Как выбирать ибп для дата-центров

Преимущества и недостатки ИБП двойного преобразования

Как любое устройство, источник питания двойного преобразования или онлайн ИБП, имеет не только положительные, но и негативные качества.

К достоинствам такого источника питания можно отнести следующие:

Отсутствие времени перехода на резервное питание;
Практически идеальная форма выходного напряжения;
Возможность коррекции частоты и напряжения;
Небольшие габариты.

Поскольку аккумулятор постоянно подключен к инвертору, преобразующему постоянное напряжение в переменное, время переключения на резервное питание практически равно нулю

Это важно для питания некоторых электронных устройств. Например, компьютер даже в процессе небольшой задержки при переходе на аккумулятор может уйти в перезагрузку, что может стать причиной потери данных

Выходное напряжение в ИБП двойного преобразования имеет идеальную синусоидальную форму, что очень важно для питания асинхронных электродвигателей и некоторой бытовой техники. Схемные технические решения, применяемые в таком источнике питания, позволяют корректировать напряжение и частоту на выходе

Недостатки ИБП двойного преобразования менее существенны:

Низкий коэффициент полезного действия;
Шум при эксплуатации;
Повышенное тепловыделение;
Высокая стоимость.

В отличие от других источников питания, on-line ИБП имеет низкий КПД, который находится в интервале 82-94%.
С повышенным тепловыделением на мощных транзисторах связан небольшой шум при работе устройства. Его издаёт вентилятор системы охлаждения.
Благодаря вентиляции осуществляется хороший отток тепла от электронных компонентов, что продлевает их срок службы. Качественный ИБП оборудован двумя вентиляторами, один из которых работает непосредственно на радиаторы транзисторов.
Обычно, ИБП двойного преобразования, изготовленный с применением качественных деталей, может прослужить не мене 10 лет без замены комплектующих.
Конечно, стоимость такого устройства выше, чем стоимость ИБП, работающих на других принципах и технических решениях, но это окупается длительным сроком работы и высоким качеством получаемого напряжения.

Основные типы бесперебойников

На рынке Украины представлены три типа ИБП. Это on-line, off-line и линейно — интерактивные.On-line — это самые современные источники, которые существуют в мире на сегодняшний день. Суть их конструкции в том, что они имеют функцию двойного преобразователя. Сначала, напряжение преобразуется в постоянное, а затем с постоянного на переменный

Проще говоря, не важно, какой показатель тока на входе, на выходе будет тот показатель, который необходим. Естественно, простота и надёжность стоят дорого, но зато надёжно.Оff-line – вариант более бюджетный, но наделен не такой функцией как предшественник

В данном варианте, какое напряжение зашло на входе, такое же напряжение вышло на выходе. В случае, если напряжение выходит за пределы возможностей ИБП в работу включается инвертор, который начинает черпать энергию с аккумулятора, тем самым преобразуя её к примеру с 12В примеру в 220В. При покупке источника такого типа необходимо учесть фактор идентичности входа и выхода энергии. Это говорит о том, что если вы уверенны у стабильности величины напряжения в вашем доме, то прибор подходит. Если же возникнет случай, когда напряжение будет достигать точки скажем 250 В, при норме 220 то здесь могут возникнуть проблемы. При постоянном повышенном напряжении котёл или насос впоследствии могут выйти из строя.Линейно интерактивные приборы работают по тому же принципу, что и приборы Оff-line, но в отличие от него имеют встроенный выпрямитель (стабилизатор) напряжения. Суть его работы я думаю ясна. Стабилизатор выравнивает напряжение в случае отклонения в ту или иную сторону. В случае если сила напряжения выходит за пределы его возможностей, тогда в работу включается аккумулятор.

Лучше соединить батареи параллельно, чем последовательно

Бытует мнение, что лучше взять ИБП с напряжением аккумуляторов 12В и соединить параллельно несколько батарей для увеличения общей ёмкости, чем взять ИБП на 24/48В и соединить те же батареи последовательно. В качестве аргументации обычно приводится необходимость балансировки батарей в случае если они соединены последовательно, но упускается из виду то, что каждая батарея состоит из 6 элементов, балансировка которых в принципе не предусмотрена конструкцией батареи, и ведь работает же как-то. В моём случае к двум ИБП подключены 4 АКБ по 12В, после двух лет использования разница в напряжениях на батареях составила менее десятой доли вольта.

Зачем делать стабилизатор из ИБП

Каждый имеет свои потребности и отвечать за всех невозможно. Если одному человеку идея использовать ИБП в роли стабилизатора напряжения кажется безумной, другому она может показаться интересной в его ситуации. Как правило, идея использовать ИБП в качестве стабилизатора возникает тогда, когда на руки попадает, скажем, списанный организацией прибор, а покупать для него аккумуляторы нет ни нужды, ни желания.

И так, можно ли запустить бесперебойник в режиме стабилизатора напряжения? Да, но не любой. Если мы говорим о линейно-интерактивных источниках бесперебойного питания, то они довольно часто имеют функцию работы без аккумулятора. В таком случае при обесточивании сети ИБП будет просто отключаться за неимением АКБ. И тогда идея поставить бесхозный ИБП защищать условный компьютер не кажется такой уж глупой. Другой вопрос, что для компьютера и значительной части техники такая защита может оказаться бесполезной.

Благодаря импульсным блокам питания техника может безопасно работать в широком диапазоне напряжений, и тут больше важна не стабилизация, а защита от высоковольтных импульсов, нормированное отключение и прочие параметры.

А что насчет “онлайновых” ИБП? Они значительно реже могут работать без аккумуляторных батарей. Учитывая, что бесперебойники on-line делаются для профессиональных задач, их автоматика может попросту не позволить запуск без АКБ, выдавая ошибку. В ином случае Вы получите идеальное по качеству напряжение во всем рабочем диапазоне, который не предусматривает использование аккумулятора.

Если же бесперебойник из коробки не имеет функции работы в качестве стабилизатора, добиться своего можно путем модификации схемы. Описывать этот процесс смысла нет, так как специалист и так знает, что делать, а если соответствующих знаний нет — лезть внутрь с паяльником крайне не рекомендуется.

Конструкция и особенности

Такой источник питания полностью выполнен на электронных компонентах и в нём отсутствуют механические и электромеханические узлы. Этим обеспечивается высокая надёжность устройства и длительный срок его эксплуатации.

ИБП с двойным преобразованием напряжения состоит из следующих элементов:

Сетевой фильтр;
Выпрямитель;
1-й преобразователь;
Аккумулятор;
2-й преобразователь (инвертор);
Микроконтроллер;
Кварцевый генератор;
Система «байпас» (bypass).

Сетевой фильтр осуществляет первичную коррекцию сетевого напряжения, сглаживая выбросы и подавляя высокочастотную составляющую;
В диодном выпрямителе, собранном по мостовой схеме, происходит преобразование переменного тока в постоянный;
Для зарядки аккумулятора часто используется дополнительный преобразователь, из-за чего такие устройства ошибочно называют ИБП тройного преобразования;
Управление работой аккумулятора осуществляет контроллер, который не допускает глубокого разряда, в случае необходимости отключая аккумулятор от линии;
Инвертор, выполненный на мощных MOSFET-транзисторах, выполняет преобразование постоянного напряжения обратно в переменное с очень высокими характеристиками;
Управление всей работой отельных узлов преобразователя осуществляется и синхронизируется микропроцессором с кварцевым генератором.

В ИБП с двойным преобразованием напряжения имеется система «байпас» или обход. Работа её заключается в следующем. Если напряжение сети соответствует требованиям, необходимым для корректного питания потребителей, «байпас» подаёт напряжение сети на нагрузку напрямую, минуя все электронные компоненты за исключением сетевого фильтра. При отклонении напряжения сети от номинала свыше определённого предела происходит подключение стабилизатора, и питание потребителя начинает осуществляться через блок.

Производительность

Производительность источника бесперебойного питания определяется КПД на каждом из этапов преобразования входного напряжения в выходное (выпрямитель и инвертор). В результате в расчет берется только итоговый показатель, характеризующий разницу между чистой мощностью нагрузки и общим количеством электроэнергии, потребленной ИБП вместе с нагрузкой.

Отличной для ИБП дата-центров считается эффективность 97%. Данный КПД достигается обычно при достаточно высокой загрузке устройств, но ИБП в ЦОД, как правило, работают с загрузкой 30-60%, что приводит к значительному снижению энергоэффективности (вплоть до 80-85%)

Поэтому важно чтобы в ИБП использовались технологии увеличения КПД при работе с нагрузкой сильно меньше номинальной, такие технологии используются в модульных ИБП, например, технология VMMS в модульных ИБП Eaton 93PM G2, которая позволяет увеличить КПД, повысив загрузку модулей, необходимых для поддержания нагрузки, и отключив от работы ненагруженные модули. Некоторые модели дополнительно поддерживают «экономичный» режим, позволяющий довести эффективность до 99% в тех случаях, когда режим двойного преобразования автоматически включается только при необходимости

Учитывая длительность жизненного цикла ИБП, подобная экономия вполне оправдывает приобретение устройства с такой функцией даже по более высокой цене, чем модели «попроще».

Сборка ИБП

После того, как инвертор был изготовлен и проверен, я приступил к сборке UPS на 12 вольт своими руками. Аккумулятор было принято решение не помещать в корпус бесперебойника, ведь в этом случае перемещение ИБП было бы сильно затруднено по причине слишком большого веса конструкции. Прежде всего, из металлической профильной трубы был сделан каркас размером 30х10х20 см.

Затем из миллиметровой жести я вырезал 6 прямоугольников, которые будут являться стенками корпуса ИБП. Изготовленный своими руками бесперебойник на 12 вольт может представлять опасность поражения электрическим током, поэтому в одной из граней было сделано отверстие для болта, к которому затем будет подключаться заземление.

В боковых и верхних стенках также было принято решение сделать отверстия для вентиляции, а в одной из боковых граней – вырезать место для установки розетки. Все металлические элементы крепятся к каркасу из металлического уголка посредством резьбовых соединений.

Установка платы внутри корпуса осуществлялась таким образом, чтобы минимизировать риск короткого замыкания. Для этой цели по углам электронной схемы были просверлены по отверстию, затем изделие было совмещено с одной из сторон корпуса и на нем также были сделаны перфорации. После проделанной операции в отверстия я установил болты подходящего диаметра длиной 5 см. Закрепив их на плоскости боковой крышки, на них была установлена электронная плата. Таким образом, удалось обеспечить значительное удаление электронных компонентов от металлического корпуса.

Для автоматического включения резервного источника питания были использованы 2 электромагнитных реле:

220В/12В.
220В/220В.

Первое реле срабатывало в момент, когда происходило отключение сетевого электричества. Коммутационное устройство имеет обратное действие, поэтому пока в обмотке есть электричество – цепь разомкнута, а в момент прекращения подачи электроэнергии происходит соединение контактов и напряжение от аккумулятора подается на электрическую схему. Второе реле, наоборот, в момент отключения электроэнергии разъединяет электрическую цепь и сетевое напряжение 220 В перестает подаваться на выходную розетку источника бесперебойного питания. Оба реле были установлены на отдельную текстолитовую площадку, которая также была смонтирована на значительном расстоянии от стенок корпуса ИБП.

Вместо реле можно использовать мощные транзисторные ключи, но у меня не было радиодеталей подходящей мощности, а доставку с Алиэкспресс пришлось бы ждать в течение месяца, поэтому было принято решение использовать более простую схему.

Наглядно про нюансы сборки ИБП, смотрите в этом видеоролике:

Основные характеристики ИБП

Чтобы обеспечить эффективную защиту оборудования при разумных затратах, необходимо учесть следующие параметры УПС:

Мощность на выходе. Полная измеряется в вольт-амперах (ВА, VA), активная – в ваттах (Вт, W).
Диапазон входного сигнала. Определяет те значения напряжения, при которых происходит переключение рабочих режимов.
Время работы в автономном режиме (в минутах). Зависит от мощности подключенной техники и емкости батарей.
Время, необходимое для перехода от сетевого электропитания на автономное. Измеряется в миллисекундах.
Срок эксплуатации. Может быть 5 или 10 лет, это зависит от технических характеристик аккумуляторов.

Устройства могут быть напольной и универсальной конфигурации или устанавливаться в стойку. Батареи размещаются снаружи или внутри корпуса.

ИБП могут быть напольной, универсальной конфигурации, устанавливаться в стойку.

Основные типы ИБП для компьютеров

Существуют определенные виды источников бесперебойного питания для дома. По типу действия оборудование делится на два вида: вне линии (offline) в линии (online). Также есть модели с встроенным стабилизатором.

Рассмотрим все варианты.

Существуют разные типы источников

Резервный (Back-UPS)

Офлайн ИБП для ПК не взаимодействует с линией, пока в ней есть напряжение. Но когда оно падает нише критического показателя, то прибор подключается на работу с батареей. Питающее напряжение происходит со специального накопителя. При этом данный переход выполняется очень быстро. Данный вариант относится к резервному типу.

К преимуществам этой системы относится небольшая стоимость. Из недостатков стоит отметить продолжительное время переключения на питание от накопителя. Такие бесперебойники рекомендуется использовать с нормальной внешней сетью – 220 В. Актуальны приборы при кратковременном пропадании напряжения.

Модель резервного типа

Линейно-интерактивный (Smart-UPS)

Линейно – интерактивное бесперебойное питание для частного дома во многом похоже на резервный вариант. Но в этом случае прибор дополняется стабилизатором внешнего напряжения. Такой автотрансформатор обеспечивает нормальное электропитание. Бесперебойники этого типа отличаются продолжительным сроком службы и большей мощностью, чем у устройств резервного типа.

У таких моделей есть и определенные недостатки, например, отсутствие стабилизации частоты при нормальном режиме и проникновение из внешней сети электромагнитных и радиочастотных помех. Такое бесперебойное питание для дома применяется для защиты компьютерной техники от частых отключений электричества и нестабильного напряжения.

Линейно-интерактивный вариант

ИБП двойного преобразования (On-Line)

Самый надежный вариант – бесперебойник с двойным преобразованием электроэнергии. Он позволяет обеспечить высокий уровень качества электропитания. Прибор всегда подключен к линии. Если присутствует напряжение, то оно трансформируется в постоянный ток, который применяется для подзарядки батарей.

Особенность работы в двойном преобразовании входного напряжения. При этом аккумулятор для ИБП постоянно включен между инвертором выпрямителем. Достоинством бесперебойника является надежность работы и качество напряжения. К минусам можно отнести сложность схемы.

Совершенные модели двойного преобразования

Типы ИБП

Off-Line (резервный) — самый простой вариант ИБП используемый для защиты персональных компьютеров и офисных рабочих станций. Принцип работы следующий — при пропадании электропитания либо при его изменении за зону нормированного значения (например если напряжение опустилось ниже 170 Вольт, либо стало выше 240 Вольт), ИБП автоматически переключает работу подключенных устройств на встроенные аккумуляторы. При подачи электроэнергии либо выравнивании его в сети, ИБП обратно переключается на режим работы от сети. Недостатком таких устройств является довольно долгое время переключения и отсутствие стабилизации, т.е. если напряжение «плавает» на входе, оно полностью повторяется на выходе. Но у них есть плюс в высоком КПД и малом нагреве.
Line-interactive (Линейно-интерактивный) — практически тоже самое что Off-Line, за исключением наличия в них стабилизатора напряжения, который позволяет держать оптимальным выходное напряжение (не «плавает» на выходе). ИБП хороших брендов позволяют на выходе выдавать синусоиду в отличии от Off-Line, на выходе которых в лучшем случае трапеция. Время переключения на аккумуляторы у них меньше чем у Off-Line за счет более сложной схемы (синхронизация входного напряжения).
On-Line (Он-Лайн) — ИБП предназначенные для защиты дорогого серверного оборудования и других устройств предъявляющих повышенные требования к электропитанию. Это так называемый корпоративный вариант. На выходе у такого ИБП чистая синусоида и время переключения равно нулю. Это достигается за счет двойного преобразования тока. Сначала переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем происходит обратный процесс и на вход подключенного оборудования поступает идеальное напряжение.

Для домашнего варианта вполне подойдут первые два варианта ИБП.

Нужен ли ИБП

Многие пользователи задаются вопросом, нужен ли им ИБП, ведь это дополнительные затраты, при том что он никак не влияет на производительность ПК и другие его эксплуатационные параметры. Вопрос вполне резонный и ответ на него может быть разный.

Когда ИБП не нужен:

компьютер старый или самый дешевый
напряжение стабильное и пропадает редко
у вас есть резервная копия всех ценных файлов
вас не смущает потеря несохраненных файлов

Когда ИБП нужен:

компьютер представляет достаточную ценность
напряжение в сети скачет или часто пропадает
у вас нет резервной копии ценных файлов
потеря несохраненных файлов для вас критична

В любом случае отказ от приобретения ИБП оправдан только при сильно ограниченных финансовых возможностях. Так как он не только убережет ваши файлы, но не даст произойти сбою системы и выйти из строя компьютеру.

Если для вас компьютер или данные представляют какую-то ценность, то рекомендую приобрести ИБП, так как восстановление может обойтись дороже, не говоря уже о потери времени и нервов.

Характерные неисправности ИБП и их диагностика

Поломки бесперебойников могут иметь самый разный характер, но существует набор типовых проблем, с которыми может столкнуться любой владелец ИБП. В большинстве случаев соблюдение определённых рекомендаций может позволить избежать каких-либо проблем при работе с источниками бесперебойного питания. Производители в обязательном порядке указывают рекомендуемые условия эксплуатации

Далее рассмотрим почему не работает бесперебойник и что с этим можно сделать.Также необходимо обратить внимание, что у ИБП различных производителей один и тот же признак может говорить о различных неисправностях. Проблемы с бесперебойником возникают, как правило, после длительной эксплуатации или из-за тяжелых условий работы

Обычная пыль может вывести из строя бесперебойник. Особенно губительна строительная пыль, поэтому за чистотой помещения нужно обязательно следить. Если не соблюдать простых правил, то вы очень скоро зададитесь вопросом почему бесперебойник не держит нагрузку.К другим распространённым неисправностям можно отнести износ АКБ, что является наиболее распространённой причиной неисправности бесперебойника для компьютера. Возможно высыхание электролита в конденсаторах. Также высыханию может подвергнуться смазка на вентиляторах циркуляции воздуха. Очень часто причиной того, что перестал работать бесперебойник является поломка инвертора, который не терпит частых перегрузок. Не самым благоприятным образом на инвертор могут повлиять броски напряжения, крайне неудовлетворительное качество питания в сети и неисправные аккумуляторы.Некоторые пользователи заметить помехи от ИБП, которые вызываются работой самого бесперебойника. Устранить их можно с помощью установки специальных фильтров от электромагнитных и радиочастотных помех.

Типы ИБП

ИБП бывают нескольких типов:

резервные (offline, standby, back-ups)
линейно-интерактивные (line-interactive)
с двойным преобразованием (online, непрерывные)

Резервные ИБП – самые простые и недорогие, они переключаются на работу от батареи не только при полном обесточивании, но и при пониженном или повышенном напряжении в розетке. Если с напряжением у вас все в порядке, то этого обычно достаточно.

Но если оно часто скачет (как в частном секторе), то стоит присмотреться к другому типу ИБП, так как постоянное переключение на питание от батареи заставит вас слушать вечный неприятный писк от ИБП, часто выключать ПК, а также убивает аккумулятор.

Линейно-интерактивные ИБП – помимо аккумулятора, имеют встроенный стабилизатор напряжения, который часто является 3-ступенчатым AVR (автоматическим регулятором напряжения) и стоят несколько дороже.

Такие ИБП при падении напряжения ниже 190 В или повышения выше 250 В выравнивают его до уровня около 220 В на выходе.

При этом не используется аккумулятор, что позволяет спокойно продолжать работу в течение продолжительного времени. Линейно-интерактивные ИБП различаются нижним (140-180 В) и верхним (260-300 В) порогом стабилизации.

Таким образом, если напряжение в розетке падает или наоборот повышается, выходя за допустимые нормы, компьютер на выходе все-равно получит стабильное напряжение близкое к 220 В без использования батареи

Но обращайте особое внимание на нижний и верхний пороги стабилизации

Нижний порог может быть вполне достаточные 160 В, а может и 180 В, что может быть критично для вашего района. Чем ниже это значение, тем лучше, так как за его пределами происходит переключение на аккумулятор. Аналогично и с максимальным порогом, так как в некоторых местах напряжение прыгает до 280 В.

ИБП с двойным преобразованием – дорогие высококачественные бесперебойники со сложным стабилизатором напряжения и частоты, обеспечивающие стабильные параметры напряжения на выходе и отсутствие задержки при переключении на аккумулятор. Используются в корпоративном секторе для питания серверов, критически важных рабочих станций и сетевого оборудования.

Если напряжение в розетке у вас стабильное, то в принципе хватит самого недорогого резервного ИБП. Для отдаленного района города или частного сектора однозначно лучше брать линейно-интерактивный ИБП, которые я рекомендую в любом случае, так как они уже не на много дороже.

Использование ИБП без аккумулятора

Источник бесперебойного питания стал незаменимым устройством практически на любом производстве и неутомимо набирает популярность в бытовой сфере. Современные UPS становятся все доступнее рядовому пользователю, что и обеспечивает их востребованность.

Главным отличием ИБП от других средств защиты от нестабильного электропитания заключается в возможности обеспечить автономную работу потребителя за счет аккумуляторной батареи или блока батарей. Чаще всего это свинцово-кислотные гелевые аккумуляторы (автомобильный аккумулятор использовать не рекомендуется по ряду причин). Далеко не всегда аккумуляторы встраиваются в корпус бесперебойника. Очень часто производитель дает пользователю возможность подключить внешние АКБ требуемой емкости и обеспечить ту автономность, которая нужна для решения конкретной задачи. Но иногда АКБ под рукой нет, тогда как проверить работоспособность ИБП без аккумулятора? Может ли вообще бесперебойник работать без батарей и есть ли в этом практический смысл? Попробуем разобраться в данном вопросе.