Fideltronik LUPUS 500 представляет собой линейно-интерактивный источник бесперебойного питания. Его активная мощность составляет 300 Вт, а время переключения — всего 3 миллисекунды. Среднее время автономной работы достигает 7 минут, а при загрузке в 50% этот показатель может увеличиваться до 12 минут.
Как функционирует источник бесперебойного питания: для каких целей он необходим и как организован?
Здравствуйте! В данной статье мы разберем, как функционирует источник бесперебойного питания (ИБП) для компьютера, его назначение, основные функции и области применения. Информацию о том, как произвести расчет мощности ИБП для вашего ПК, можно будет найти в ближайшее время на нашем блоге.
Структура и принцип работы ИБП
ИБП представляет собой устройство, гарантирующее непрерывное электропитание компьютера до тех пор, пока у вас есть возможность безопасно завершить его работу или подключить питание обратно. Это обеспечивает сохранность пользовательских данных и защищает аппаратные компоненты от повреждений, возникающих из-за перепадов напряжения.
Электрическая энергия поступает от встроенной перезаряжаемой батареи. Постоянный ток, вырабатываемый батареей, преобразуется в переменный ток 220 В с помощью инвертора. Данный принцип является основой работы всех моделей ИБП, вне зависимости от наличия дополнительных функций.
Аккумулятор начинает зарядку в тот момент, когда источники бесперебойного питания (ИБП) подключены к электрической сети. Устройства, которые к нему подсоединены, функционируют напрямую, не прибегая к резервному аккумулятору. Когда электричество отключается, все устройства автоматически переключаются на работу от батареи. Многие современные модели ИБП имеют индикатор и звуковое оповещение, которое сообщает о переходе на автономное питание.
Современные источники бесперебойного питания, как правило, оснащены множеством розеток для подключения системного блока и монитора, а также могут иметь одну розетку для сетевого фильтра.
Не следует подключать к ИБП дополнительные периферийные устройства — для корректного завершения работы операционной системы Windows и выключения компьютера достаточно соединить лишь системный блок и сам монитор, чтобы увидеть ваши действия на экране.
Итак, мы разобрались, для чего требуется источник бесперебойного питания (ИБП). Теперь давайте рассмотрим три типа таких устройств, которые сегодня доступны на рынке.
Резервные источники бесперебойного питания
Это наиболее простой и бюджетный вариант. Принцип работы остается тем же: все периферийные устройства и системный блок берут энергию из сети, а при ее отсутствии переключаются на аккумулятор. Согласно статистике, эффективность этих ИБП не превышает 60%.
Данная схема применяется в большинстве ИБП, предназначенных для использования в домашних условиях. Несмотря на то что они обеспечивают минимальную защиту, стоимость таких устройств довольно низкая. Фильтрация сигнала низкого качества может быть реализована только частично. Тем не менее, для стандартной бытовой электроники этого вполне достаточно.
Данный источник бесперебойного питания отлично функционирует совместно с компьютером, однако не предназначен для обеспечения электроэнергией холодильников, насосов или котлов, так как не выдает синусоидальный сигнал на выходе. Обычно такие системы ИБП имеют низкую мощность.
ИБП комплектуется уникальным программным обеспечением, которое дает возможность подключить устройство к компьютеру для контроля его состояния. Подключение может осуществляться через порты USB, RS-232 или RJ-45.
1. ИБП — расшифровка и краткое описание устройства
ИБП, или источник бесперебойного питания, представляет собой устройство, предназначенное для обеспечения стабильного электропитания в случае сбоя в снабжении электроэнергией. Он аккумулирует электроэнергию и выступает в роли резервного источника питания во время отключения электричества, что позволяет компьютеру корректно завершить свою работу или дождаться восстановления подачи энергии. ИБП начинает функционировать как при снижении напряжения ниже заранее установленного уровня, так и при повышении его выше определённой границы.
Основное назначение устройства — защищать потребителей электроэнергии, таких как компьютеры или другое высокотехнологичное оборудование, от сбоев в электроснабжении с помощью аккумуляторных блоков (батарей). Однако когда речь идет о центрах связи, операционных залах, промышленных объектах, работающих без остановки, или других местах, требующих постоянного питания, применяется комплекс мер. Первым шагом является включение батареи, что позволяет обеспечить время для работы резервного источника энергии, например, дизельного генератора.
2.1. Зачем он нужен
ИБП служит для защиты нагрузки от электрических нарушений в сети, предоставляя стабильный синусоидальный сигнал с соответствующими параметрами напряжения и тока на выходе. Именно для этой цели и предназначен ИБП.
2.2. Срок службы ИБП
Срок эксплуатации источника бесперебойного питания (ИБП) определяется продолжительностью работы батареи. Этот срок зависит от того, как часто происходят переключения, а также от качества зарядного устройства и его проводки. Если зарядное устройство некачественное, то срок службы обычно составляет около 2-2,5 лет. В случае хорошего качества можно рассчитывать на 5-6 лет.
3. Виды источников бесперебойного питания и их работа
Стандарт IEC 62040-3 делит все ИБП, предназначенные для обеспечения питания высококачественной бытовой техники, на основе их схемотехники:
- В режиме ожидания,
- Линейно-интерактивный,
- Двойное преобразование.
Согласно уровню напряжения нагрузки, ИБП могут быть следующими:
- Однофазные,
- Трехфазные,
- Однофазные в рамках трехфазных групповых сетей.
3.1. Резервный
Резервный источник бесперебойного питания (ИБП), также известный как off-line, back UPS или standby, представляет собой электронное устройство, которое преобразует энергию для резервной батареи, входящей в комплект устройства, во время сбоев в электроснабжении.
Бюджетные источники бесперебойного питания предназначены для защиты менее критически важных рабочих станций. Устройство подает входное напряжение напрямую на подключенные устройства. Качество электроэнергии отслеживается, и в случае отключения электричества инвертор автоматически переключается на питание от аккумулятора. Время переключения с внешнего питания на батарею составляет примерно 0,01 секунды.
3.2. Линейно-интерактивный
ИБП данного типа использует buck-конвертер для подачи электроэнергии. Этот элемент выполняет регулировку входного напряжения, как повышенного, так и пониженного, а также осуществляет фильтрацию электромагнитных помех. При неожиданном отключении электричества запускается аккумулятор, который начинает обеспечивать нагрузку через инвертор. Время переключения с внешнего источника питания на аккумуляторное составляет приблизительно 0,01 секунды.
3.3. ИБП двойного преобразования
ИБП данного типа представляют собой высокотехнологичные и надежные устройства. Их функционирование основывается на преобразовании входящего переменного тока в постоянный. Полученный постоянный ток затем используется для зарядки аккумулятора и преобразуется обратно в переменный. Даже если входное напряжение выходит за пределы допустимых значений, на выходе будет сформирована «чистая» синусоида с соответствующей частотой и амплитудой. В случае полного обрыва напряжения инвертор начинает работать от аккумулятора, обеспечивая тем самым стабильное питание без резких колебаний напряжения на выходе.
Схема ИБП (электрическая).
Данная схема наглядно демонстрирует принцип работы источника бесперебойного питания.
Блок-схема этого резервного ИБП имеет следующий вид:
В стандартном режиме функционирования напряжение поступает на нагрузку и аккумулятор через управляющий блок. Когда аккумулятор требует подзарядки, он начинает процесс зарядки. Как только батарея полностью заряжена, она остается в этом состоянии. Энергия фильтруется с помощью базовых фильтров.
Если напряжение превышает установленные пределы, активируется режим ожидания. В этом случае энергия от аккумулятора передается на нагрузки через инвертор.
Интерактивный источник бесперебойного питания (ИБП) имеет следующую блок-схему:
В данном устройстве уже установлен регулятор напряжения. Это решение существенно увеличивает диапазон входных параметров напряжения и активирует подачу энергии на нагрузку от аккумулятора только при отключении основного питания.
Система бесперебойного питания с двойным преобразованием имеет следующий вид:
Полностью отделяет нагрузку от входного сигнала, что обеспечивает гальваническую развязку. Такая схема защищает электронные устройства от повреждений из-за помех, а также от кратковременных высоковольтных импульсов, возникающих от подключенных устройств в сети.
5. Рекомендации по выбору ИБП
При выборе источников бесперебойного питания (ИБП) учитываются различные параметры. К числу этих параметров относятся:
- Время автономной работы,
- Характер нагрузки,
- Настройки и рекомендации производителя,
- Специальные типы оборудования.
Источник бесперебойного питания (ИБП) предоставляет пользователю возможность надлежащим образом завершить работу открытых на компьютере программ. Длительность этого времени определяется в зависимости от уровня энергопотребления и характера нагрузки. Важно понимать, что под нагрузкой может подразумеваться не только настольный компьютер, но и сервер, содержащий критически важные данные, или газовый котел, электроника которого требует защиты, хотя к его требованиям можно отнестись менее строго.
5.1. Как рассчитать время работы ИБП
На каждом источнике бесперебойного питания (ИБП) отображается информация о его параметрах. Простой расчет времени автономной работы может быть выполнен на основе мощности, которую предоставляет ИБП, и мощности нагрузки потребителя. Мощность нагрузки (в случае с компьютером: мощность блока питания можно узнать по маркировке) не должна превышать величину, указанную производителем ИБП. В противном случае вы рискуете не получить достаточно времени (около 15-20 минут) для безопасного завершения работы компьютера.
5.2. Факторы, влияющие на продолжительность работы
Как уже упоминалось ранее:
- Потребляемая мощность и характер потребления,
- Емкость и состояние аккумулятора,
- Ток зарядного устройства ИБП.
Нагрузочные характеристики могут варьироваться по типу. В этом случае важно учитывать потери энергии при передаче от аккумулятора к нагрузке. Для этих целей применяются различные коэффициенты, и для компьютеров чаще всего используется значение 0,85.
Аккумуляторы обладают емкостью, которая измеряется в ампер-часах, а также напряжением зарядки. Со временем их емкость начинает снижаться. На частоту отказов батарей влияют следующие факторы:
- Потребление энергии — необходимо наличие резервной мощности,
- Условия и частота использования — количество циклов зарядки и разрядки ограничено,
- Глубина разряда — не следует допускать полного разряда батареи до 0%,
- Температура эксплуатации — разряд батареи происходит быстрее при температурах выше 40 градусов Цельсия.
5.3. По рекомендации производителя
Как правильно выбрать источник бесперебойного питания
Производитель источников бесперебойного питания (ИБП) способен с высокой степенью точности определить срок службы аккумулятора, поскольку осуществляет тщательное тестирование своей продукции до ее выхода на рынок. Следовательно, его рекомендации можно считать надежными при выборе ИБП.
5.4. Расчет по формулам
Для определения времени автономной работы используется следующая формула:
Емкость аккумулятора (ампер-часов) * Напряжение аккумулятора (вольт) / Постоянная нагрузка (ватт).
Это означает, что если емкость аккумулятора составляет 50 ампер-часов, напряжение — 12 вольт, а мощность нагрузки — 600 ватт, то расчеты будут следующими: 50 * 12 / 600 = 1 час. В течение этого времени взимается единовременная плата.
Также существует более сложная формула:
tibp = Uakb * Sakb * N * K * Kgr * Kde / Pnagr
