Что значит линейно интерактивный ибп
Типы источников бесперебойного питания (ИБП)
ИБП делятся на три основных класса: Off-line (или stand-by), Line-interactive и On-line. Эти устройства имеют различные конструкции и характеристики и соответственно различное применение.
Термины
Входное напряжение, вход – напряжение в электрической сети, розетка. Напряжение в эклектической сети подвержено различным скачкам, перепадам и пропаданием напряжения.
Нагрузка, потребитель – устройство, которое питается от источника бесперебойного питания.
Фильтр – часть схемы, блок, который сглаживает скачки и перепады напряжения электрического тока.
Инвертор – блок ИБП, который преобразует постоянное напряжение в переменное или наоборот. Необходимость данного блока состоит в том, что аккумуляторные батареи заряжаются и выдают только постоянный ток, а нагрузка питается от переменного тока в 50 Гц.
АКБ, аккумулятор, батарея – как правило, свинцово-кислотная аккумуляторная батарея или блок из нескольких батарей.
ИБП класса Off-line (Standby, back ups)
При работе в нормальном режиме нагрузка питается входным напряжением, отфильтрованным от помех EMI/RFI Noise фильтром на входе. Батареи заряжаются от входного напряжения схемой зарядки.
Если входное напряжение пропадает, то ИБП переходит в режим работы от АКБ, включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Инвертор преобразует постоянное напряжение батарей в переменное и подает питание на нагрузку. Достаточно часто, ради удешевления конструкции в ИБП этого класса ставят инверторы прямоугольных сигналов, что дает на выходе напряжение далеко не синусоидальной формы.
Применение
Для защиты домашних ПК и офисного компьютерного оборудования от кратковременного отключения электричества.
ИБП класса Line-interactive (Линейно-интерактивные, Smart-UPS)
Линейно-интерактивный ИБП – это источник бесперебойного питания, выполненный по схеме Off-Line и дополненной автоматическим регулятором напряжения (AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором). Основное преимущество этого типа ИБП по сравнению с предыдущим заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети без перехода в режим питания от АКБ. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей.
В ИБП данного типа применяется инверторы двух типов: с аппроксимированной синусоидой (НЧ ШИМ) и полностью синусоидальным (ВЧ ШИМ) выходным напряжением. Первые могут применяться для защиты устройств с импульсными источниками питания, включая компьютерное оборудование. Вторые подходят для защиты устройств, чувствительных к форме входного напряжения – электромоторов, насосов, газовых котлов.
Применение
Для защиты компьютеров, сетевого, телекоммуникационного и другого оборудования.
ИБП класса On-Line (С двойным преобразованием, Smart-UPS Online)
Поступающее на вход On-Line ИБП переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Поскольку аккумуляторные батареи всегда подключены к инвертору, нет необходимости в переключении с внешней сети на АКБ, время переключения всегда равна нулю. Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети.
К недостаткам схемы On-Line относятся ее сравнительная сложность и более высокая стоимость. За счет двойного преобразования, On-Line ИБП страдают невысоким КПД и требуют дополнительного охлаждения.
Применение
Серверы, рабочие станции, центры обработки данных, прочее вычислительное и телекоммуникационное оборудование, требующее качественное электропитание.
Линейно-интерактивный ИБП — что это, принцип работы
Каждому, кто хоть раз столкнулся с проблемой выхода из строя офисной или домашней техники, дается рекомендация приобрести источник бесперебойного питания. Зачастую специалисты советуют оснастить дом или офис устройствами line-interactive. В этой статье мы подробно опишем устройство и функционал такого необходимого прибора как линейно интерактивный ибп и попытаемся разъяснить что это. Также мы поясним, какие еще бывают виды ИБП и их отличия от устройств рассматриваемой категории.
Линейно-интерактивный ИБП — описание
Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания — устройства для стабилизации напряжения, которые регулируют уровень напряжения на входе, сглаживая его перепады и перебой в питании и обеспечивая тем самым стабильную работу подключенных к ИБП устройств.
Эта категория ИБП по состоянию на май 2020 года считается оптимальной по соотношению стоимости и качества выполняемых функций. Они прекрасно подходят для домашнего использования, офисов, подключения оборудования, не требующего максимально стабильного напряжения на выходе.
Линейно-интерактивные ИБП выступают промежуточным звеном между простейшими резервными и дорогостоящими современными онлайн-устройствами. Грамотно подобранная мощность бесперебойников этого типа обеспечивает максимальный эффект при минимальных затратах средств на приобретение и обслуживание.
Конструкция ИБП
Линейные ИБП устроены аналогично резервным, но имеют более сложную конструкцию. Стандартная схема резервного ИБП с коммутирующим устройством дополнена стабилизатором, который автоматически регулирует напряжение.
Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания имеют несколько синонимов: линейный ИБП, бесперебойник line-interactive и т.д. Все эти слова обозначают одно и то же оборудование.
Рассмотрим три основных элемента конструкции.
К оммутирующее устройство
Этот элемент конструкции бесперебойника обеспечивает переключение режимов работы между внешней электросетью и аккумуляторами. В линейно-интерактивных устройствах коммутирующее устройство дополняется стабилизатором напряжения на входе.
Р егулятор напряжения
Один из основных элементов ИБП линейно-интерактивного типа. Может быть как повышающим с несколькими ступенями, так и универсальным (работать и на повышение, и на понижение подаваемого напряжения). Задача стабилизатора заключается в реализации схемы, устойчивой к длительным изменениям напряжения в сети. Это позволяет решить основную проблему, свойственную российским электросетям.
А втотрансформатор
В устройстве ИБП не предусмотрена гальваническая развязка между входом и выходом. Ее функции выполняют входной и выходной изолирующие трансформаторы.
В качестве источников питания в автономном режиме в большинстве случаев выступают блоки аккумуляторов. Они являются наиболее предпочтительными ввиду надежности, стоимости и высокого ресурса. Однако на рынке представлены и модели с топливными ячейками на основе водорода.
Принцип работы
С хема преобразования
Стандартный рабочий режим line-interactive ИБП аналогичен схеме функционирования резервных устройств и предусматривает параллельное подключение напрямую от сети. Входящее напряжение переменного тока проходит простейшую фильтрацию. Встроенный микропроцессор фиксирует отклонения, передавая информацию дополнительным компонентам ИБП. Таким образом, электромагнитные помехи и высоковольтные импульсы устраняются пассивными фильтрами. Дополнительно вход оснащен ступенчатым стабилизатором напряжения либо универсальным регулятором, основанными на работе автотрансформатора. Именно они сглаживают перепады и обеспечивают регулируемое напряжение на выходе.
Особенности работы устройства
Особенность работы интерактивных ИБП заключается в возможности функционирования в двух режимах:
В зависимости от схемы построения, напряжение инверторами может выдаваться в форме либо «ступенчатой», либо правильной синусоиды. Первый тип устройств стоит дешевле, он превосходно стабилизирует сигнал при питании от сети. В автономном режиме получить чистую синусоиду не удается. Вторая категория более дорогостоящая, однако выдают правильную синусоиду независимо от источника питания.
Преимуществ а ИБП line interactive
Линейно-интерактивные источники бесперебойного питания имеют несколько существенных особенностей по сравнению с другими видами оборудования:
Недостатки линейно-интерактивного ИБП
Несмотря на все преимущества, более современные типы ИБП (онлайн-бесперебойники) превосходят устройства line-interactive. В отличие от них рассматриваемая категория имеет следующие недостатки:
Можно отметить прямую зависимость между стоимостью оборудования и осцилограммой: дешевые схемы с классическим крупным трансформатором вместо инверторов неспособны обеспечить ровную синусоиду переменного тока.
Отличие от других видов ИБП
Основн ые различия ИБП line interactive от приборов резервного типа заключаются в следующем:
От онлайн-ИБП (с двойным преобразованием) линейно-интерактивные бесперебойники отличают:
Таким образом, линейные источники бесперебойного питания выступают оптимальным решением для обеспечения стабильной работы оборудования, не предъявляющего высоких требований к качеству питания.
При этом они максимально надежны, имеют невысокую стоимость, просты в обслуживании. Невысокая стоимость и продолжительй срок эксплуатации делают их более востребованными, чем резервные источники питания. Однако в случае обеспечить электроснабжение чувствительных к перепадам напряжения приборов и устройств лучше приобрести онлайн-бесперебойники, работа которых не предусматривает промежутка времени для переключения в автономный режим.
Как выбрать источник бесперебойного питания
Сколь бы надежен не был ваш поставщик электропитания, броски напряжения иногда случаются на любых линиях. Каждый пользователь ПК хоть раз, да сталкивался с внезапной перезагрузкой или отключением компьютера из-за неполадок на питающей линии. И компьютеры – не единственный вид техники, требующий бесперебойного электропитания.
Продолжительное отключение электропитания может привести к заморозке системы отопления частного дома. ИБП с подключаемыми аккумуляторами способен «продержать на плаву» циркуляционный насос и электронику котла в течение нескольких часов, и стоить такой ИБП будет намного дешевле, чем генератор с автозапуском.
Роутер, подключенный к ИБП, позволит оставаться «онлайн» и при отсутствии электропитания. Потребляет роутер совсем немного и емкости аккумулятора даже недорогого «бесперебойника» хватит на пару-тройку часов его работы.
Серверам и внешним дисковым накопителям бесперебойное питание совершенно необходимо – внезапное отключение электричества может привести к потере данных.
И вообще, наличия ИБП требует любая автоматика, сбой в работе которой может привести к серьезным последствиям – медицинское и технологическое оборудование, системы пожарной и охранной сигнализации и т.д. Но параметры электропитания у разных видов техники разные, поэтому и ИБП для них потребуется с различными характеристиками.
Характеристики источников бесперебойного питания.
Вид устройства.
Резервный ИБП имеет наиболее простую конструкцию. Электроника источника следит за уровнем входного напряжения, и, при его выходе за установленные рамки (обычно +10% от номинала), переключается на питание от аккумулятора.
Кроме того, переключение на аккумулятор занимает некоторое время, что может быть критичным для некоторых видов техники. Например, для импульсных блоков питания с активным корректором мощности (APFC), которым оснащено большинство таких БП мощностью более 400 Вт. При подборе ИБП для компьютеров, специальной аппаратуры, аудио- и видеотехники с подобными блоками питания следует оставлять большой запас по мощности, либо выбирать ИБП другого вида.
Линейно-интерактивный ИБП, фактически, состоит из резервного ИБП и стабилизатора. При наличии в сети пониженного или повышенного напряжения, автоматический регулятор напряжения (AVR) стабилизирует его, а на аккумулятор ИБП переключается только при настолько большом отклонении напряжения от нормального, что стабилизировать его уже невозможно.
Линейно-интерактивные ИБП немного дороже резервных, но для бытового применения именно этот вид является оптимальным. Единственный случай, когда ему следует предпочесть резервный – когда в вашей сети стабильно пониженное напряжение, подходящее, однако, для защищаемого электроприбора. Резервный ИБП просто пропустит это напряжение в компьютер, а линейно-интерактивный будет его повышать до нормального. Но продолжительная работа в таком режиме может сильно сократить ресурс AVR (особенно на недорогих «бесперебойниках»).
Недостаток, связанный с кратковременным отсутствием питания во время переключения на аккумулятор у линейно-интерактивных ИБП также присутствует.
Устройства с двойным преобразованием (on-line) обеспечивают наилучшее качество электропитания. У ИБП этого вида аккумулятор подключен к цепи питания постоянно, поэтому провалы напряжения в момент перехода на автономное питание отсутствуют. Входной ток выпрямляется, его напряжение понижается до напряжения аккумулятора, после чего инвертор преобразует его в переменный 230 В /50 Гц.
Такие ИБП стоят заметно дороже остальных видов, зато выдают стабильную частоту, напряжение и форму синусоиды при любых помехах на входной линии питания.
Выходная мощность (ВА) стабилизатора определяет максимальную суммарную полную мощность подключенных к нему электроприборов. Однако следует иметь в виду, что приведенное в паспорте на электроприбор значение в Ваттах – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.
Многие подключаемые к ИБП электроприборы создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку, и полная выходная мощность ИБП должна подбираться с её учётом. Для определения полной мощности электроприбора следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:
Поскольку чаще всего ИБП используется для защиты ПК, часто возникает вопрос: какую мощность имеет компьютер? Самый точный способ определения мощности – расчет на основе замера потребляемого им тока. Проще и безопаснее всего это сделать с помощью токовых клещей и самодельного удлинителя с раздельными проводниками.
Измерение тока с помощью мультиметра связано с опасностью поражения электрическим током и делать это, не обладая соответствующими навыками, небезопасно.
Измерение следует производить, дав на процессор и видеокарту максимальную нагрузку – это можно сделать с помощью требовательной к ресурсам игры или с помощью специальных программ (например, OCCT в режиме power supply). Измеренное значение умножается на величину напряжения в сети – это и будет искомая полная мощность (ВА) компьютера.
Простой, но грубый способ – взять максимальную мощность блока питания (в Ваттах), обычно приведенную на корпусе БП и поделить на коэффициент мощности. Реальная мощность компьютера, скорее всего, будет ниже, но уж точно не выше.
К примеру, для защиты компьютера с блоком питания без PFC мощностью 300 Вт и монитором мощностью 50 Вт потребуется ИБП с входной мощностью (ВА) 300/0,65+50/0,8 = 524 ВА. Поскольку реальная мощность системного блока, скорее всего, ниже 300 Вт, ИБП на 500 ВА могло бы и хватить для этого компьютера. Однако с учетом того, что пусковые токи (неизбежные при переключении на аккумулятор) могут превышать номинальные вдвое, выбор ИБП на 750 или 1000 ВА представляется более оправданным.
Следует также отметить, что недорогие ИБП часто характеризуются слабой перегрузочной способностью и не могут выдерживать высокие токи даже очень непродолжительное время (менее 100 мс). Поэтому при покупке недорогого ИБП необходимо следить, чтобы пиковая мощность нагрузки не превышала выходную мощность «бесперебойника».
Если определение полной выходной мощности (ВА) представляется слишком сложным, можно подобрать ИБП по активной выходной мощности (Вт) – обычно этот параметр тоже приводится в паспорте ИБП.
Однако большинство производителей при указании активной выходной мощности ориентируются на cos(φ) = 0,6-0,7, подходящий только при использовании ИБП для защиты компьютеров с блоками питания без PFC.
Коэффициент мощности многой другой техники выше, и, подбирая ИБП по активной мощности в ваттах, вы рискуете переплатить, выбрав ИБП более мощный, чем вам действительно необходимо.
Тип формы напряжения может быть важен для некоторых видов техники. В электродвигателях, трансформаторах, катушках индуктивности «ступенчатая» форма питающего тока приводит к дополнительным нагрузкам – это может проявляться изменением звука работы, увеличенным нагревом обмоток и ускоренным износом. Проблемы могут возникнуть с некоторыми моделями аудио- и видеотехники, измерительными приборами и медицинской техникой.
Импульсные блоки питания к форме напряжения невосприимчивы – ступенчатая аппроксимация синусоиды подходит для любых компьютеров. Проблемы, возникающие на современных блоках питания с активным корректором мощности (APFC) чаще всего связаны не с формой сигнала, а с недостатком запаса по мощности и низкой перегрузочной способностью ИБП. При переключении на аккумулятор и падении входного напряжения, APFC резко увеличивает потребляемый ток, при этом нарастание потребления происходит так быстро, что ИБП часто отключается защитным автоматом (токовым реле), при том, что контроллер даже не успевает «заметить» перегрузку.
Однако, некоторые блоки питания с APFC плохо работают при ступенчатой синусоиде – корректор успевает среагировать на горизонтальную «ступеньку» как на пониженное напряжение, увеличивает ток потребления и перегружает ИБП, приводя к срабатыванию его защиты и отключению. И, хотя многие БП с APFC прекрасно «уживаются» со ступенчатой синусоидой, чтобы не оказаться в ситуации, когда ПК откажется работать с «бесперебойником», следует либо убедиться в их совместимости перед покупкой, либо выбирать ИБП подороже: с «чистой» синусоидой и запасом по мощности, либо ориентироваться на устройство с двойным преобразованием. В последнем случае чрезмерный запас по мощности не нужен, а синусоида у таких устройств и так «чистая».
Тип выходных разъемов питания на современных ИБП может быть различным. Старые ИБП все имели выходные разъемы стандарта IEC 320 C13 («компьютерные») для подключения питающих кабелей системного блока и монитора.
Некоторые специализированные ИБП, предназначенные для создания линий бесперебойного электропитания, оснащаются клеммами для удобства прямого подключения линейных проводов.
Удобно, если ИБП имеет какой-нибудь интерфейс, по которому он может «сообщить» работающему на ПК приложению о пропадании напряжения. Это позволит сохранить все открытые документы, записать на диск данные из буфера и корректно завершить работу компьютера в автоматическом режиме, даже если оператора поблизости нет. Особенно это важно для серверов: сбой сервера – вещь неприятная, но она может стать еще неприятнее, если «испортятся» хранящиеся на нём данные из-за некорректного завершения работы. ИБП с интерфейсом USB или RS-232 подключается интерфейсным кабелем непосредственно к защищаемому компьютеру, на котором должно быть запущено соответствующее ПО.
Функция «холодного старта» позволяет осуществить запуск подключенных к ИБП электроприборов при отсутствии питающего напряжения. Холодный старт позволяет использовать ИБП как автономный источник питания для маломощной нагрузки.
Время автономной работы зависит от емкости установленных аккумуляторов и суммарной мощности подключенных потребителей. Производителем обычно указывается продолжительность автономной работы при определенной мощности нагрузки. Но зачастую мощность нагрузки сильно отличается от приведенной производителем. В этом случае следует иметь в виду, что емкость аккумулятора сильно зависит от тока разряда. При быстрой разрядке (5-10 минут) аккумулятор выдает всего 20-30% от номинальной емкости.
Так, если производителем приводится время автономной нагрузки в 5 минут при нагрузке 200 Вт, то при вдесятеро меньшей нагрузке (20 Вт) время автономной работы будет не 50 минут, а около двух часов, потому что емкость при разряде такой продолжительности будет примерно вдвое больше. Максимальная (100%) емкость аккумуляторной батареи достигается при продолжительности разряда в 20 часов и более, это следует учитывать, если предполагается длительная работа оборудования от ИБП.
«Бесперебойники», рассчитанные на продолжительную автономную работу, часто имеют возможность подключения дополнительных батарей. Это позволяет набрать емкость, необходимую для поддержания работы потребителей в течение необходимого времени.
Варианты выбора источников бесперебойного питания.
Для защиты от кратковременных падений напряжения маломощных потребителей (роутеров, модемов, точек доступа) предназначены ИБП с «евророзетками» мощностью до 400 ВА.
ИБП мощностью 500-1000 ВА сможет «поддержать на плаву» простой офисный компьютер в течение времени, достаточного для сохранения всех открытых документов.
ИБП с «холодным стартом» способен обеспечить автономное питание электроприборов в условиях полного отсутствия питающей сети.
Если вам важно стабильное электропитание на выходе «бесперебойника» по минимальной цене, выбирайте среди линейно-интерактивных ИБП.
ИБП с двойным преобразованием гарантируют высокое качество питающего напряжения и обеспечивают полное отсутствие переходных процессов при пропадании внешнего питания.