мощность постоянного тока. Как и в конструкции двойного преобразования, выход постоянного тока служит для поддержания заряда резервной батареи, а также для питания инвертора, затем производящего выход переменного тока, который передается на нагрузку.

Функция дельта-преобразователя минимизирует любые гармоники, которые могут быть отражены назад к электросети или подключенной генераторной системе, что делает конструкцию ИБП совместимой с генераторными установками и устраняет необходимость в большой проводке или генераторах. С точки зрения характеристик выходной мощности ИБП онлайн с дельта-преобразованием идентичен ИБП онлайн с двойным преобразованием, но со значительным снижением потерь энергии или более высокой эффективностью.

Источники бесперебойного питания

Характеристики ИБП

При выборе ИБП следует учитывать следующие факторы, связанные с предполагаемым применением.

  • Проходная способность – это способность источника питания обеспечивать полезную мощность в течение ограниченного времени при потере электроэнергии.
  • Время удержания – это время, в течение которого источник питания, используемый в программе, может обеспечить жизнеспособный выход без источника входного сигнала. Это возможно потому, что энергия, накопленная в емкостных и индуктивных элементах питания, может продолжать обеспечивать нагрузку в течение короткого периода. Например, в импульсных источниках питания, обычно используемых в компьютерном оборудовании, время выдержки может колебаться от 10 до 30 мс.
  • Время переключения – это время, необходимое ИБП для переключения из сети на резервное питание от батареи в случае сбоя сети или из питания от батареи на питание от сети, когда нормальное питание возобновляется. Это время должно быть минимальным для обеспечения безопасности. Для использования ИБП с компьютерной техникой рекомендуется время переключения менее 5 мс, однако следует отметить, что сверхчувствительное устройство может производить ненужные передачи мощности.
  • Количество энергопотребления – это обычное энергопотребление устройств, которое ИБП должно быть в состоянии обеспечить в аварийные периоды.
  • Пусковой ток – это мгновенный пик входного тока, который требуется электрическим оборудованием во время его начального включения из-за зарядки индуктивных и емкостных нагрузок. Это значение может многократно превышать нормальный рабочий ток, но обычно очень кратковременно. Это может повлиять на размер ИБП, а также на настройку и синхронизацию схем защиты.
  • Время резервного питания – это время, в течение которого ИБП требуется для поддержания нагрузки в случае сбоя в сети. Необходимое время резервного копирования зависит от конструкции системы и пользовательских целей. Может потребоваться достаточно времени, чтобы обеспечить питание, что позволит упорядоченное завершение работы программы, или это может потребоваться для питания программы в течение полной продолжительности любого ожидаемого отключения электроэнергии. Кроме того, ИБП может работать достаточно долго, чтобы разрешить подключение и запуск альтернативного источника питания от мощного генератора. Емкость аккумуляторной батареи ИБП определяется током, потребляемой нагрузкой, и необходимым временем резервного питания.
  • Кондиционирование питания или кондиционирование линии – это обеспечение линии электропередач с регулируемым напряжением и частотой с чистой синусоидальной волной, свободной от электрических помех и пульсаций.
  • Изоляция – это полное электрическое отделение выхода ИБП от входной линии питания. Мощность подается от входа линии к выходу ИБП через отдельные обмотки в трансформаторе. Поскольку отсутствует физическое соединение от входа к выходу, эффект временных помех от источника питания минимизируется, а безопасность применения улучшается.
  • Упорядоченное завершение работы – это процесс последовательного закрытия аппаратных и/или программных процессов, чтобы не было повреждения данных и/или не создавались угрозы безопасности. Время резервного копирования должно быть достаточно длинным, чтобы разрешить упорядоченное завершение работы программы.
  • Отключение нагрузки – это возможность выборочно отключать питание для менее критических нагрузок во время длительного сбоя питания, сохраняя питание для более критических нагрузок, таким образом продлевая эффективное время резервной работы ИБП.
  • Последовательность нагрузки – это возможность выборочно включать или выключать определенные нагрузки по предварительно установленному шаблону при запуске и/или завершении работы. Это может быть из соображений безопасности или для минимизации исходного пускового тока.
  • Время перезарядки – это время, необходимое для перезарядки аккумуляторов после разряда.
  • Горячая замена – это замена оборудования при подаче и использовании электроэнергии. Это может потребоваться для замены аккумуляторов.