Источник бесперебойного питания(ИБП), или Uninterruptible Power Supply (UPS) прибор, основная функция которого бесперебойное снабжение электроэнергией.

Принцип работы всех ИБП основан на поддержании нагрузки от аккумуляторов во время пропадания напряжения в сети 220В(380В).

Существует множество разновидностей ИБП под разные цели и задачи, с дополнительными опциями и возможностями, но всего три основных типа ИБП:

• Pезервный (Back UPS, Standby, offline)
• Линейно-интерактивный (line-interactive, smart UPS)
• Двойного преобразования (online UPS, double conversion UPS, real time UPS)

Также ИБП могут отличаться:

• Формой выходного сигнала
• Мощностью
• Временем переключения на батареи
• Количеством фаз (1фаза или 3 фазы) на входе и на выходе
• Наличием встроенных или с внешними батареями (блоками батарей)
• Для ИБП со встроенными батареями возможностью подключения дополнительных внешних батарейных блоков
• Возможностью синхронизации с компьютером (USB, RS-232 интерфейсы)
• Поддержкой сетевых карт для удаленного управления (SNMP, ModBUS, «сухие котакты»)
• Наличием электронного или механического байпаса
• ЖК-экраном
• Выходными розетками: компьютерные С14 или евророзетки (schuco)
• Работой в параллели
• Модульной структурой
• Наличием холодного старта
• Диапазоном рабочего напряжения без перехода на батареи
• Конструкцией напольная, для монтажа в стойку, настенная

И еще массой параметров: наличием грозозащиты, защиты телефонной линии, витой пары, изолирующим трансофрматором, размером, цветом, материалом корпуса, ценой и т.д

Как разобраться? Мы поможем.

Итак, три основных типа ИБП.

Тип 1 - Pезервный (Back UPS, Standby, offline)

Принцип  действия  standby UPS (буквально находящийся в режиме ожидания) прост: при наличии напряжения в сети через систему фильтров (или без них) подает «розеточный» ток напрямую на выходы. Параллельно поддерживает заряд АКБ.

При пропадании напряжения или выходе его за пределы «нормального» диапазона переключается на работу от батарей.

Переключение происходит при помощи реле, при этом время срабатывания реле составляет 3-15 миллисекунд. При этом происходит искажение сигнала, сопровождаемое кратковременным всплеском напряжения. Для некоторых устройств такое время переключения недопустимо.

  Постоянный ток с батареи преобразуется в переменный инвертором, как правило, простым. Поэтому вместо синусоидального сигнала на выход ИБП при работе от батарей подается подобие синусоиды, называемое меандром. В лучшем случае синусоида аппроксимированная или модифицированная, т.е. не совсем квадратная, а состоящая из более мелких квадратов. Чем мельче квадрат, тем ближе к идеальной синусоиде.

Плюсы оффлайновых ИБП:

• Низкая цена
• Бесшумность при работе от сети
• Простота
• Высокий КПД
• Минимальный уход

Минусы:

• Время переключения на батарею
• Модифицированная синусоида
• Слабая защита от помех и шумов в сети
• Отсутствие регулировки частоты и напряжения

Большинство моделей имеют небольшую мощность (до 1500ВА) и короткое время работы от батарей (до 5-8 минут при полной нагрузке) и предназначены для питания компьютеров и рабочих станций, а также маломощных устройств с импульсными блоками питания, для которых форма сигнала при работе от батарей не критична.

Нежелательно использовать Back UPS устройства для защиты оборудования с трансформаторными блоками питания и электродвигателей. Долгая работа таких устройств от ступенчатой синусоиды ведет к перегреву катушек.

Тип 2: Линейно-интерактивный (line-interactive, smart UPS)

Основным отличием топологии line-interactive от back UPS принято считать наличие AVR (automatic voltage regulator) автоматического регулятора напряжения, или, другими словами, простенького ступенчатого стабилизатора. Принцип его работы прост: AVR имеет несколько фиксированных ступеней регулировки (например, +-30Вольт), как правило, не более двух ступеней на понижение и трех на повышение напряжения.

Пример: При понижении напряжения в сети до определенного значения (например, 175В) AVR включает одну ступень +30В. Т.е. на выходе ИБП напряжение становится 205В. И наоборот, при повышенном напряжении 260В включается регулировка -30В и на выходе ИБП напряжение 230В. Для работы большинства приборов достаточно.

При выходе сетевого напряжения за пределы значений работы AVR и в случае полного пропадания сети ИБП переключается на батареи через реле, как и у резервных ИБП.

Если еще 10-15 лет назад можно было четко различить оффлайновый  и линейно-интерактивный источники питания, то сейчас грань между этими видами ИБП постепенно стирается. Новые Back UPSы обзаводятся простейшими AVR и теперь гордо именуются линейно-интерактивными, при этом выдавая грубейшую ступенчатую синусоиду и отключаясь по таймеру(а не по возможности аккумулятора) для защиты от перегрева.

Более продвинутые модели имеют инвертор с синусоидальной формой выходного напряжения, микропроцессорное управление (для таких моделей обычно в название добавляется слово «SMART»(умный)) по аналогии с линейкой SmartUPS крупнейшего в мире производителя ИБП  APC (American Power Conversion). Смарты уже имеют расширенный функционал настроек и возможностей, таких как изменение параметров перехода на батареи, поддержки сетевых карт, кнопок аварийного отключения (EPO), замены батарей без отключения нагрузки и даже отключения нагрузки по приоритету при долгом отсутствии напряжения в сети.

Пример: самые продвинутые ИБП могут отключать розетки раздельно. Через минуту(можно регулировать) отсутствия напряжения отключат утюг и чайник, через две минуты основное освещение и, в последнюю очередь, видеонаблюдение, аварийное освещение и главный сервер). Ну, или, по желанию, в обратном порядке.

Плюсы линейно-интерактивных ИБП:

• Синусоида на выходе для старших моделей
• Больший диапазон мощностей ( до 5кВА)
• Регулировка напряжения без перехода на батареи
• Бесшумная работа от сети
• Низкое потребление энергии на собственные нужды
• Минимальный уход
• Высокий коэффициент мощности ВА/Вт до 0.9 для старших моделей

Недостатки:

• Время переключения на батареи
• Невозможность полной фильтрации напряжения от низкочастотных помех и шумов
• Отсутствие плавной стабилизации напряжения
• Ограниченная мощность (до 5000ВА)

Применяется во всех областях, где необходимо качественное электропитание: от компьютеров, кассовых узлов, до мощных серверов, систем управления зданиями.

Тип 3: ИБП Двойного преобразования (online UPS, double conversion UPS, real time UPS)

Данный тип  ИБП принципиально отличается от двух предыдущих типов. Если линейно-интерактивные и резервные ИБП при нормальных условиях просто пропускают сетевое электричество через себя, как провод, а инвертор работает только в моменты работы от батарей, то инвертор онлайн ИБП работает постоянно.

Переменный ток(220В, 380В) на входе преобразуется выпрямителем в постоянный (DC), а затем инвертор преобразует постоянный ток в переменный и подает его на выход. То есть входящий и исходящий ток никак между собой не связаны.  Из этого вытекают все преимущества данного типа ИБП никакие помехи, всплески, искажения сигнала не отражаются на нагрузке. Какие бы ни были проблемы с электричеством в сети (повышенное, пониженное напряжение, искажение формы сигнала, изменение частоты Гц, шумы, всплески), на выходе стабильная ровная синусоида. Аккумуляторы ИБП также всегда подключены в схему работы и при пропадании напряжения в сети и, соответственно, на выпрямителе, выдают постоянный ток на инвертор. За счет разницы потенциалов времени переключения на АКБ нет, оно равно нулю.

Онлайн бесперебойники имеют постоянную фазировку (т.н. сквозная нейтраль) на выходе.  Все эти преимущества позволяют использовать онлайн ИБП для защиты, в качестве фильтра и стабилизатора совместно с высокочувствительным и требовательным оборудованием практически во всех сферах деятельности(газовые котлы, медицинская и измерительная аппаратура, hi-fi, hi-end аппаратура) . Такие ИБП рекомендуются к установке после бензиновых, дизельных или газовых генераторов. Пока генератор заводится и выходит на заданную мощность, напряжение поддерживает ИБП. После включения в работу генератора ИБП заряжает АКБ и исправляет не всегда идеальное напряжение от генератора.

Пример: в Hi-Fi и Hi-End аппаратуре, какое бы ни было чистое и ровное напряжение в сети, колонки выдают легкое шипение. При подключении оборудования через online UPS шипение пропадает.

Из-за постоянной работы выпрямителя и инвертора в ИБП двойного преобразования требуется постоянное охлаждение. Поэтому такие устройства обязательно оснащены вентиляторами, которые работают во всех режимах работы (от сети, от батарей). Соответственно, всегда присутствует шум, что ограничивает комфортное использование таких ИБП в жилых помещениях.  Также, при постоянной работе вентиляторов в пыльном помещении внутрь корпуса забивается пыль, которая препятствует отведению тепла. Требуется регулярная чистка устройства и контроль исправности вентиляторов со своевременной их заменой. Пренебрежение обслуживанием приводит к перегреву постоянно работающих узлов и к ускоренному выходу из строя как инвертора, так и аккумуляторов (АКБ плохо переносят работу в условиях повышенных температур).

Технология двойного преобразования, в отличие от линейно-интерактивных и резервных ИБП, не имеет ограничения по мощности. Сейчас выпускаются ИБП мощностью от 700ВА до параллельных систем в несколько мегаватт.

Преимущества онлайн ИБП:

• Отсутствует время переключения на батареи
• Защита нагрузки от любых проблем сети (частота, шумы, всплески и провалы напряжения)
• Сквозная нейтраль
• Высокий коэффициент мощности ВА/Вт до 1 (т.е. 1000ВА равно 1000Вт)
• Широкий диапазон работы от сети ( от 100 до 350 В)

      Недостатки:

• Высокая стоимость
• Шумность в любых режимах работы
• Необходимость частого и регулярного контроля и обслуживания
• Низкий КПД (даже в холостом режиме существенное потребление энергии)

Применение: мощностью  до 5кВА для требовательных к времени переключения на батареи, частоте, форме синусоиды, помехам, отклонениям напряжения, сквозной нейтрали устройств. Выше 5кВА для всех устройств, требующих бесперебойной работы, т.к. на высокой мощности альтернатив онлайн ИБП нет.