Расчет ибп постоянного напряжения по току нагрузки. Выбор ИБП по времени автономной работы: нюансы. Приблизительный расчет мощности системного блока

Какой выбрать ИБП? Эту тему мы подняли в предыдущей статье и рассмотрели типы бесперебойников, которые предлагают производители. Сегодня поговорим о том, как выбрать источник бесперебойного питания в зависимости от ваших задач и типа вашего оборудования, а также рассчитаем необходимую мощность UPS.

То, какой бесперебойник вам нужен, зависит от нескольких основных моментов:

От каких именно неполадок в сети вы хотите защитить оборудование?
Особенности конструкции оборудования, которое вы хотите подключить к ИБП.
Планируемая мощность нагрузки на ИБП.
Необходимое время автономной работы.

Итак, в этой статье мы рассмотрим выбор бесперебойника, учитывая следующие вопросы:

Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы.
Рассчитываем время автономной работы, зная емкость ИБП.

Зачем вам нужен ИБП?

Ответ на вопрос: какой бесперебойник выбрать - зависит прежде всего от того, зачем он вам нужен.

	Для чего?	Что покупать
	Корректно выключить компьютер и успеть сохранить данные при отключении электроэнергии .	В этом случае смело берите недорогой ИБП off-line типа или линейно-интерактивный с запасом работы батарей на 5-15 минут.
	Обеспечить питанием оборудование в случае достаточно долгого отключения электроэнергии.	Если вашему оборудованию подходит несинусоидальная форма сигнала, покупайте ИБП офф-лайн или линейно-интерактивный, но повышенной емкости, с расчетом на долгую работу от батарей. Как рассчитать емкость, вы можете прочитать ниже. Самый большой запас времени работы в автономном режиме - у ИБП с внешними батареями , за счет возможности увеличить емкость дополнительными аккумуляторами (подключаются параллельно). Такие бесперебойники чаще всего - из категории дорогих, с двойным преобразованием. Если необходимо действительно долгое время работы, десятки часов, возможно, лучшим выходом будет приобретение генератора.
	Защитить оборудование от повышенного или пониженного напряжения, провалов, опасных для техники отключений на несколько секунд (любят у нас электрики дергать рубильник туда-сюда).	Для этих целей вам нужен ИБП с функцией AVR (автоматической регулировки напряжения): линейно-интерактивный ИБП или более дорогой с двойным преобразованием. Стабилизация напряжения в линейно-интерактивных UPS чаще всего реализована в ступенчатом, грубом виде, в онлайн моделях стабилизатор работает плавно.
	Защитить чувствительное оборудование от максимального количества сбоев и помех в электрической сети.	Для этих целей подойдет только бесперебойник on-line типа .

Отметим, что если вам необходима только стабилизация питания и не требуется обеспечение автономной работы оборудования при отключении электричества, целесообразнее купить отдельный стабилизатор.

Также, довольно часто используют связку стабилизатор + недорогой ИБП (бесперебойник включается в сеть ПОСЛЕ стабилизатора). Такой тандем не только позволяет регулировать напряжение в том случае, если в UPS этого не предусмотрено, но и продлевает срок эксплуатации батарей ИБП.

Для защиты какого оборудования вы покупаете ИБП?

Какой выбрать бесперебойник - также зависит от особенностей конструкции подключаемой техники.

Общее правило таково: к ИБП с правильной синусоидой на выходе можно подключать практически любую технику, требуется лишь правильно рассчитать мощность. К остальным UPS, особенно оффлайн типа, можно подключать далеко не все оборудование.

Особенность	Оптимальный тип ИБП	Пояснение
Элементы, чувствительные к несинусоидальной форме сигнала .		Наиболее часто встречаемый случай - это устройства с электродвигателем, насосом, компрессором , в том числе насосы газовых котлов, а также практически вся бытовая техника: холодильники, фены, стиральные машинки, электродрели и т. д. На электродвигатель ступенчатая синусоида или, тем более, меандр, воздействуют негативно: возникают вихревые токи, падает индуктивное сопротивление, в результате двигатель перегревается вплоть до сгорания. В некоторых устройствах, например, лазерных принтерах, ксероксах также могут присутствовать компоненты, которым для работы требуется синусоидальная форма напряжения, и при работе от ИБП с прямоугольной или ступенчатой формой сигнала они прослужат гораздо меньше.
Индуктивные элементы (катушки индуктивности, дроссели).	ИБП on-line типа.	Довольно часто возникает вопрос - можно ли подключать к обычному дешевому бесперебойнику устройства с индуктивной нагрузкой, к примеру, люминесцентные лампы? На практике подключают, и все вроде как работает. Но следует учитывать, что многие производители этого категорически не рекомендуют и относят случаи поломки бесперебойника после подключения индуктивной нагрузки к негарантийным. Кроме того, встречались случаи, когда реактивная нагрузка повреждала не рассчитанный на нее ИБП.
Трансформаторный (линейный) блок питания.	ИБП on-line типа.	Выбирая ИБП для устройств с трансформаторными блоками питания, нужно с осторожностью относиться к UPS, который не выдает на выходе чистую синусоиду. При питании напряжением в форме меандра или ступенчатой синусоиды потери в трансформаторе увеличиваются, что, при сильной его нагруженности, приведет к уменьшению ресурсов трансформатора в десятки раз. Также на практике встречались случаи, когда сгорал сам УПС, к которому подключалась такая нагрузка. С другой стороны, довольно часто аппаратура с маломощными трансформаторными блоками питания, например, радиотелефоны, спокойно работает в паре с ИБП off-line типа. Однако многие производители, как и в случае индуктивной нагрузки, чаще всего не советуют подключать трансформаторные БП к обычным ИБП. Как отличить трансформаторный блок питания от обычного импульсного? Если мы говорим о внешнем БП, то импульсный - обычно легкий и небольшой, а трансформаторный - тяжелее и больше, за счет того, что внутри него размещен, собственно, трансформатор. Тип встроенного блока питания определить сложнее, здесь нужно ориентироваться на документацию производителя. Хорошая новость - в большинстве случаев в электронной технике, такой как модемы, коммутаторы, роутеры, компьютеры сейчас используются именно импульсные БП.
Конструктивные элементы, чувствительные к качеству питания.	Только ИБП on-line типа.	Практически все знают, что техника болезненно воспринимает перепады напряжения в сети, или постоянно заниженное (завышенное) напряжение. Однако качество электропитания определяется не только напряжением. Чувствительное телекоммуникационное, аудио-видео, измерительное, медицинское оборудование также негативно реагирует на: нестабильную частоту питания, радиочастотные помехи в сети, гармонические искажения напряжения, наносекундные и микросекундные импульсы напряжения. Все это может не только искажать работу техники, но и сокращать срок ее работы.
	ИБП on-line типа с соответствующей нагрузке мощностью.	Оборудование, имеющее электродвигатели, насосы, компрессоры и прочие конструктивные элементы, которые в момент пуска потребляют большое количество электроэнергии, нельзя подключать к маломощным ИБП. Пусковые токи могут превышать стандартное потребление в 3-7 и более раз.

Как рассчитать мощность ИБП?

Для того, чтобы правильно выбрать бесперебойник, необходимо посчитать общую мощность оборудования, которое вы собираетесь к нему подключить. Значения мощности можно уточнить в технических характеристиках (паспорте или инструкции к технике).

Рассмотрим условный пример.

Мы хотим подключить к ИБП:

компьютер на 250 Вт,

монитор LCD на 60 Вт,

кондиционер на 2000 Вт (cos φ = 0,8).

Здесь есть один момент: даже если мощность всех устройств выражена в одной единице, в данном случае в Вт, подсчитать нужно две мощности: в вольт-амперах и ваттах.

Мощность в вольт-амперах и ваттах - в чем разница?

Мощность, которая выражается в вольт-амперах (ВА, VA) называют полной мощностью . Она показывает реальную нагрузку оборудования, с учетом активной и реактивной.

Мощность, которая выражается в ваттах (Вт, W), называют активной мощностью .

Это две разные величины, и обе нужно учитывать при выборе ИБП нужной вам мощности. Это особенно важно, если вы собираетесь подключать к ИБП реактивную нагрузку, так как в таком оборудовании полная и активная мощность могут серьезно отличаться.

Расчет мощности в вольт-амперах.

Для пересчета активной мощности (в ваттах) в полную мощность в вольт-амперах используем формулу:

где:

VA - полная мощность,
W - активная мощность,
P - коэффициент мощности оборудования.

Если оборудование относится кактивной нагрузке, аэто практически все сетевое, телекоммуникационное оборудование, приборы освещения иобогрева, тоесть техника без индуктивности, без реактивной мощности, атакже компьютерная техника сблоками питания срегулировкой коэффициента мощности (APFC), токоэффициент можно принять равным 1, или лучше снебольшим запасом— 0,95.

Если высобираетесь подключать кИБП лазерный принтер, кондиционер, люминесцентные лампы— оборудование, вкотором есть электродвигатели итому подобное, все, где есть индуктивность иреактивная мощность, атакже компьютеры сблоками питания без APFC, токоэффициент мощности нужно посмотреть впаспорте устройства или нанаклейке назадней стенке. Для такой техники его чаще всего указывают. Обозначается коэффициент мощности как Power Factor (PF) или cos φ .

Втом случае, когда производитель неуказал значение коэффициента мощности, нонагрузка однозначно неявляется полностью активной, можно взять наиболее распространенную величину: 0,7.

Вернемся к нашему примеру.

Блок питания в компьютере без регулировки коэффициента мощности, поэтому берем значение P равным 0,7. По монитору аналогично. Итого получаем полную мощность:

для компьютера с монитором:(250+60)/0,7 =442 VA,

для кондиционера: 2000/0,8 =2500 VA,

Вместе: 2942 VA.

Итак, что же, покупаем бесперебойник на 3000VA? Не торопитесь, не все так просто.

Расчет мощности в ваттах.

Чаще всего встречается самый простой случай - когда мощность в ваттах, ее также называют активной мощностью , уже указана в документации к оборудованию. Если нет, можно пересчитать мощность из вольт-амперов в ватты, используя ту же методику, что и для полной мощности.

Посчитаем мощность нашего оборудования в ваттах:

компьютер с монитором - 310 Вт,

кондиционер - 2000 Вт,

Вместе: 2310 W.

В нашем интернет-магазине, среди ИБП на 3000 VA, к примеру, есть такие:

Как рассчитать необходимую емкость бесперебойника?

Обычно при выборе источника бесперебойного питания у нас есть какие-то определенные требования к времени, на протяжении которого он будет поддерживать работу подключенного к нему оборудования в случае отключения электроэнергии. Многие производители указывают примерный диапазон, например, пишут, что в зависимости от нагрузки, время работы от батарей составит 4-20 минут. Или указывают, что при работе с максимальной нагрузкой это время составит 5 минут.

Но это приблизительно, а нам нужно точно быть уверенным, что купленный нами UPS обеспечит работу от батарей для определенного перечня оборудования. Или же рассчитать, сколько времени будет держать нашу нагрузку какая-то выбранная нами модель ИБП.

Рассчитываем емкость аккумуляторов для известного времени автономной работы

Для расчетов нам понадобится:

Общая активная мощность (в ваттах), оборудования, которое мы собираемся подключить к ИБП (W).

Время автономной работы (T).

Номинальное напряжение батарей.

Используем формулу:

где:

T - время планируемой автономной работы (ч),

P - мощность подключенного оборудования (ВТ),

KPD - КПД источника бесперебойного питания (можно взять примерно 0,85).

И формулу пересчета емкости в Вт*ч в емкость в AH:

Допустим, нам нужно, чтобы компьютер и монитор из приведенного выше примера проработали 2 часа после отключения электроэнергии.

Емкость (Вт*ч) = 2 * 310 / 0,85 = 730 Вт*ч.

Однако емкость батарей принято указывать в ампер-часах. Чтобы пересчитать емкость в ватт-часах в ампер-часы, потребуется указать номинальное напряжение батарей.

Для батарей 12В:

Емкость (А*ч) = 730/12 = = 60,83 ≈ 61Ah.

Для батарей 24В:

730/24 = 30,42 ≈ 30Ah.

Поскольку чаще всего в ИБП используется 1-2 батареи, реже 4, емкостью 7-9AH, то подобрать ИБП стандартной комплектации для таких значений общей емкости нам будет сложно. Лучше всего купить источник бесперебойного питания с возможностью подключения внешних батарей и подбирать емкость по потребностям.

Каталог ИБП с возможностью подключения внешних батарей .
КПД UPS (примерно можно взять 0,85).

Используем формулы:

V - номинальное напряжение батарей (V),

AH - емкость одной батареи (AH),

N - количество батарей.

E - общая емкость (Вт*ч),

KPD - КПД источника бесперебойного питания (по умолчанию можно взять 0,85,

P - потребляемая мощность подключенного оборудования.

Возьмем для примера ИБП PowerCom BNT-800AP USB . Производитель заявляет время автономной работы 5 минут при максимальной загрузке. А сколько смогут проработать наш компьютер с монитором с потребляемой мощностью 310 Вт?

Общая емкость (Вт*ч) ИБП = 12В * 7,2AH * 1 = 86,4 Вт*ч.

Время = 86,4*0,85 / 310 = 0,237 часа ≈ 14 мин.

Заключение

Теперь давайте коротко подведем итоги.

Для того, чтобы выбрать ИБП, необходимо:

Определить, какой тип UPS вам нужен.

Рассчитать необходимую полную и активную мощность ИБП, с учетом пусковых токов и небольшим запасом.

Если нужно поддержание питания в течение какого-то определенного времени - рассчитать, какая емкость ИБП для этого нужна. И в зависимости от рассчитанной емкости покупать обычный бесперебойник или же ИБП и комплект дополнительных батарей к нему.

сайт

Вспомним кое-что из физики

При оценке мощности, потребляемой нагрузкой, следует учитывать полную мощность. Полная мощность (единица измерения ВА – вольт-ампер) - это вся мощность, потребляемая электроприбором. Она складывается из активной (единица измерения "Вт" - Ватт) и реактивной (единица измерения ВАР – вольт-ампер реактивный) составляющих мощности. Потребители электроэнергии зачастую имеют как активную, так и реактивную составляющие.

. У этого вида нагрузки вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. У целого ряда устройств данная составляющая является основной. К ним относятся, например, электроплиты, осветительные лампы, электрообогреватели, утюги, ТЭНы и т. д.

Реактивные нагрузки . Практически все остальное. Они могут носить индуктивный и емкостной характер. Типичный представитель электроустройства, имеющего индуктивную составляющую нагрузки - электродвигатель. Полная мощность (Р) и активная мощность (Ра) связаны между собой коэффициентом cosФ.

Ра = cosФ х P

В чем же заключается методика подсчета мощности электропотребителей?

Для того, чтобы сделать оптимальный выбор модели ИБП по критерию необходимой мощности, нужно рассчитать суммарную мощность, потребляемую Вашей нагрузкой. Под нагрузкой, в данном случае, подразумеваются все электроприборы, находящиеся в Вашем доме (офисе, квартире, производственном помещении), подлежащие защите.

Мощность, потребляемую конкретным устройством, лучше всего определить по паспорту или инструкции по эксплуатации на это изделие. Иногда потребляемая мощность и коэффициент cosФ указываются на задней стенке прибора или устройства. Следует учесть, что величина мощности в документах на разные приборы может быть указана либо в ваттах, либо в вольт-амперах. В целях избежания ошибок при расчетах мощности устройств суммируем отдельно по каждой единице измерения в две колонки.

перечислим все электропотребители, подлежащие защите;
просуммируем их мощности как указывалось выше;
приведем полученные результаты к одной единице измерения мощности (лучше в вольт-амперах). Для этого:
Если в паспорте указана активная мощность и коэффициент cosФ, то легко пересчитать ее в полную мощность. Для этого активную мощность в "Вт" нужно разделить на cosФ. Например, если на изделии написано, что активная мощность составляет 700 Вт и cosФ = 0,7, то это означает, что потребляемая полная мощность будет равна 700/0,7=1000 ВА. Если cosФ не указан, то для примерного расчета примем его равным 0,7.

Рассчитанную таким образом мощность следует сложить с суммой мощностей по другой колонке (просуммированной в ВА).

Примечание : для электроприборов, имеющих только активную нагрузку, коэффициент cosФ принимаем равным 1.

Следует учесть еще один крайне важный момент - пусковые токи. Любой электродвигатель (компрессор) в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в номинальном режиме. В случае, когда в состав нагрузки входит электродвигатель, (например: погружной насос, холодильник, дрель), его паспортную потребляемую мощность необходимо умножить, как минимум, на 3 (лучше на 5) во избежание перегрузки стабилизатора или ИБП в момент включения устройства. Внесите эти коррективы в Ваши расчеты.

Итак, мощность подсчитана.

Однако учтем еще два момента.

В жизни практически не бывает случаев, когда одновременно работает абсолютно вся нагрузка. В самом деле, если Вы встречаете гостей, то вряд ли в это время стирается белье, днем освещение не включается и т. д. На практике существует такое понятие как "коэффициент одновременного включения". Таким образом, посчитанную величину можно уменьшить (т.е. умножить примерно на коэффициент 0,3-0,5).
С другой стороны недопустимо, чтобы работал в режиме полной загрузки. Для создания "щадящего" режима работы полученную в результате предыдущих расчетов мощность желательно увеличить примерно на 10-15%. Этим Вы увеличиваете срок службы техники, повышаете надежность и создаете себе резерв мощности для подключения нового оборудования.

Искомая цифра найдена. Теперь, основываясь на конкретных примерах, выберем ИБП.

Для облегчения задачи определения мощности можно привести таблицу с примерными данными потребления элетроэнергии бытовой техники.

Холодильник – до 1 кВт
Телевизор - 0,08 кВт
Стиральная машина - 1,5 кВт
Электрочайник - 2 кВт
Пылесос – 0,8 кВт
Утюг - 1 кВт
Микроволновая печь - 1 кВт
Освещение (лампы накаливания – 1 шт.) – 0,06 кВт.
Компьютеры и мониторы:

Мощность потребления современных мониторов CRT

15" 70-100 Вт
17" 90-110 Вт
19" 100-150 Вт
22" 110-180 Вт

Мощность потребления современных мониторов LCD

15" - 25-45 Вт
17" - 35-50 Вт
19" - 40-60 Вт

По мере своего развития цивилизация начинает потреблять все больше энергии, в частности, электрической станки, заводы, электронасосы, фонари на улицах, лампы в квартирах… Появление радио, телевизоров, телефонов, компьютеров дало человечеству возможность ускорить обмен информацией, однако, еще сильнее привязало его к источникам электроэнергии, поскольку теперь, во многих случаях, пропадание электричества равносильно потере канала доставки информационного потока. Наиболее критична такая ситуация для ряда наиболее современных отраслей, в частности, там, где основным инструментом производства являются компьютерные сети.

Давно подсчитано, что через пару-тройку месяцев работы стоимость информации, хранящейся на компьютере, превышает стоимость самого ПК. Уже давно информация стала разновидностью товара ее создают, оценивают, продают, покупают, накапливают, преобразуют… и порой теряют по самым разнообразным причинам. Разумеется, до половины проблем, связанных с потерей информации, возникает из-за программных или аппаратных сбоев компьютерами. Во всех остальных случаях, как правило, проблемы связаны с некачественным электроснабжением компьютера.

Обеспечение качественного питания компонентов ПК залог стабильной работы любой компьютерной системы. От формы и качественных характеристик сетевого питания, от удачного выбора компонентов питания порой зависит судьба целых месяцев работы. Исходя из этих соображений, была разработана изложенная ниже методика исследования, призванная в дальнейшем стать основой тестирования качественных характеристик бесперебойных блоков питания.

Положения ГОСТ
Классификация ИБП (описание, схема)
- Оффлайновые
- Линейно-интерактивные
- Онлайновые
- Основные типы по мощностям
Физика
- a. Виды мощности, формулы расчета:
  - Мгновенная
  - Активная
  - Реактивная
  - Полная
Тестирование:
- Цель тестирования
- Общий план проведения
- Параметры для проверки
Оборудование, использованное при тестировании
Библиография

Положения ГОСТ

Все, что связано с электрическими сетями, в России регламентируется положениями ГОСТ 13109-97 (принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации взамен ГОСТ 13109-87). Нормативы этого документа полностью соответствуют международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех.

Стандартными показателями для электросетей в России, установленными ГОСТ, являются следующие характеристики:

напряжение питания 220 В±10%
частота 50±1 Гц
коэффициент нелинейных искажений формы напряжения менее 8% в течение длительного времени и 12% кратковременно

Оговорены в документе и типичные проблемы электроснабжения. Чаще всего нам приходится сталкиваться со следующими из них:

Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие напряжения в сети на время более 40 секунд из-за нарушений в линиях подачи электроэнергии)
Проседания (кратковременное снижение напряжения в сети до величины менее 80% от номинального значения на время более 1 периода (1/50 секунды) являются следствием включения мощных нагрузок, внешне проявляется как мерцание ламп освещения) и всплески (кратковременные повышения напряжения в сети на величину более 110 % от номинального на время более 1 периода (1/50 секунды); появляются при отключении большой нагрузки, внешне проявляются как мерцание ламп освещения) напряжения разной продолжительности (характерно для больших городов)
Высокочастотный шум радиочастотные помехи электромагнитного или другого происхождения, результат работы мощных высокочастотных устройств, коммуникационных устройств
Отклонение частоты за пределы допустимых значений
Высоковольтные выбросы кратковременные импульсы напряжения величиной до 6000В и длительностью до 10 мс; появляются при грозах, как результат статического электричества, из-за искрения переключателей, внешних проявлений не имеют
Выбег частоты изменение частоты на 3 и более Гц от номинального (50 Гц), появляются при нестабильной работе источника электроэнергии, внешне могут и не проявляться.

Все эти факторы могут привести к выходу из строя достаточно «тонкой» электроники, и, как это часто бывает, к потере данных. Впрочем, люди давно научились защищаться: фильтры сетевого напряжения, «гасящие» скачки, дизель-генераторы, обеспечивающие подачу электроэнергии системам при пропадании напряжения в «глобальном масштабе», наконец, источники бесперебойного питания основной инструмент защиты персональных ПК, серверов, мини-АТС и др. Как раз о последней категории устройств и пойдет речь.
Классификация ИБП

«Разделять» ИБП можно по разным признакам, в частности, по мощности (или сфере применения) и по типу действия (архитектуре/устройству). Оба этих метода тесно связаны друг с другом. По мощности ИБП делятся на

Источники бесперебойного питания малой мощности (с полной мощностью 300, 450, 700, 1000, 1500 ВА, до 3000 ВА включая и on-line)
Малой и средней мощности (c полной мощностью 3–5 кВА)
Средней мощности (с полной мощностью 5–10 кВА)
Большой мощности (с полной мощностью 10–1000 кВА)

Исходя из принципа действия устройств, в литературе в настоящее время используется два типа классификации источников бесперебойного питания. Согласно первому типу, ИБП делятся на две категории: on-line и off-line , которые, в свою очередь, делятся на резервные и линейно-интерактивные .

Согласно второму типу, ИБП делятся на три категории: резервные (off-line или standby), линейно-интерактивные (line-interactive) и ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line).

Мы будем пользоваться вторым типом классификации.

Рассмотрим для начала разницу типов ИБП. Источники резервного типа выполнены по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей сети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Достоинством ИБП такого типа можно считать его простоту, недостатком ненулевое время переключения на питание от аккумуляторов (около 4 мс).

Линейно-интерактивные ИБП выполнены по схеме с коммутирующим устройством, дополненной стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками. Основное преимущество таких устройств защита нагрузки от повышенного или пониженного напряжения без перехода в аварийный режим. Недостатком таких устройств также является ненулевое (около 4 мс) время переключения на аккумуляторы.

ИБП с двойным преобразованием напряжения отличается тем, что в нем поступающее на вход переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и входу инвертора и питает его в аварийном режиме. Таким образом, достигается достаточно высокая стабильность выходного напряжения независимо от колебаний напряжения на входе. Кроме того, эффективно подавляются помехи и возмущения, которыми изобилует питающая сеть.

Практически, ИБП данного класса при подключении к сети переменного тока ведут себя как линейная нагрузка. Плюсом данной конструкции можно считать нулевое время переключения на питание от аккумуляторов, минусом снижение КПД за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.

Физика

Во всех справочниках по электротехнике различаются четыре вида мощности: мгновенная , активная , реактивная и полная . Мгновенная мощность вычисляется как произведение мгновенного значения напряжения и мгновенного значения тока для произвольно выбранного момента времени, то есть

Так как в цепи с сопротивлением r u=ir, то

Средняя за период мощность P рассматриваемой цепи равна постоянной слагающей мгновенной мощности

Среднюю за период мощность переменного тока называют активной . Единица активной мощности вольт-ампер называется ватт (Вт).

Соответственно и сопротивление r называют активным. Так как U=Ir, то

Обычно именно активную мощность понимают под потребляемой мощностью устройства.

Реактивная мощность величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока и напряжения на синус угла сдвига фазы между ними.

Полная мощность потребляемая нагрузкой суммарная мощность (учитываются как активная, так и реактивная ее составляющие). Вычисляется как произведение среднеквадратичных значений входного тока и напряжения. Единица измерения ВА (вольт-ампер). Для синусоидального тока равна

Практически на любом электрическом приборе находится этикетка с указанием либо полной мощности устройства, либо активной мощности.
Тестирование

Основная цель тестирования продемонстрировать поведение тестируемых ИБП в реальных условиях, дать представление о дополнительных характеристиках, которые не находят отражения в общей документации на устройства, на практике определить влияние различных факторов на работу ИБП и, возможно, помочь определиться с выбором того или иного источника бесперебойного питания.

Несмотря на то, что рекомендаций по выбору ИБП в настоящее время существует великое множество, в ходе тестирования мы рассчитываем, во-первых, рассмотреть ряд дополнительных параметров, которыми стоит поинтересоваться перед покупкой оборудования, во-вторых, по необходимости скорректировать набор выбранных методов и параметров тестирования и выработать базу для будущего анализа всего тракта питания систем.

Общий план проведения тестирования выглядит следующим образом:

Указание класса устройства
Указание заявленных производителем характеристик
Описание комплектности поставки (наличие руководства, дополнительных шнуров, ПО)
Краткое описание внешнего вида ИБП (функции, вынесенные на контрольную панель и перечень разъемов)
Тип аккумуляторов (с указанием емкости аккумуляторов, обслуживаемые/необслуживаемые, наименование, возможно взаимозаменяемость, возможность подключения дополнительных аккумуляторных блоков)
«Энергетическая» составляющая тестов

В процессе тестирования планируется проверить следующие параметры:

Диапазон входного напряжения, при котором ИБП работает от сети, не переключаясь на аккумуляторы. Больший диапазон входного напряжения уменьшает количество переходов ИБП на батарею и увеличивает срок ее службы
Время переключения на питание от аккумулятора. Чем меньше время переключения, тем меньше риск выхода из строя нагрузки (устройства, подключенного через ИБП). Длительность и характер процесса переключения во многом определяют возможность нормального продолжения работы оборудования. Для компьютерной нагрузки допустимое время прерывания питания 20-40 мс.
Осциллограмма переключения на аккумулятор
Время переключения с аккумулятора на внешнее питание
Осциллограмма переключения с аккумулятора на внешнее питание
Время работы в автономном режиме. Этот параметр определяется исключительно емкостью батарей, установленных в ИБП, которая, в свою очередь, увеличивается при росте максимальной выходной мощности ИБП. Для обеспечения автономным питанием двух современных компьютеров SOHO типичной конфигурации в течение 15-20 мин, максимальная выходная мощность ИБП должна быть порядка 600-700 ВА.
Параметры выходного напряжения при работе от батарей
Форма импульса в начале разряда аккумулятора
Форма импульса в конце разряда аккумулятора
Диапазон выходного напряжения ИБП при изменении входного напряжения. Чем этот диапазон уже, тем меньше влияние изменения входного напряжения на питаемую нагрузку
Стабилизация выходного напряжения
Фильтрация выходного напряжения (если она есть)
Поведение ИБП при перегрузке на выходе
Поведение ИБП при пропадании нагрузки
Вычисление КПД ИБП. Определяется как отношение выходной мощности устройства к потребляемой мощности от источника питания
Коэффициент нелинейных искажений, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от синусоидальной
- 0% синусоида
- 3% искажения не заметны на глаз
- 5% искажения заметны глазом
- до 21% трапецеидальная или ступенчатая форма сигнала
- 43% сигнал имеет прямоугольную форму

Оборудование

При тестировании мы будем пользоваться не реальными рабочими станциями и серверами, а эквивалентными нагрузками, которые имеют стабильный характер потребления и коэффициент использования мощности, близкий к 1. В качестве основного оборудования, которое будет использоваться при проведении тестирований, в настоящее время рассматривается следующий комплект:

Библиография

ГОСТ 721-77 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В
ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения
ГОСТ 21128-83 Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В
ГОСТ 30372-95 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения
Теоретическая электротехника, изд. 9-е, исправленное, М.-Л., издательство "Энергия", 1965
Рекламные материалы компании
Интернет-ресурс

Источник бесперебойного питания - важный элемент при построении сложных систем, которым необходима непрерывная работа и гарантия безопасности оборудования от возможных проблем в электросети. Сейчас на рынке представлено множество разнообразной продукции разных категорий цены, качества и географии производства. Определиться трудно, тем более если за плечами нет необходимого опыта. Финансы подсказывают, что подходить к вопросу выбора стоит с оглядкой на собственный бюджет. Поэтому, прежде чем вкладывать средства в приобретение источника бесперебойного питания, следует ответить на несколько важных вопросов:

Насколько ответственное оборудование вы собираетесь защищать?
Какое время автономной работы оборудования в случае пропадания напряжения будет оптимальным?

Чтобы ответить на поставленные выше вопросы, необходимо детально вникнуть в классы представленных сегодня на рынке источников бесперебойного питания. А также определиться с основными критериями, которые необходимо учесть, чтобы сделать взвешенный выбор.

Классы ИБП

Все разнообразие современных источников бесперебойного питания, представленное сегодня на рынке, можно разделить на несколько классов, отличающихся друг от друга схематикой, а также поведением как в режиме нормальной работы, так и работы от аккумуляторов.

Выделяют:

Резервные или (BackUp),
Линейно-интерактивные ИБП (),
ИБП с двойным преобразованием ( , double-conversion).

Самыми простыми и неприхотливыми считаются . При работе сети в нормальном режиме электричество поступает на вход ИБП и, проходя через него, подается на основную нагрузку. В случае же потерь и перепадов напряжения в сети, "бесперебойник" автоматически переключается на аккумулятор. Основные недостатки такой схемы заключаются в том, что переключение питания ИБП на аккумуляторы занимает от 4 до 10 миллисекунд. При работе же в режиме питания от аккумулятора, на выходе ИБП выдается не привычный для сети синус, а аппроксимированный синус.

Источник бесперебойного питания со встроенными аккумуляторами будет верным решением, когда при проблемах с напряжением в сети важно лишь корректное завершение работы оборудования, занимающее от 5 до 10 минут.

При необходимости большего времени работы оборудования, нужно рассчитать необходимый ток разряда батарей. Сделать это можно следующим образом:

Из всего вышесказанного становится ясно, что при выборе источника бесперебойного питания необходимо учесть множество как технических, так и чисто физических нюансов, определяющихся как конкретным месторасположением ИБП и оборудования подключаемого к нему, так и рядом других факторов.

Для облегчения расчетов при выборе ИБП, на компании НАГ есть удобный инструмент - , при помощи которого можно определить все необходимые параметры.

Источник бесперебойного электропитания (ИБП) - это автоматическое устройство, основная функция которого - питание подключенной нагрузки за счёт энергии аккумуляторных батарей при пропадании сетевого напряжения или выхода его параметров (напряжение, частота) за допустимые пределы. Кроме этого, некоторые ИБП могут корректировать параметры электропитания при работе от электрической сети, т.е. выполнять функции фильтра и стабилизатора.

В данной статье выбор ИБП иллюстрируется на примере продукции компании APC (American Power Conversion), основанной в 1981 году тремя инженерами-электротехниками, закончившими Массачусетский технологический институт (MIT).
Первый ИБП был выпущен компанией в 1984 году, а с 2007 г. APC является подразделением корпорации Schneider Electric и в настоящее время является лидером рынка систем бесперебойного электропитания и обладателем многочисленных наград.

В начале 2010 года компания APC выпустила обновленную модель серии RS - Back-UPS RS 550 () Данное устройство обладает новой интересной функцией энергосбережения. Она реализована в виде "зависимых" выходных розеток UPS, которые обесточиваюся, если вы выключаете компьютер, подключенный к "основным" розеткам устройства.
Таким образом можно экономить энергию, автоматически отключая оборудование типа хабов, модемов, роутеров и прочей периферии, обычно ненужной при неработающем компьютере. Еще одним важным новшеством, делающим использование UPS более удобным, является наличие жидкокристаллического дисплея, отображающего развернутую информацию о состоянии ИБП и электросети.

Для справки: В Российской Федерации стандарт бытового электропитания следующий: действующее напряжение - 220 В ± 10%, частота 50 Гц ± 1%, коэффициент несинусоидальности - длительно до 8%, кратковременно до 12%. Таким образом, напряжение в сети должно менять свое значение по синусоиде с периодом 1/49 - 1/51 сек, находиться в пределах 196 В - 242 В и отличаться по форме от идеальной синусоиды не более чем на 8%.

Мощность источников бесперебойного питания указывается в вольт-амперах (VA), а мощность в более привычных в ваттах (Вт) можно узнать, умножив мощность в вольт-амперах на коэффициент 0,6. Например, ИБП с характеристикой мощности 700VA защитит бесперебойным питанием технику с максимальным потреблением 420 Вт.

Рассчитать мощность подключенной нагрузки можно, просуммировав мощность всех подключенных к ИБП потребителей, для персональных компьютеров эта мощность всегда меньше, чем номинальная мощность их блоков питания (как правило - в полтора-два раза) и зависит от особенностей конкретной конфигурации, ориентировочно её можно рассчитать, например, воспользовавшись .
Пример: системный блок компьютера с блоком питания номиналом 350Ватт потребляет 250 Вт + монитор 45Вт = 295 Вт, разделив эту цифру на 0.6, получаем 491VA, т.е. для такой конфигурации минимально подходящая мощность ИБП - 500VA.

Предположительное время работы ИБП при заданном уровне нагрузки проще всего выяснить, посмотрев документацию предоставленную производителем. В данной статье далее приводятся ссылки на диаграммы времени работы всех упоминаемых семейств ИБП APC. Обычно для максимальной нагрузки время автономной работы измеряется несколькими минутами, что, как правило достаточно для сохранения пользовательских данных и корректного выключения оборудования.

Помните также, что зависимость времени автономной работы от мощности подключенной нагрузки имеет нелинейную форму из-за падения КПД преобразователя при снижении нагрузки относительно номинальной, например, для ИБП серии BackES эта зависимость имеет вид, приведённый на графике слева. Понимание этого факта избавит вас от покупки слишком мощного ИБП в целях обеспечения длительной работы подключенного оборудования - подобная затея вряд ли кончится успешно, так как при работе от батарей на мощности, в разы меньшей чем номинальная для ИБП, их ресурс будет преимущественно расходоваться инвертором, а не нагрузкой.

Ещё одним фактором, снижающим время автономной работы ИБП, является падение ёмкости аккумуляторных батарей. Ёмкость аккумуляторных батарей падает в течении срока эксплуатации, об этом необходимо помнить, если аккумуляторы в данном ИБП эксплуатируются существенную часть их жизненного цикла (обычно он составляет от двух до четырёх лет).