Что такое источник бесперебойного питания или ИБП (UPS), для чего он нужен, как выбрать, цена. Устройство ИБП и принцип его работы

ИБП — что это такое и каким бывает

ИБП — прибор, через который ноутбук, обогревательный котел или другое электрооборудование подключается к сети. Это делается, чтобы в случае форс-мажора техника могла некоторое время работать от аккумулятора внутри прибора. А также это необходимо, чтобы преобразовывать постоянный ток в переменный. Одна из особенностей конструкции в том, что она присоединяется к нескольким первичным источникам питания одновременно и может переключаться между ними. К самому прибору можно подключить от 2 до 6 устройств, в среднем.

Если ориентироваться на нормативы IEC 62040-3, все приборы разделяются на три категории. В основе классификации лежит схема построения:

• резервная;
• линейно-интерактивная;
• двойного преобразования.

Рабочее напряжение также различается. Поэтому аппараты делаются однофазными или трехфазными (для одного трехфазного или трех однофазных приборов в группе).

По строению, сочетанию показателей назначения, мощности, времени автономной работы выделяют:

• маломощные приборы для установки на стене, на полу или в стойках, шкафах размером 19 дюймов;
• установки средней или большой мощности в виде моноблоков напольного типа, для установки в 19-дюймовых стойках, шкафах.

Разновидности ИБП и их особенности

Существует три схемы построения приборов, которые мы рассмотрим в деталях. Заодно поможет разобраться, для чего предназначен ИБП каждой разновидности.

1. Резервный (off-line)

Простейшее устройство, которое представлено на рынке. Нагрузка питается от электросети. Когда напряжение пропадает, прибор через инвертор начинает подпитывать оборудование от собственной батареи. Главный недостаток — отсутствие встроенной защиты. Поэтому актуален для сетей с относительно стабильным напряжением. Переключается за 5 миллисекунд, а мощность варьируется от 220 до 2000 ВА.

Если вы раздумываете, какой ИБП нужен для дома, это наиболее подходящий вариант. Техника стоит недорого, демонстрирует отличные показатели. В условиях невысокого требования к качеству питания это идеальный вариант. Особенно если нет индуктивной составляющей у оборудования, которое нужно защитить: электродвигателей, трансформаторов, дросселей.

Не подойдут, если нужно подключать циркуляционные насосы, холодильники, кухонные комбайны, блендеры или миксеры. В составе этого оборудования есть электродвигатели. Если использовать ИБП, оборудование быстро сломается.

Подойдет, когда нужно защитить:

• Домашние или офисные ПК. Импульсные блоки хорошо совмещаются с резервными моделями.
• Маломощное дежурное освещение. Единственное ограничение — лампы с электромагнитным дросселем. С вариантами прямого включения работает хорошо, срок службы ламп не сокращается.

Однако из-за большого объема помех на выходе лучше не включать в состав серверов, офисной или охранной техники. При сбое важные данные будут безвозвратно утеряны.

2. Линейно-интерактивная (line-interactive)

Это следующий класс устройств. Включает внутренний стабилизатор напряжения. Благодаря этому сфера применения установок расширяется. Можно использовать с электрикой, которая незначительно, но отклоняется от нормы. А переход на аккумулятор занимает 4 мс. Это меньше, чем у резервных аналогов.

Разберемся, что делает источник бесперебойного питания line-interactive и для чего подойдет:

• Питание индуктивной нагрузки. Но предварительно стоит изучить показатели модели.
• Насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющая техника газовых котлов, другая техника с электродвигателями. При условии «чистой» или правильной синусоиды. Потому что модели с измененной формой для подобной техники не подходят. <

3. Двойное преобразование (on-line)

Постоянно преобразует переменное напряжение входного тока в постоянное, а затем снова в переменное. Дает синусоиду высокого качества, подходящую для питания самого капризного электрооборудования. Постоянное подключение к цепи сводит время переключения между источниками питания к 0. При этом вы можете корректировать частоту и напряжение тока. Однако в отличие от предыдущих моделей КПД установки будет ниже (всего 80-96%), шумность выше. А еще установка греется.

Такие бесперебойники хорошо показали себя вместе с электродвигателями, ПК и офисным оборудованием, системами управления нагревательными котлами, видеоаппаратурой. Применяются даже в сетях, где используется электричество низкого качества.

Из чего состоит бесперебойник: конструкция и показатели

Базовый набор составляющих выглядит следующим образом.

Дополнительно прибор может комплектоваться следующими составляющими. Давайте посмотрим, что еще внутри ИБП находится.

Для чего нужен бесперебойник в доме

Техника становится все умнее и сложнее. Но повышается требовательность к показателям подаваемой электроэнергии. Даже кратковременные перерывы в подаче электричества или превышение допустимых значений напряжения могут испортить дорогостоящее оборудование. Поэтому все чаще в быту используются альтернативные источники питания, которые берут на себя функцию поддержания питания в момент скачка электричества или его отключения. При этом у прибора есть несколько дополнительных функций:

• выравнивать входное или выходное напряжение;
• отфильтровывать подаваемый ток, уменьшать количество помех;
• защищать от короткого замыкания, перегрузок.

Отметим, что в небольшом корпусе прибора помещается компактная батарея. Ее емкости хватает в среднем на 4-15 минут. Однако этого достаточно, чтобы у владельца была возможность сохранить сведения, отключить оборудование в штатном режиме.

Дополнительный функционал ИБП

Помимо определения типа источника бесперебойного питания, который вам нужен, при выборе ИБП также стоит обратить внимание – какой функционал в него в ключен. UPS может иметь различные дополнительные функции и конструктивные особенности:

Синхронизация с ПК. Эта функция присутствует в не самых дешевых моделях, однако она очень удобна. С помощью специального программного обеспечения ИБП передает данные в реальном режиме на компьютер о состоянии электролинии, уровне заряда батарей. Помимо чисто информационной составляющей, есть также такие возможности, как например, автономное выключение компьютера с сохранением данных во всех приложениях при отключении электроэнергии.

Холодный старт. Источник бесперебойного питания, оснащенный такой функцией, можно включить при отсутствии электроэнергии в сети. К примеру, погас свет, вы сохранили документы, выключили компьютер и UPS, но спустя некоторое время появилась срочная необходимость скопировать документ на флешку. ИБП с поддержкой холодного старта можно включить, даже если электроэнергии в сети все еще нет, и сделать работу. 

Розетки Schuko.

Раньше разъемы для подключения устройств в бесперебойнике выглядели, в основном, так:

Этот разъем стандарта IEC 320 отлично подходит для подключения различной компьютерной техники. Однако оборудование с обычным шнуром питания, тот же WiFi роутер, в него не подключишь. Для этих целей можно использовать сетевой фильтр с аналогичным разъемом, который подсоединяется к ИБП, а уже в него включать различное оборудование. Но это не всегда удобно.

Поэтому сейчас многие модели стали просто дополнять розетками типа Schuko (у нас их часто называют евророзетками), чтобы технику можно было включить напрямую:

Розетки для фильтрации помех. ИБП может быть оснащен розеткой или несколькими для чувствительного оборудования, которые не обеспечивают поддержку питания во время отключения электроэнергии, но защищают подключенное оборудование от помех электросети.

Розетки для телефонной линии, витой пары. Высоковольтные импульсы могут передаваться не только непосредственно по электрическому силовому кабелю, но и в случае различных аварий и поломок – и по телефонному кабелю, и по витой паре. Для защиты телефонного, сетевого и компьютерного оборудования некоторые производители предусматривают специальные разъемы, (вход/выход), куда можно подсоединить телефонную или интернет-линию.

Как выбрать ИБП

Источники бесперебойного питания доступны самому широкому кругу потребителей, могут применяться как дома или на даче, так и в офисе или в промышленности; они позволяют поддерживать и защищать оборудование от отдельно стоящего компьютера или сервера до дата-центра, от локальной инженерной системы до целого офисного или промышленного здания.

Расчет мощности источника бесперебойного питания

При подборе источника бесперебойного питания необходимо определиться с его мощностью. Поскольку ИБП пригодный для обеспечения работы домашнего компьютера, будет совершенно бесполезен для мощного медицинского оборудования. Чтобы определить мощность источника бесперебойного питания, нужно сначала учесть суммарную нагрузку. Необходимо сложить значения мощности всего оборудования, подключаемого к ИБП. Например, нужно подключить к источнику бесперебойного питания котел отопления (мощность — 200 Вт) и циркуляционный насос (мощность – 200 Вт). Сумма потребления общая составит 400 Вт. Однако дело заключается в том, что при запуске токи оборудования довольно значительно превышают номинал, поэтому потребляемая мощность увеличивается в разы. Когда для питания нагрузки, равной четырем ста ватт мы выбираем бесперебойник таких же значений мощности, может возникнуть перегрузка, и техника отключится. Чтобы этого избежать, надо учитывать коэффициент токов пуска. Каждому виду техники присущ свой показатель пусковых токов: для котлов отопления — 3.4, для циркуляционных насосов — 3.5.

Подсчитываем:
Котел – 200*3.4 = 680 Вт
Насос – 200*3.5 = 700 Вт
Значения складываем, получаем 1 380 Вт

Это суммарная мощность оборудования, измеряемая ваттами. Мощность бесперебойника определяется вольт-амперами, то есть это полная мощность, произведенная для питания нагрузки. Для вычисления показателя необходимой произведенной полной мощности ИБП, нужно мощность полезную разделить на коэффициент 0,7.

1380 Вт/0,7 = 1 971 Вт.

Видно, что конечное значение мощности превосходит суммарную мощность, потребляемую оборудованием. Объясняется это тем, что частично мощность теряется с образованием магнитных полей, либо в резисторах и трансформаторах, и бесперебойник на выходе не выдает полный объем мощности. Получается, для эффективного функционирования ИБП с подключенным оборудованием, в данном случае, мощность его не должна быть менее 1971 Вт.

Расчет времени автономной работы

Для большинства обычных офисных ИБП (UPS) небольшой мощности время работы от батареи при максимальной нагрузке составляет 4-15 минут. Если нагрузка источника бесперебойного питания 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. Бесперебойник большой мощности и некоторые ИБП 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.

ИБП резервного типа (off-line)

При отсутствии напряжения в основной сети эти устройства выполняют переключение питания нагрузки на аккумуляторные батареи. Они не имеют встроенной защиты от перепадов напряжения (стабилизации), поэтому подойдут только для применения в сетях с относительно стабильным напряжением.

Пожалуй, это наиболее популярный в бытовом использовании бесперебойник. Доступная стоимость и удовлетворительные технические характеристики делают его оптимальным бюджетным вариантом защиты нетребовательной к качеству питания нагрузки без индуктивной составляющей (электродвигателей, трансформаторов, дросселей).

Модифицированная синусоида на выходе этих ИБП категорически не подходит для питания циркуляционных насосов, холодильников, кухонных комбайнов, блендеров и миксеров. Применение ИБП оффлайн топологии в качестве источников питания перечисленных электроприборов с электродвигателями гарантированно и довольно быстро выведет их из строя.

Примером нагрузки, совместимой с резервными ИБП, можно назвать домашние или офисные ПК. Их импульсные блоки питания маловосприимчивы к несинусоидальности питающего напряжения. Однако, учитывая возможность возникновения повышенного количества помех на выходах блоков питания серверов, офисной и охранной техники, будет целесообразным воздержаться от их применения для питания ответственной техники, сбои в работе которой могут привести к потере важных данных.

Вполне разумным будет использование резервного бесперебойника и для питания сети маломощного дежурного освещения. Ограничением в этом случае является наличие в балласте ламп с электромагнитным дросселем. Результаты практики совместного использования оффлайн ИБП с лампами прямого включения и работающими с электронными ПРА подтверждают нормальную работы ламп с сохранением их заявленного срока службы.

Линейно-интерактивные ИБП (line-Interactive)

Представляют собой более высокий класс устройств по сравнению с предыдущим. В отличие от ИБП резервного типа, они оснащены встроенным стабилизатором напряжения, что расширяет область их использования, позволяя применять в сетях с незначительными отклонениями напряжения от нормы. Кроме того, время переключения на АКБ ИБП этой топологии составляет ~4 мс, что гораздо меньше, чем у резервных источников питания.

Форма выходного сигнала позволяет использовать эти устройства для питания индуктивной нагрузки. Но при покупке следует изучить технические характеристики бесперебойника.

При заявленной производителем форме сигнала «чистая синусоида» (Line-Interactive Sin) к ИБП можно подключать электроприборы с электродвигателями – насосы, холодильники, устройства с трансформаторными блоками питания, управляющая электроника газовых котлов и т. п.

Устройства с модифицированной синусоидой (ступенчатой формы) на выходе для такого применения не подойдут.

Онлайн ИБП (on-line)

ИБП этого типа выполняют непрерывное преобразование переменного напряжения в постоянное (с подзарядкой АКБ) и дальнейшее его инвертирование в переменный с чистым синусом на выходе. За счет данной технологии достигается полная независимость качества выходного напряжения от состояния сети.

Устройства данной схемы построения обеспечивают наиболее эффективную защиту не только от перебоев электроснабжения, но и при значительных отклонениях напряжения сети от нормы. Благодаря топологии онлайн время перехода на автономный режим составляет 0 мс, так как, по сути, переключение на работу от батарей или с АКБ на внешнюю сеть не происходит.

Добавив к этому высокую точность коррекции напряжения (отклонение от значений нормы составляет не более 2%) и синусоиду идеальной формы на выходе, ИБП двойного преобразования можно с уверенностью назвать универсальными для совместного использования с любыми, даже особо чувствительными к качеству электропитания, приборами.

Данные бесперебойники отлично себя зарекомендовали при работе с такими требовательными к качеству напряжения и форме сигнала нагрузками, как электродвигатели, компьютерное и офисное оборудование, электронные блоки управления отопительных котлов, видеоаппаратура и т. д. даже в сетях с крайне низким качеством электроэнергии.

На сегодняшний день в качестве единственного серьезного недостатка, ограничивающего применение онлайн ИБП, можно назвать их высокую стоимость.

Когда вместо ИБП актуальнее приобрести генератор?

Применение ИБП можно считать обоснованным при небольшой мощности потребления нагрузки и непродолжительных перерывах в подаче электроэнергии.

Классический пример применения маломощного бесперебойника – подключение системного блока компьютера и монитора, позволяющее корректно завершить работу ПК, избежав сбоев работы системы и потерь информационных данных. Модели ИБП малой и средней мощности также часто используются в целях обеспечения питанием управляющих блоков отопительных котлов и маломощных циркуляционных насосов при кратковременных перебоях электроснабжения.

Установка источника бесперебойного питания в сетях с длительными перебоями электроснабжения нецелесообразна. Для обеспечения непрерывности электропитания нагрузки в длительном по времени автономном режиме потребуется значительное увеличение емкости АКБ. В таких случаях, учитывая ограниченность срока службы батарей (необходимость периодической замены в процессе эксплуатации) при их цене, нередко в два раза превышающей стоимость бесперебойника, экономически целесообразней будет приобретение бензинового или дизельного генератора.

Зачем перед ИБП устанавливают стабилизатор напряжения?

Связка «стабилизатор + ИБП» бывает востребована при использовании устройств резервного и линейно-интерактивного типа в сетях со значительными отклонениями напряжения от нормы. Функция стабилизации у моделей первого типа ИБП отсутствует, а большинство линейно-интерактивных бесперебойников способны сгладить относительно небольшие всплески напряжения.

Подключать стабилизатор рекомендуется перед ИБП (со стороны питающей сети). При обратном подключении (со стороны нагрузки) возможен нагрев трансформатора стабилизатора (в случаях, когда форма сигнала на выходе ИБП представляет собой модифицированную синусоиду). Кроме того, диапазон стабилизации напряжения любого стабилизатора всегда шире, чем у ИБП, основной функцией которого является обеспечение бесперебойности электропитания нагрузки.

Условия эксплуатации

Приборы получили широкое распространение как в домашней среде, так в офисной или на промышленных предприятиях. Неудивительно, что ассортимент продукции огромен. Чтобы в нем не запутаться, нужно обратить внимание на несколько показателей.

1. Мощность

Для расчета оптимальной мощности оборудования нам потребуется узнать суммарную нагрузку. Для этого складывается мощность всех приборов, которые будут подключаться. Например, мы подключаем котел (200 Вт), циркуляционный насос (200 Вт). Для вычисления общей суммы напряжения, эти показатели нужно сложить. Получится 400 Вт. Но также важно, что стартовые токи превышают номинальные значения в несколько раз. И если подобрать для насоса и котла бесперебойник на 400 Вт, можно столкнуться с эффектом перегрузки оборудования. Чтобы не столкнуться с перегрузкой, учитываем коэффициент стартовых токов. У каждой техники он определенный: для отопительных котлов — 3,4, для циркуляционных насосов — 3,5.

Наша формула будет выглядеть так:

(200*3,4) + (200*3,5) = 1380 Вт

Это еще не конец. Мощность техники вычисляется в ваттах, но мощность прибора — в вольт-амперах. Чтобы рассчитать этот показатель, нужно полученный результат разделить на коэффициент 0,7.

1380/0,7 = 1971 Вт

Такая мощность нужна для двух приборов. Она существенно превышает их собственные показатели. Это происходит, потому что магнитные поля способствуют потере мощности . Поэтому на выходе ИБП мы получаем не ту цифру, на которую рассчитываем.

2. Время автономной работы

Офисные модели способны проработать от 4 до 15 минут на максимуме. Чем меньше нагрузка, тем дольше прибор может проработать самостоятельно. Однако из-за нелинейности разрядной прямой увеличение не равно снижению нагрузки. Например, нагрузка снизилась вдвое, что привело к росту автономной работы от 2,5 до 5 раз. Практически все аппараты большой мощности, а также некоторые модели с малыми показателями позволяют заменить батарею на аналог большей емкости. Или можно присоединить еще одну батарею внутри прибора или за его пределами.

Альтернатива ИБП

Источники бесперебойного питания оптимальны, когда энергопотребление небольшое, а паузы в энергоснабжении короткие. Например, когда нужно подключить ноутбук. Наличие ИБП поможет безопасно завершить сеанс, сохранив всю нужную информацию. Модели средней и малой мощности актуальны, когда нужно защитить отопительные котлы, циркуляционные насосы невысокой мощности.

Если предполагаются большие паузы в энергоснабжении, нужно искать альтернативу. Чтобы в таких условиях обеспечить корректную работу оборудования, аккумуляторы должны иметь больший запас энергии, а значит, большую емкость.

Чем больше емкость батареи, тем выше будет стоимость. А если учитывать, что сроки работы изделий ограничены, гораздо выгоднее приобретать генераторы на бензине или дизеле.

Где купить ИБП двойного преобразования (on-line)?

Российский производитель систем электропитания «Штиль» предлагает широкий модельный ряд источников бесперебойного питания топологии онлайн, к которым относятся:

• однофазные модели настенного, напольного, стоечного и универсального (напольного/стоечного) исполнения c выходной мощностью 0,25-10 кВА;
• модели конфигурации 3 в 1 (для электропитания однофазных приборов от трехфазной сети) напольного и стоечного исполнения c выходной мощностью 10-20 кВА;
• трехфазные модели напольного и шкафного исполнения c выходной мощностью 10-500 кВА.

Купить данные устройства можно в официальном интернет-магазине производителя «Штиль». На сайте собрана полная информация по всем изделиям, включая подробное описание технических характеристик и особенностей функционирования, а также совместимые аккумуляторные решения для резервного электроснабжения нагрузки на требуемое время.

Заказать изделия могут как физические, так и физические лица. Доступна быстрая доставка товаров в любой регион России ведущими транспортными компаниями. При оформлении заказа можно выбрать удобный способ оплаты или оформить кредит на покупку системы электропитания.

Часто возникающие проблемы

• Самая главная проблема, которая возникает у ИБП чаще всего – это выход из строя аккумуляторной батареи. Севший аккумулятор можно определить по тому, что бесперебойник перестает держать нагрузку – при отключении электричества компьютер сразу же выключается. Также испорченная батарея может проявлять себя по другому: бесперебойник совсем не включается, или включается и непрерывно пищит. О том, как поменять аккумулятор в бесперебойнике я писал в этой статье . Там написано про конкретный ИБП, но принцип замены во всех источниках практически не отличается.
• ИБП может совсем не включаться из-за перегоревшего предохранителя.
• Если источник бесперебойного питания нормально запускается, но компьютер не включается, то проверьте провода, они могут выйти из гнезд.

Полезные советы

Есть несколько рекомендаций, способных облегчить выбор источника бесперебойного питания. Они помогут выбрать правильное устройство и сэкономить деньги.

Итак, вот полезные советы по приобретению ИБП для конкретных задач:

• Количество фаз. На это стоит обращать внимание в том случае, если приобретается продукт для работы со специализированным оборудованием (вроде котлов и холодильников). Некоторым устройствам требуется трехфазный ИБП. Об этом нужно помнить.
• Замена батареи. Полезная опция, позволяющая заменить аккумулятор в случае его износа. Это хорошо, поскольку не требуется покупать новый бесперебойник. Неплохим бонусом является возможность горячей замены аккумулятора (без выключения ИБП).
• Количество розеток. На этом экономить не стоит. Ведь с большим количеством разъемов вы подключите все необходимые устройства к источнику. Обратите также внимание на тип разъемов. Лучше, если это будут евровилки.
• Бренды. Не стоит покупать продукцию неизвестных производителей. Выбирайте что-нибудь от APC, IPPON, БАСТИОН, PCM или CyberPower. Эти фирмы зарекомендовали себя наилучшим образом, выпуская качественные и надежные устройства.