Источник бесперебойного питания для умного дома

ИБП резервного класса

ИБП этого класса, относят к самым простым. Это устройство работает по очень простому принципу – питание потребителей осуществляется через электрическую сеть, если питание пропадает, то оно начинает поступать от АКБ, являющихся неотъемлемой частью устройства. Зарядку аккумуляторов происходит при работе устройства от сети. Статистика говорит о том, что эффективность таких приборов лежит в диапазоне от 55 до 60%.

Большая часть приборов этого класса работают по описанной технологии. Как правило, их используют для защиты компьютера в домашних условиях. Особенно актуально использование такого изделия для тех, кто живет за пределами городской черты. Но, так сложилось, что обеспечивают предельно низкий уровень защиты. Очистка сигнала от помех осуществляется только частично. Довольно часто такого уровня защиты хватает для потребителей, установленных дома, но в производственных условиях качество электрического питания должно быть выше.

Резервные источники хорошо работают в связке с домашним компьютером, но они физически не могут работать с насосными станциями или отопительными котлами. Дело в том, что источники резервного типа не в состоянии обеспечить синусоидальный тип напряжения. Если для такого прибора как домашний компьютер – это некритично, то для более сложных устройств, это может привести к выходу их из строя.

Принцип работы бесперебойника для ПК (сервера)

Источник бесперебойной работы переменного тока – устройство, в котором питание есть всегда. Однако стоит учесть, что это не резервный источник питания, а аварийный – включается в случае “форс-мажоров” и лишь на короткое время.

Основная функция ИБП – мгновенная подача питания в момент отключения основного напряжения сети – реализована посредством аккумуляторной батареи, которая накапливает энергию. Встроенное в корпус ИБП зарядное устройство контролирует уровень напряжения на аккумуляторе, при необходимости включаясь в режим подзарядки.

При включении в рабочий режим бесперебойник подает звуковой или световой сигнал, оповещая пользователя о проблемах с питанием ПК.

В зависимости от емкости батареи и мощности компьютера, бесперебойник обеспечивает переменное напряжение на выходе на небольшое время, которое нужно для сохранения текущего сеанса и завершения работы компьютера.

Из чего состоит ИБП

Компоненты блока ИБП:

• аккумуляторы для накопления энергии;
• зарядное устройство, поддерживающее работоспособность батареи;
• инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
• управляющая схема.

Способ подключения

UPS оборудован несколькими гнездами-выходами, расположенными на задней панели прибора. Подключить персональный компьютер и периферию, отключение которой грозит негативными последствиями, соответствующими кабелями не составит труда при соблюдении порядка действий:

• после первой зарядки отключаем бесперебойник от сети;
• выключаем компьютер;
• подключаем сетевой кабель компьютера на соответствующий разъем ИБП;
• присоединяем сетевой кабель бесперебойника к сети;
• нажимаем и удерживаем кнопку включения ИБП, ждем светового или звукового сигнала о начале работы;
• включаем компьютер;
• устанавливаем драйвера UPS.

Для чего нужен ИБП

В первую очередь эти устройства предотвращают повреждения оборудования и не допускают сбоев в работе электронных систем. Они дают возможность корректно завершить работу в случае неожиданного отключения электричества.

С помощью ИБП успешно преодолеваются перебои и электрические помехи, периодически возникающие в домашних и рабочих сетях. Среди них чаще всего встречаются следующие:

• Провалы напряжения. В этом состоянии напряжение внезапно понижается на значительную величину. Для его восстановления требуются различные временные промежутки, в некоторых случаях – десятки секунд. Причина провалов чаще всего связана с ограниченной мощностью подстанции, особенно зимой, а также с запуском и дальнейшей работой мощного оборудования. Физически низкое напряжение проявляется в виде мерцающих лампочек.
• Импульс напряжения. В данном случае напряжение резко изменяется, с амплитудой до 2000 вольт, а затем выходит на обычный уровень за очень короткое время. Для этого требуется не более 10 миллисекунд. Основной причиной считается работа промышленного оборудования, кондиционеров, лифтов, действие грозовых разрядов и т.д.
• Отсутствие напряжения в течение короткого времени. Данный промежуток составляет не более 20 миллисекунд и практически незаметен. Тем не менее, на электронное оборудование оказывается негативное влияние
• Отсутствие напряжения в течение продолжительного времени. Данный период может составлять от 20 миллисекунд до нескольких часов. Причиной являются перегрузки, неблагоприятные погодные условия и физические повреждения на подстанциях, из-за которых линии электропередачи отключаются.
• Изменения частоты в течение короткого периода времени, когда к сети подключается мощное оборудование. Негативное влияние оказывают и радиочастотные шумы при подключении радиопередатчиков, нагрузок, генераторов и промышленного оборудования.

Компании, выпускающие электронику, провели исследования, в результате которых выяснилось, что каждый персональный компьютер в течение месяца не менее 120 раз подвергается различным негативным воздействиям, так или иначе связанным с проблемами напряжения в электрических сетях.

Выбираем источник бесперебойного питания

Чтобы выбрать бесперебойник, нужно знать и другие технические характеристики. Среди них сначала стоит посмотреть на мощность и время автономной работы, а также на количество розеток на выходе и наличие функции холодного старта.

По мощности оборудования

Первое, чему надо уделить внимание при выборе источника бесперебойного питания, — это мощность ИБП. Она определяет суммарный показатель подключенных устройств

Пошаговая инструкция, как рассчитать мощность:

1. Сложить мощности устройств, подключаемых к источнику бесперебойного питания.
2. Перевести полученное значение активной мощности (измеряется в ваттах) в полную (ВА). Для этого нужно разделить её на коэффициент нагрузки (cos φ). Для компьютера данный коэффициент равен 0,6.
3. Умножить полученное значение на коэффициент запаса прочности равный 1,2.

Определить потребляемую ПК мощность можно несколькими способами. Измерить её можно специальными приборами, такими как бытовой ваттметр с розеткой или токовые клещи. Во время таких измерений компьютер должен быть максимально загружен. Для определения мощности можно также воспользоваться калькуляторами, которые найдутся в интернете. Простой, но грубый метод определения потребляемой электроэнергии — посмотреть на мощность блока питания ПК. В этом случае она может быть ниже, но не выше.

Пример расчёта:

Выбрать ИБП для компьютера мощностью 300 Вт и монитора — 35 Вт.

Тогда суммарная будет равна:

Pw = 300 + 35 = 335 Вт.

Наименьшая возможная мощность источника бесперебойного питания:

Pva = (Pw / 0,6) * 1,2 = (335 / 0,6)*1.2 = 670 ВА

По длительности автономной работы

Следующая характеристика — время автономной работы, она показывает, как долго будет обеспечивать электроэнергией источник бесперебойного снабжения все подключенные к нему устройства. В технических характеристиках указывается значение, которое было определено при наибольшей возможной нагрузке. Однако, если ИБП работает не при максимальной нагрузке, время его работы при отключении электричества будет больше. Причём увеличение продолжительности непропорционально уменьшению нагрузки. Это происходит потому, что ёмкость АКБ зависит от величины тока разряда. Если аккумулятор разряжается за 5–10 минут, то он отдаёт от 20 до 30 % ёмкости. Чтобы АКБ отдал 100 % мощности, нужно, чтобы он разряжался в течение 20 часов. Таким образом, чем меньше суммарное потребление подключенных устройств, тем дольше источник бесперебойного питания будет работать в автономном режиме.

По другим характеристикам и функциям

Перед покупкой источника бесперебойного питания нужно определить, какие устройства будут к нему подключены — от этого зависит тип и количество разъёмов. Раньше многие ИБП имели разъёмы IEC 320 C13, или, как их ещё называли, компьютерные. Они использовались для подключения стандартных кабелей ПК и мониторов.

Однако сейчас стали популярными гаджеты, например: роутеры, некоторые новые мониторы, которые используют для подключения к электрической сети «евро» вилку CEE 7 Schuko.

Существуют также источники электричества, имеющие оба типа розеток.

При выборе стоит также обратить внимание на наличие функции холодного старта. Она позволяет включить источник бесперебойного снабжения и все подключенные к нему устройства даже при отсутствии электричества в сети

Полезно также иметь интерфейс, по которому ИБП сможет сигнализировать специальной программе, работающей на компьютере, об отключении электричества. Что позволит записать все открытые документы и другую важную информацию на жёсткий диск и завершить работу в штатном режиме, даже при отсутствии оператора данного ПК. Физически ИБП может соединяться с компьютером через USB или через асинхронный интерфейс RS-232.

Автомобильные аккумуляторы или AGM, гелевые

Многие потребители часто используют для бесперебойника автомобильные аккумуляторные батареи, что делать категорически нельзя. Данные аккумуляторы пожаро и взрывоопасны.

Они рассчитаны на пусковые стартерные токи, и соответственно не дают той автономной работы, которая от них требуется. Поэтому здесь нужно применять специализированные аккумуляторы по технологии AGM или GEL-гелевые.

AGM имеют срок службы от 6 до 10 лет, а гелевые от 10 до 15 лет.

Также гелевые не боятся глубокого разряда.

Кроме того, обе модели пожаро и взрывобезопасны для любых помещений и не выделяют никаких газов. Стоят они конечно дороже, но если раньше цены отличались в разы, то сегодня можно найти модели с разницей всего в пару тысяч.

Автомобильные виды не рассчитаны на большое количество циклов заряда-разряда, а специализированные при регулярном разряде в 30% можно безболезненно подзаряжать до 700 раз!

То есть, обычного от машины, вам хватит максимум на полгода или один отопительный сезон, а AGM или гелевые, по идее должны прослужить не менее 10 лет.

Более того, в качественных ИБП изначально встроена защита от глубокого разряда. Соответственно это еще больше увеличит срок службы аккумулятора и обеспечит долговечность работы всей системы.

Только будьте внимательны и заранее, еще в магазине проверяйте дату выпуска АКБ. Она может быть явно не указана цифрами, и продавцы скромно умолчав об этом моменте, продадут вам старую залежавшуюся модель.

Вот например, таблица расшифровки даты выпуска батарей марки Ventura. Код GF11PJB6VVK3EA и его расшифровка по первым символам. Другие марки могут отличаться. Получается день выпуска: 2017-июнь-11.

Типы батарей

ИБП для котлов отопления работают на кислотно-свинцовых аккумуляторах. Их отличает тяжесть и большее количество литиевых. Преимущество – демократическая стоимость.

Стекловолоконную продукцию использовать не рекомендуется

Применяются герметизированные батареи. Они отличаются безопасностью и более длительным сроком службы. Сервисное обслуживание не требуется.

На рынке имеется 2 типа батарей:

• AMG (стекловолоконные). Основываются на пористых матах, выполненных из качественного стекловолокна. Взаимодействие водорода с кислородом замедляется.
• GEL (гелевые). В составе имеются кремниевые соединения.

Второй вариант предпочтительнее, поскольку в батареях AMG находится жидкий электролит. Если аккумулятор повреждается, он вытекает. Это же происходит при опрокидывании аккумулятора вверх дном.

Зачем нужен ИБП для котлоагрегатов

Использование источника бесперебойного питания для домашнего оборудования выглядит обычной перестраховкой. Многие владельцы газовых котлов считают, что предприятие-производитель отопительного агрегата предусмотрело необходимые меры безопасности. Встроенная автоматика розжига и контроля горения реагирует на потухшее пламя и вовремя перекроет подачу газа, а запас воды в системе уберет лишнее тепло из теплообменника даже при остановившемся электронасосе.

Отчасти такая ситуация возможна. Но все же лучше установить у себя дома бесперебойник для газового котла.

Причины для установки бесперебойника на газовый котел:

• необходимость защитить электронную плату автоматики оборудования от скачков напряжения и «забросов» тока в сети (при включении одновременно нескольких приборов);
• необходимость стабилизировать напряжение автоматики газового котла. От этого зависит устойчивость работы и срок службы вентилятора, циркуляционного насоса, деталей, не имеющих встроенного стабилизатора напряжения.

Подключенный к газовому котлу бесперебойник обеспечит стабильную работу системы даже при обесточенной сети. Для квартир с индивидуальным котлоагрегатом подобная ситуация редкость, но все же случается. Загородные дома сплошь и рядом страдают от аварий и отключений электроэнергии. Напряжение питания в таких сетях ниже нормы или выше 220В. В этом случае бесперебойник может быть единственно возможным решением проблемы стабильной работы системы газового отопления.

Качество выдаваемого тока

Бесперебойные источники питания должны выдавать ток надлежащего качества. При работе от батарей за это отвечает инвертор, а в случае питания от сети, проблемные моменты должны сглаживать фильтры и стабилизатор. Возникающие в электрической цепи помехи имеют разный генезис и последствия для электроники. Поэтому в этом вопросе тоже нужно тщательно разобраться.

Сетевые помехи и защита

Все современные ИБП оснащены защитой от проблем, связанных со стороны обслуживаемых приборов. Если суммарная нагрузка будет превышать максимально допустимую или произойдет короткое замыкание, то бесперебойник сразу отключит питание.

Помехи в сети можно условно разделить на частотные и импульсные. Первые не так опасны, особенно для блоков питания компьютеров или телевизоров, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Вторые могут вызвать проблему у любой электроники.

Поэтому большинство ИБП оснащены защитой от импульсов и гармоник с помощью варисторов и высокочастотных фильтров.

Удаление помех на линии происходит в два этапа. Сначала варисторы отсекают высокочастотные импульсы, а затем фильтр сглаживает мелкие скачки

Проблема появления высоковольтных импульсов характерна не только для силовых кабелей, но и для сетей передачи данных – компьютерных или телефонных. Они могут возникнуть по причине воздействия атмосферного электричества, пробоев рядом расположенной проводки, возникающих электрических наводок и других причин.

Многие производители выпускают модели с возможностью защиты локальной сети. Для этого у ИБП есть два разъема RJ-45 – один на вход и один на выход. Сигнал проходит через фильтр, который подавляет всплески напряжения. Для телефонных линий система такая же, только разъемы имеют формат RJ-11.

Низкое и высокое напряжение

Регулировка вольтажа происходит с помощью автоматического регулятора напряжения (AVR), основным элементом которого служит автотрансформатор. Принцип его функционирования опирается на изменении количества витков одной из обмоток, в результате чего происходит изменение напряжения в сторону увеличения или уменьшения его значения.

Наличие AVR в ИБП позволяет не включать каждый раз автономный режим при незначительном отклонении напряжения от нормативных показателей. Это значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

Профессиональные мультиметры, такие как CEM DT 9909, способны в течение длительного времени записывать значение напряжения. Применение такого прибора может помочь в выборе стабилизатора или ИБП

Согласно ГОСТ 29322-2014 допустимо 10-и процентное отклонение напряжения от эталонного значения на время не более чем 1 час. Все современные ИБП с регуляторами справляются с такими колебаниями.

Чистота выходящего сигнала

От модели инвертора, которая установлена в бесперебойник, зависит тип выходного сигнала. В идеале, кривой напряжения переменного тока должна быть синусоида. Но после преобразования через инвертор она принимает ступенчатый вид.

Чем больше количество ступенек в кривой зависимости мгновенного напряжения от времени, тем лучше качество переменного тока

Для некоторых устройств это важно. Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида

Для оборудования, которое содержит асинхронные электродвигатели (холодильник, кондиционер), трансформаторные блоки питания (качественная аудиотехника), блоки питания APFC (сервера и мощные вычислительные компьютеры) нужна чистая или хорошо аппроксимированная синусоида.

Ни один инвертор, а значит, и ИБП не выдает чистую синусоиду, чтобы не писали в рекламных брошюрах производители оборудования. Приближение выходящего сигнала к синусоиде оценивают через коэффициент нелинейных искажений (THD).

Выходящий от блока сигнал можно считать синусоидальным при THD<5%. У некоторых моделей, например IMV NetPro 2000, этот показатель равен всего 2%.

Где в доме нужен ИБП

Рынок ИБП очень разнообразен. Вы можете найти миниатюрные настольные устройства, предназначенные для обеспечения работы настольного компьютера с легким весом в течение 10 минут, или модули размером с морозильник, установленные в центрах обработки данных, способные поддерживать работу всего пула серверов.

Таким образом, можно потратить от сотни долларов на простой ИБП до тысяч. Самый важный шаг в выборе ИБП – это определить ваши потребности в энергии, прежде чем тратить с трудом заработанные деньги на функции, которые являются излишними (или, что ещё хуже, недостаточными) для вашей ситуации.

Во-первых, подумайте обо всех системах вашего дома или офиса, которые нуждаются в расширенной силовой защите от ИБП, чтобы оставаться в сети в случае сбоев питания или и того, и другого. У каждого читателя будет своя ситуация.

Наиболее очевидной системой будет ваш настольный компьютер. В нашем случае у нас есть два настольных компьютера – один в домашнем офисе и один в детской игровой комнате.

Менее очевидными, но все же важными являются любые вторичные компьютерные системы, такие как домашний медиасервер или сетевое устройство хранения, используемое для локальной резервной копии. В нашем случае в подвале имеется сервер медиа/резервного копирования.

В дополнение к основным компьютерам и вспомогательным компьютерам, могут быть и другие электронные устройства, которые вы захотите защитить от сбоев питания и продолжить работу в интернете? В нашем случае у нас также есть кабельный модем, маршрутизатор и узел Wi-Fi, которые мы хотели бы защитить от потери мощности.

Основные характеристики

Важная характеристика ИБП — его выходная мощность. От неё зависит суммарная мощность устройств, которые можно подключить к этому источнику. Для ее определения нужно:

• проверить мощность каждого устройства, которое будет работать через ИБП, и сложить все;
• переводим полученное на предыдущем шаге значение из ватт в ВА, для этого делим его на коэффициент мощности (cosϕ) равный 0,6;
• чтобы обеспечить запас, увеличиваем полученное значение на 20 %, то есть умножаем всё на 1,2.

Приведём пример расчёта. Допустим, у нас есть компьютер мощностью 250 Вт, монитор – 30 Вт и колонки 5 Вт.

Определяем их суммарную мощность:

Pw = 250 + 30 + 5 = 285 Вт.

Теперь можно узнать минимально допустимую мощность ИБП:

Pva = (Pw/0,6) * 1,2 = (285/0,6)*1.2 = 570 ВА

Бытовой ваттметр с розеткой

При определении мощности, потребляемой персональным компьютером, неправильно ориентироваться на мощность его блока питания. Определить реальное значение можно при помощи бытового амперметра или ваттметра с розеткой. Если такого прибора нет, то можно вычислить требуемую величину при помощи квартирного счётчика. Для этого нужно:

• отключить от сети все приборы, потребляющие электроэнергию;
• включить ПК и запустить на нём часто используемую программу;
• когда показания счётчика увеличатся на одну десятую киловатта, начать отсчёт времени до следующего изменения показаний;
• вычислить мощность, потребляемую компьютером по формуле: P = 100 * (60 / t), где t это время изменения показания счётчика на 0,1 кВт.

Следующим по важности параметром будет время, в течение которого ИБП сможет обеспечить функционирование подключенных к нему устройств при отключении электричества. Часто производители указывают значение, которое измерено при подключении максимальной нагрузки

Но обычно источник бесперебойного питания работает при мощностях, меньших максимальной, и время его автономной работы будет больше заявленного производителем. Увеличение продолжительности работы не пропорционально уменьшению величины нагрузки. При уменьшении суммарной мощности нагрузки в два раза время автономной работы может увеличиться в 2,5–5 раз, а при тройном падении нагрузки в — 4–9 раз.

При выборе источника бесперебойного питания нужно также обратить внимание на характеристики:

• напряжение на выходе устройства;
• время переключения — это время, в течение которого ИБП переходит от питания от электрической сети к работе от аккумуляторов.

Прежде чем покупать ИБП, нужно определить, какую технику вы будете к нему подключать — от этого зависит, сколько и какие разъёмы будут на выходе источника питания. Часто встречаются такие интерфейсы:

CEE 7 Schuko, или евророзетка, нужна для подключения Wi—Fi роутера или другой техники;

Разъёмы CEE 7 Schuko

IEC 320 C13, или компьютерные разъёмы.

IEC 320 C13 или компьютерные разъёмы

Полезным может также оказаться сам дисплей. На нём может отображаться важная информация: напряжение на входе и выходе устройства, уровень заряда аккумулятора, выдаваемая мощность.

ИБП с дисплеем

Источники бесперебойного питания, построенные по принципу двойного преобразования, а также некоторые линейно-интерактивные модели при работе выделяют много тепла и нуждаются в его отводе. Чаще всего для этой цели используется вентилятор, который издаёт шум

На этот момент также стоит обратить внимание

Это все основные характеристики ИБП.

Устройство и принцип работы ИБП

До того, как определиться, какой ИБП выбрать, необходимо ознакомиться с устройством в целом, а также принципом его функционирования. Среди главных составляющих выделяют различные модули:

• силовой;
• распределительный;
• контроля;
• управления;
• индикации;
• аккумуляторы.

Работает подобная техника по следующему принципу:

• В случае наличия стабильного напряжения в сети, которое отвечает определенным пределам, тогда проводится подача тока на выход ИБП. Это позволяет поддерживать заряд внутренних батарей от источника внешнего питания.
• Как только отключает свет, питание пропадает или оно может значительно отклоняться от номинальной мощности, в таком случае начинается активация выхода аппаратуры к инвертору, который дает ток на бытовые приборы от батарей.

Длительность функционирования определяется емкостью батареи, а также коэффициентом полезного действия встроенного инвертора. Немаловажным фактором является мощность используемой техники, которая питается от ИБП.

Продолжительность работы

Если ресурс батареи подходит к концу, то это не значит, что ИБП тоже становится непригоден. Его срок службы значительно выше, чем у аккумулятора. Получается, что вам будет достаточно лишь приобрести новую АКБ (данный вариант подходит в том случае, если она сменная). Просто посмотрите на дату изготовления.

Если по определённым причинам ИБП уже не производится и под него батарей завод-изготовитель уже не выпускает, то существует риск купить аккумулятор с истекшим сроком годности. Тогда самый надежный вариант – это купить новый «бесперебойник». Полная информация о производстве различных устройств всегда прописывается на сайте завода-изготовителя.