Як вибрати джерело безперебійного живлення?

У цій статті ми розповімо про те, які безперебійники краще підійдуть для тих чи інших завдань і на що варто орієнтуватися при виборі.

Зміст:

Можливості сучасного ДБЖ

Типи ДБЖ

Призначення

Вибір за характеристиками

• акумулятори

• тип вихідного сигналу

• потужність

• додаткові можливості

Підсумки. Який ДБЖ вибрати залежно від завдань

Можливості сучасного ДБЖ

Насамперед джерело безперебійного живлення призначене для підтримки безперервної роботи підключених до нього електроприладів. Другою за значенням корисною властивістю є здатність деяких ДБЖ відсікати електричні перешкоди та перепади напруги (на це здатні безперебійники з автоматичною стабілізацією). Звичайно, в умовах коли електрика може з'явитися чи зникнути будь-якої миті - подібні перепади не рідкість. Залежно від типу безперебійника це може бути звичайне перемикання живлення з мережі на батарею (функція мережевого фільтра) або подвійне перетворення струму, що згладжує всі електричні перешкоди.

Типи ДБЖ

Усього є три основних типи UPS-ів, які, багато в чому визначають їх призначення, приблизну вартість і функціонал.

Резервні (off line)

Такі ДБЖ при будь-яких критичних змінах електричного сигналу виконують роль мережевого фільтра, перемикаючи пристрій, що підтримується на акумулятор. Це найдоступніше рішення, яке має певні недоліки. Найважливіші це:

• час перемикання на автономне живлення більше 5 мс. Деякі типи техніки в такому режимі можуть встигнути вимкнутись;

• чутливі до стрибків напруги. Так як резервні ДБЖ не оснащені додатковим захистом від перепадів  - це призводить до передчасного зношення акумулятора;

• зазвичай в такі безперебійники встановлюють батарею невеликої ємності, розраховану лише на те, щоб дати час коректно відключити пристрій.

Інтерактивні

Конструкція головної мікросхеми та принцип роботи практично ідентичні ДБЖ резервного типу, але з однією відмінністю – на вхід доданий регулятор напруги. Тому інтерактивні UPS не так часто перемикаються на батарею, що суттєво подовжує термін її служби. У них також є певні недоліки:

• час перемикання до 1-2 мс, це швидше ніж резервні, але для чутливих приладів типу електричних котлів цього може виявитися недостатньо;

• напруга регулюється ступінчасто, в результаті на виході отримуємо сигнал у вигляді не апроксимованої синусоїди. Однак інтерактивні ДБЖ з вихідним сигналом у вигляді правильної синусоїди також зустрічаються.

Інверторні (online)

У інверторних UPS перетворення струму здійснюється двічі: вперше на вході – зі змінного в постійний, вдруге на виході – з постійного у змінний. У ланцюзі такої мікросхеми акумулятор знаходиться між випрямлячем та інвертором, тобто на нього потрапляє вже випрямлений струм без перешкод. Затримки при перемиканні живлення від акумулятора практично немає (вірніше вона мізерно мала). Відносно інтерактивних та резервних ДБЖ, у середньому, коштують дорожче на 20-30%.

Призначення ДБЖ

Залежно від типа й характеристик ті чи інші ДБЖ можуть підійти для різних задач. Давайте розберемо кілька основних призначень:

• для персонального комп'ютера. У цьому випадку ДБЖ необхідний, щоб встигнути коректно вимкнути комп'ютер. Оскільки блок живлення ПК сам перетворює струм, то сигнал у вигляді правильної синусоїди не є ключовою вимогою для комп'ютерного безперебійника. Тут варто звернути увагу насамперед на достатній для коректного завершення процесів час роботи від акумулятора;

• для систем відеоспостереження чи серверів. Для цих завдань використовуються інверторні ДБЖ з можливістю підключення зовнішнього акумулятора без затримки перемикання з вхідним сигналом у вигляді ідеальної синусоїди;

• для газових котлів та великої побутової техніки. Сучасний двоконтурний котел оснащений електродвигуном дуже чутливим до якості вхідного сигналу – синусоїда має бути ідеальною. Тому для котлів використовують переважно інверторні ДБЖ достатньої потужності. Подібні рішення підходять і для іншої великої побутової техніки, наприклад, холодильника;

• для дому. Ця категорія досить умовна, адже виробники орієнтуються на більш конкретні завдання. Однак в умовах війни та постійного відключення електроживлення важливо мати надійне джерело живлення для аварійних ситуацій. Для цього підійдуть інверторні промислові ДБЖ з тими якостями, які важливі для серверів та систем відеоспостереження, тільки вам доведеться додатково врахувати безліч факторів: наявність достатньої кількості потрібних розеток та фільтрів на безперебійнику, наявність у продажу запасних батарей, їх загальну ємність та потужність, величину пускових струмів техніки, що підключається. Тим не менш, подібні рішення, залежно від підсумкової потужності, можуть якийсь час підтримувати працездатність усіх електроприладів навіть у заміському будинку.

Вибір ДБЖ за характеристиками

Перш ніж перейти до обговорення важливих характеристик ДБЖ, потрібно проговорити один важливий нюанс. Щоб точно розрахувати необхідну ємність батареї і потужність безперебійника, потрібно врахувати безліч параметрів. Річ у тім, що прилади, котрі підключаються, не завжди будуть працювати на повній потужності, у більшості пристроїв будуть різні вимоги до напруги, що подається на них, тощо. Тому ми наведемо до розрахунку загальні формули та розповімо як передбачити “запас” під ті параметри, які дуже складно точно спрогнозувати.

Як розрахувати необхідну ємність акумулятора?

Детально про специфіку вибору акумулятора для ДБЖ ви можете прочитати в нашому блозі. Тут ми лише наведемо загальний принцип підбору батареї за ємністю.

Природно, нас цікавить не сама ємність, а прогнозований час роботи. Але ці параметри пов'язані, тому виходячи з ємності ми можемо розрахувати приблизний час.

1. Визначте загальну потужність всіх приладів, що підключаються до безперебійника. Наприклад: котел – 420 Вт, роутер 35 Вт, ноутбук 95 Вт – у результаті 420+35+95 = 550 Вт;

2. Обчисліть приблизно необхідну ємність батареї з розрахунку, що на 1 годину роботи при навантаженні 100 Вт необхідно ~ 11 Аг (Ампер годин) ємності. Тобто для загальної потужності приладів, що підключаються, в 550 Вт знадобиться акумулятор на 60,5 Аг.

3. Щоб врахувати зношування батареї, а також її електричні ТТХ (зокрема номінальна напруга) можна використовувати більш точну формулу:

E = (P * T / V) + 20-30%

Тут E - потрібна ємність акумулятора у Ампер-годинах, P - загальна потужність всіх пристроїв, що підключаються в Ваттах, T - необхідний час автономної роботи в годинах, а V - номінальна напруга батареї у Вольтах. 20-30% до підсумкової цифри ми додаємо з огляду на знос батареї з часом.

Тип вихідного сигналу (синусоїда напруги)

Є два типи вихідного сигналу апроксимована (модифікована, ступінчаста) або правильна (чиста) синусоїда. По суті, тип синусоїди відображає точність, з якою ДБЖ може регулювати напругу. Що менша ця точність, то більший шанс, що за перепаду напруги воно досягне критичних значень.

Різниця між фактичною і заявленою напругою в ДБЖ зі ступінчастою синусоїдою може сягати 10%. Це неприйнятно для техніки, що вимагає високої точності подачі напруги, наприклад, котлів, систем відеоспостереження і т.д.

Потужність ДБЖ, як її розрахувати

Виробники UPS вказують або номінальну потужність пристрою – у Ваттах (В) або відносну у Вольт-Амперах (ВА). Грубо, загальну необхідну потужність у Вольт-Амперах розраховують додавши приблизно 60% до загальної потужності у Ваттах.

Для великої побутової техніки (наприклад, холодильники) доведеться також враховувати такий параметр, як пускові струми. У момент старту колекторного двигуна* навантаження на джерело живлення (ДБЖ) різко збільшується. Щоб забезпечити запуск подібної техніки необхідна пікова потужність, що в 1,5-2 рази перевищує потужність на якій вона працює постійно.

* Інверторні двигуни не вимагають запасу потужності для коректного старту.

Наведемо приклад: у вас холодильник з колекторним двигуном на 1000 Вт, значить для його підтримки знадобиться ДБЖ з максимальною потужністю 1500-2000 Вт або ~2350-3200 ВА.

Додаткові можливості ДБЖ

Можливість підключення зовнішнього акумулятора (або кількох). У потужних ДБЖ, розрахованих на підтримку багатьох різних приладів, акумулятор зазвичай зовнішній. Батареї необхідної ємності у продажу може й не бути, тоді доведеться створювати контур із кількох АКБ. Щоб їх ємність підсумовувалася, необхідно з'єднати їх послідовно (докладніше про послідовне та паралельне підключення читайте в Вікіпедії). 

Підключення до генератора. Якщо ДБЖ підтримує підключення генератора, ви можете заощадити на кількості акумуляторів. Електрогенератор, що працює на дизелі або бензині, можна запустити за 10 хвилин до того, як акумулятор повинен розрядитися. Однак тут потрібно врахувати два моменти:

• можливість підключення генератора має бути передбачена у вашій конкретній моделі ДБЖ;

• генератор досить шумний.

Холодний старт. Функція, яка дозволяє запустити пристрій (наприклад, ПК) за рахунок акумулятора UPS.

Наявність необхідних роз’ємів. Відповідні роз'єми на корпусі ДБЖ для заряджання та підключення дрібних гаджетів (USB Type-C, Micro-USB і т.д) можуть допомогти підживити цільові гаджети безпосередньо від безперебійника.

Підсумки. Який ДБЖ вибрати в залежності від завдань

1. Можливість коректно вимкнути прилади із невеликим запасом часу (10-15 хвилин). Наприклад, робочий ПК, на якому необхідно зберегти всі дані та правильно його вимкнути. Для цього підійдуть резервні або інтерактивні ДБЖ з акумулятором на 2-3 Аг.

2. Підтримка працездатності важливих електроприладів кілька годин і більше. Найактуальніший для блекаутів сценарій при якому знадобиться інверторний (гібридний) ДБЖ із зовнішнім акумулятором та можливістю підключення кількох АКБ. Необхідно чітко розуміти які саме прилади ви підключатимете до безперебійника і обчислити їх загальну потужність. Наприклад, щоб підтримувати роботу зв'язки: газовий котел, роутер, ноутбук, домашнє освітлення, телевізор 10 годин – може знадобитися безперебійник з потужністю 800 Вт і акумулятором (або комплектом АКБ) на 800-1000 Аг*;

3. Для газового котла. Потрібен ДБЖ з правильною синусоїдою. За звичних умов вистачає безперебійника з невеликим акумулятором. Але зараз, коли часто відключають електроенергію, краще підібрати батарею, здатну забезпечити 3-4 години автономної роботи котла. Великим плюсом буде підтримка функції холодного старту.

* Таке рішення, безумовно, буде дорогим. І після необхідних підрахунків можна приблизно визначити що виявиться вигіднішим - використовувати окремі, відносно бюджетні ДБЖ для основних приладів і купити потужний електрогенератор для живлення будинку або купувати великий потужний і дорогий ДБЖ, а електрогенератор до нього або не купувати, або брати за залишковим принципом для підтримки.

Можна заощадити на загальній потужності та ємності батарей UPS, якщо “зняти” з нього частину навантаження. Запасіться повербанками для дрібних гаджетів, ліхтариками та батарейками, а також газовим пальником, що працює на змінних балонах – щоб готувати. Холодильник може зберігати холод до 3-4 годин після відключення електрики (якщо його не відкривати), тобто його можна підключати до безперебійника не відразу. Все це істотно "розвантажить" ДБЖ і дозволить заощадити на його покупці.