ИБП: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
Источник бесперебойного питания (ИБП) (англ. Uninterruptible Power Supply (UPS) – это автоматическое электронное устройство, использующее для аварийного питания нагрузки и её компонентов энергию встроенных в него аккумуляторных батарей с целью корректного завершения работы и сохранения данных в случае резкого падения или отсутствия входного питающего напряжения системы. Основной задачей ИБП является обеспечение бесперебойной работы подключенного к ИБП оборудования, критичного к наличию питания с нормальными параметрами электропитающей сети (компьютеров, схем управления отопительными котлами и т. п.), в течение определенного времени (от нескольких минут до нескольких часов) в зависимости от его мощности и емкости батарейного комплекта. Этого времени достаточно либо для устранения неполадок в линии электропередачи, либо для штатного отключения нагрузки. ИБП способен также корректировать параметры (напряжение, частоту) выходной сети.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИБП
Основными характеристиками ИБП являются:
• выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт);
• выходное напряжение (измеряется в вольтах, В);
• время переключения, то есть время перехода ИБП на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, мс);
• время автономной работы, которое определяется ёмкостью батарей и мощностью подключённого к ИБП оборудования;
• ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, В);
• срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно свинцовые аккумуляторные батареи в значительной мере теряют свою ёмкость уже через 3 года).
Сегодня ИБП является обязательным атрибутом современных компьютерных систем, устройств промышленной автоматики и управления производственными процессами, приборов измерительной техники, оборудования связи и пр. Для удовлетворения требований разнообразных потребителей существуют большой выбор ИБП различной мощности и различной топологии. Международная классификация ИБП определена стандартом IEC 62040-3 (1999-03): Uninterruptible Power Systems (UPS) – Part 3: Method of specifying the performance and test requirements). Согласно этому стандарту ИБП по топологии делятся на три типа:
• ИБП резервного типа (Off-Line / Passive Standby);
• Линейно-интерактивные ИБП (Line Interactive);
• ИБП с двойным преобразованием напряжения (Double Conversion/ On-Line).

ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)
Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в автономном — переводит ее на питание от аккумуляторных батарей. Такие ИБП служат для резервирования источника основного электроснабжения (электросети) в случае аварии (отключения или понижения/повышения напряжения выше/ниже установленной величины). Достоинством ИБП резервного типа является его простота, небольшие размеры и невысокая стоимость, а недостатком — ненулевое время переключения (~4–10 мс) на батареи и более интенсивная эксплуатация аккумуляторов, так как устройство переходит в автономный режим при любых неполадках в электросети.
ИБП резервного типа, как правило, имеют небольшую мощность и применяются для обеспечения бесперебойного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в районах с хорошим качеством электрической сети.

Off-Line/(Standby) (нормальный режим работы)

Off-Line/(Standby) (автономный режим работы)

В целом ИБП этого класса можно характеризовать как компромисс между приемлемым уровнем защиты от неполадок в электросети и ценой. Мощность выпускаемых устройств колеблется от 200 до 2000 ВА.

Линейно-интерактивные ИБП (Line-Interactive)
В линейно-интерактивных ИБП, по сравнению с Off-Line, дополнительно установлен автоматический регулятор напряжения (англ. automatic voltage regulator, AVR) на основе автотрансформатора с переключаемыми обмотками (ступенчатым стабилизатором). AVR применяется в ИБП для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения (при пониженном входном напряжении) или понижения (при повышенном входном напряжении). AVR расширяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивается нормальное питание нагрузки без перехода в режим работы от батареи.

Нормальный режим (normal)

Режим повышения (boost)

Режим понижения (buck)

По принципу работы линейно-интерактивные ИБП схожи с резервными ИБП – они также служат для резервирования основного источника электроснабжения, отфильтровывая небольшие всплески напряжения и сглаживая помехи. Вместе с тем эти приборы имеют ряд существенных различий. Так, например, инвертор линейно-интерактивного ИБП включен параллельно электросети и работает в двустороннем режиме: осуществляет мониторинг линии электропитания и в определенных пределах обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного напряжения, а также производит заряд батарей.
Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети без перехода в автономный режим. В итоге продлевается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы также является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.
По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное положение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но дорогостоящими ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line). Линейно-интерактивные ИБП широко применяются для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, узлов локальных вычислительных сетей и другого оборудования.

ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)
ИБП с двойным преобразованием (double conversion), которые часто называют онлайновыми (On-Line), работают по другому принципу. Они преобразуют поступающее на вход переменное напряжение в постоянное (эту задачу выполняет выпрямитель), а затем постоянное напряжение снова преобразуют в переменное (инвертор). Такое двойное преобразование позволяет практически полностью оградить нагрузку от любых неполадок и искажений во внешней сети. Как и в двух других типах ИБП, аккумуляторная батарея включается в работу только в автономном режиме, но она постоянно подключена ко входу инвертора, в результате обеспечивается практически нулевое время переключения. Схема On-Line обеспечивает идеальное выходное напряжение при любых неполадках в электросети. Она характеризуется нулевым временем переключения из нормального режима между источником (выпрямителем) и нагрузкой.
Оборотной стороной почти «идеальной» защиты, гарантируемой онлайновыми ИБП, являются их высокая сложность, стоимость и более низкий КПД (электроэнергия преобразуется два раза). Как правило, онлайновые источники применяются для защиты таких устройств, как файловые серверы и телекоммуникационное оборудование.
ИБП данного класса обеспечивают самую надежную защиту подключенного оборудования от неполадок в электросети, что компенсирует затраты на его приобретение и установку. Диапазон мощностей выпускаемых устройств очень широк – от 600 ВА до нескольких сотен киловольт-ампер.

ВЫБОР ИБП
В последнее время ИБП все чаще используют для защиты не только компьютерного, но и другого электронного оборудования: это могут быть телевизоры, системы домашних кинотеатров, дорогостоящие акустические системы и т. п.
Еще одна сфера применения ИБП – защита и автономное питание устройств охранно-пожарной сигнализации, систем видеонаблюдения и других устройств, установленных на удаленном объекте, например, в загородном доме. Если рассматривать газовые системы отопления таких домов, их важнейший элемент – система электронного управления на базе микроконтроллеров. Потребляет такая система немного (около 100 Вт, включая циркуляционный насос), но в случае отключения электроэнергии отключится и система отопления. Помочь в такой ситуации могут ИБП с длительным временем автономной работы, которые оборудованы зарядным устройством для работы с внешними аккумуляторными батареями. Важным критерием при выборе любого типа продукта является его цена. Что касается ИБП, то в любом случае они стоят значительно дешевле, чем аппаратура, для защиты которой они приобретаются. Поэтому можно с уверенностью утверждать: это приобретение вполне оправданно и быстро окупит себя.
При выборе ИБП нужно обязательно учесть три основных параметра:
Первый – это мощность нагрузки, подключаемой к ИБП. Мы все привыкли считать, что мощность измеряется в ваттах (Вт). Однако выходную мощность ИБП чаще указывают в вольт-амперах (ВА). Так вот, в вольт-амперах выражается полная мощность ИБП, которая вычисляется как произведение среднеквадратичных значений тока и напряжения. Однако часть этой мощности расходуется на «полезную деятельность» (электрическую, световую, механическую, тепловую или какую-либо еще), а часть «оседает» в реактивных компонентах аппаратуры (реактивная мощность характеризует потери, созданные реактивными элементами в цепи переменного тока). Принято считать, что выходная мощность нагрузки, исчисляемая в ваттах, будет значительно ниже полной мощности ИБП в вольт-амперах.
Поэтому следует выбирать ИБП, мощность которого на 20–30% превышает мощность подключаемой нагрузки. Подключение оборудования, мощность которого превышает номинальную мощность самого ИБП, приведет к перегрузке ИБП, его отключению и, как следствие, отключению самого оборудования.
Второй важный параметр – время автономного питания нагрузки. Если основная цель ИБП – долговременное питание системы сигнализации или системы газового отопления загородного коттеджа, то время автономного питания (как одна из главных характеристик ИБП) напрямую определяется емкостью установленных в ИБП аккумуляторных батарей. Это самый дорогостоящий и «привередливый» элемент выбираемого вами источника. Время резервирования в каждом отдельном случае зависит от мощности ИБП и защищаемого оборудования.
Третий параметр – форма выходного напряжения ИБП. Некоторые типы оборудования, например, электродвигатели или контрольно-измерительные приборы, четко требуют синусоидального напряжения, т. е. правильной синусоиды. А вот для компьютеров форма напряжения не столь важна. Дело всё в том, что в них используются импульсные источники питания (энергия периодически забирается со входа в течение относительно короткого промежутка времени), которым вполне подходит аппроксимированная синусоида.
Перед покупкой ИБП желательно также узнать, какие проблемы чаще всего возникают в электроснабжении в вашем доме. Чтобы не ошибиться с выбором, нужно выяснить, какого рода эти проблемы, каких сбоев можно ожидать, и в соответствии с этим выбрать подходящий тип ИБП с простой или сложной степенью защиты.
При выборе ИБП следует принимать во внимание и такие параметры, как гарантия, наличие качественной технической поддержки, в том числе наличие сервисного центра в городе, репутация компании-производителя на рынке. Когда вы покупаете известный бренд, давно зарекомендовавший себя, то можете быть уверены в надежности и качестве продукции, а в случае возникновения проблем – в гарантированной технической поддержке.