Экстремальное тестирование четырех моделей UPS

Легко заметить, что компьютерный мир сегодня - это погоня за мегагерцами и гигабайтами. Сделать мало-мальский апгрейд это забота как обладателя старенького ПК, так и владельца новейшего компьютера. Да без этого и нельзя, и в данной суматохе очень мало влияния уделяется вопросу электропитания. Максимум пользователь покупает качественный корпус, думая, что все неприятности у него позади. А ведь это не так, он всего лишь уменьшает вероятность их появления! Да, компьютер, собранный на базе дешевого  корпуса, больше подвержен риску, нежели его собрат, сделанный с применением качественной вещи. Но все равно есть несколько факторов, против которых не устоит ни один даже самый надежный корпус. Помочь здесь может только UPS (Uninterruptible Power System).

Для начала перечислим эти проблемы… Нередко напряжение в сети просто отсутствует, и тут не важно, долго или нет, если его нет хотя бы десяток другой миллисекунд, то блок питания просто не сможет питать компьютер. Произойдет экстренная остановка со всеми вытекающими из этого последствиями. Напряжение в сети может быть сильно завышено или занижено, и опять же блок питания или выключится, или сгорит. Да или просто пройдет кратковременная высоковольтная помеха, и лишний фильтр в виде UPS тут не помешает. Многие скажут: "Да, действительно печально, ведь при такой ситуации может сгореть практически весь компьютер." И опять немного не верно. Ведь если ПК стоит у вас на столе с целью игры Quake и прослушивания музыки, вам, конечно, будет жалко железа, но и софтовое "богатство" тоже жаль. А теперь представьте, что речь идет про компьютер и вообще каком-нибудь сервере. Бытует мнение, что после довольно краткого времени стоимость данных на этом ПК значительно превышает цену самого железа. Причем с этим я согласен на 100%. И если такой неприятный инцидент происходит, то вам уже будет не важно: было вызвано это неполадками на электростанции или кто-то по ошибке дернул рубильник в соседней комнате. Даже сложно представить, сколько проблем появляется  при утере бухгалтерской отчетности за пару лет. Естественно, такие документы должны архивироваться и бэкапиться, но никогда нельзя предусмотреть все. В любом случае материальные затраты будут велики. Не подумайте, что покупка UPS станет панацеей, и вам уже не придется думать о проблемах насущных. Это опять же только повысит ваши шансы успешно противостоять ударам судьбы в виде неполадок электросети. Источник бесперебойного питания – это лишь звено в длинной цепи надежности, состоящей из качественного блока питания, надежного винчестера, продуманного охлаждения, и т.д., и если вы считаете, что терять вам нечего, а все волнения напрасны, то он вам просто не нужен.

Для домашнего пользователя это устройство скорее предпочтительно, но необязательно. В данном утверждении я исхожу из доверия к своей электросети. А вот для офисных машин всех форматов и калибров   бесперебойник вещь обязательная. Иногда умиляешься, видя картину: крупный офис, компьютер ответственного менеджера, доступ осуществляется посредством специального электронного ключа или сканера отпечатков пальца, а собран этот ПК в средненьком корпусе, и никаким UPS’ом просто и не пахнет. В данной статье я попытаюсь изложить все необходимые теоретические основы процесса электропитания, для того, чтобы стало ясно, что да как, также буду рассмотрены основные понятия, применяемые в данной области. Ну и  напоследок устроим экстремальное тестирование. Для этого промоделируем все  возможные процессы, включая работу на полную мощность, короткое замыкание выхода и т.д.

Физика процесса

Данный раздел рекомендуется прочитать всем, кто не уверен в своих знаниях в этой области! Дело в том, что все процессы, связанные с переменным током, довольно сложны, и производители, пользуясь этим, порой пытаются ввести пользователя в заблуждение. Они указывают цифры, но "забывают" дать пояснение их значению, что может послужить причиной больших проблем. Итак, начнем. Нас пока (!) не интересует, что происходит внутри UPS, предположим, что это черный ящик, имеющий вход и выход. И там, и там действуют переменные напряжения, и все привычные законы для постоянного напряжения здесь уже не действуют. Тут мы можем видеть все привычные термины: сопротивление, мощность, напряжение, ток и проч., но важно понимать их суть. Например, сопротивление переменному току оказывают не только элементы цепи, в которых выделяется тепловая энергия (активное сопротивление), но и те элементы, где энергия периодически запасается в электрических или магнитных полях (реактивное сопротивление).  Реактивным сопротивлением обладают конденсаторы и катушки, однако наряду с этим катушка имеет и активное сопротивление, поэтому подходить к расчетам надо с учетом этого. Отсюда можно понять и значение трех видов мощности: активной, реактивной и полной. Под активной мощностью Р понимают среднее значение мгновенной мощности р за период Т:

Если ток равен , а напряжение на участке цепи равно , то

Данная величина измеряется в ваттах (Вт), и подводным камнем здесь служит именно этот .

Под реактивной мощностью Q понимают произведение напряжения U на участке цепи,  где протекает ток I и на синус угла между напряжением U током I.

Измеряется это величина в вольт-амперах реактивных (ВАр). Если , то и , и если , то и .

Полная же мощность S измеряется в вольт-амперах (ВА) и записывается в виде:

Эта величина характеризует ту мощность, которую источник может отдать потребителю, если последний будет работать при . Т.е. потребитель должен представлять собой чисто активное сопротивление, что бывает очень-очень редко. Все три мощности связаны графически. И отсюда же можно понять значение всей "загвоздочки" - .

Не буду далее напрягать вас, потому что этих начальных знаний вполне достаточно для того, чтобы осознать, на что (имеется в виду вид нагрузки) работает UPS.

Виды ИБП, краткие рекомендации 

Разделить все ИБП на виды можно, руководствуясь их внутренним строением и способом работы. Если отбросить все незначительные модификации, то можно выделить три основных вида: линейно-интерактивные, онлайн и оффлайн. “Золотой серединкой” является линейно-интерактивный источник. При нормальном входном напряжении нагрузка питается от сети через трансформатор, и, как правило, неплохой набор фильтров. Одновременно заряжается батарея, при “уходе” сетевого напряжения за установленные рамки автоматическое реле переключает нагрузку, и она питается от батареи через преобразователь. Вся суть вопроса заключена в качестве фильтров и времени переключения. Однако по соотношению цена/качество это оптимальный вариант. В бесперебойнике типа оффлайн нагрузка питается от сети через фильтр (и опять, как правило, не лучшего качества), одновременно идет заряд батареи. При экстренной ситуации происходит переключение на питание от батареи через преобразователь. Отсутствие хорошей фильтрации сетевого напряжения ставит нагрузку в опасность в штатном режиме при работе от сети. Самым надежным является вариант по схеме онлайн. Напряжение сети фильтруется и поступает на выпрямитель, который питает цепи заряда аккумулятора. Нагрузка питается через преобразователь от аккумулятора во всех режимах, это позволяет избавиться от такого момента, как время переключения, т.к. его просто нет. Такой ИБП дорог, но надежен. Его применение целесообразно для питания самой ответственной аппаратуры.

При использовании ИБП необходимо соблюдать несколько простых правил. Для начала необходимо определиться с нагрузкой. Общая потребляемая мощность нагрузки не должна быть ниже 30% от мощности UPS. В противном случае последний может, да и будет работать не корректно. Также максимальная мощность нагрузки не должна превышать 70-80% мощности источника.

Необходимо периодически “тренировать” ИБП, т.к. если он целый год простоит в дежурном режиме, то не факт, что при экстренной ситуации он сработает корректно. Хотя бы изредка дайте ему поработать от батарей 5-10 минут. Это позволит работать аккумулятору в правильном режиме (периодически должны происходить процессы зарядки-разрядки).

Не подключайте к выходу мощные нагрузки и нагрузки с кратковременным большим потреблением. Такие вещи есть в каждом офисе, это электрические чайники и лазерные принтеры. Мощность чайника 1-2 кВт, и хорошо от этого UPS’у не будет. Стартовая мощность лазерного принтера (из-за разогрева фьюзера) тоже может достигать киловатт. Это может казаться смешно, но происходит так часто, что не сказать про это нельзя.

Эксплуатируйте ИБП при правильной температуре и влажности. Не ставьте их в места с плохой вентиляцией, рядом с батареями, сырыми местами. Все это сократит срок службы прибора. Помните, что насекомые – злейшие враги такой техники.

Казалось бы, просто и элементарно, но если вы будете следовать этим советам, но вероятность поломки значительно уменьшится.