Ибп форма выходного напряжения ступенчатая аппроксимация синусоиды

Содержание

Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть II
Содержание
Содержание
Устройства, имеющие электродвигатели
Системы отопления
Устройства с импульсными источниками питания
Список моделей протестированных ИБП с кратким перечнем основных характеристик, измеренных в нашей лаборатории, а также некоторые рекомендации по выбору
Off-Line ИБП
Line-Interactive ИБП с выходным сигналом псевдосинусоидальной формы
Line-Interactive ИБП с синусоидальным выходным сигналом

Чистая синусоида VS её ступенчатая аппроксимация. Часть II

Содержание

В первой части публикации было рассмотрено, что такое ступенчатая аппроксимация синусоиды или, как ее еще называют, квазисинусоида, и как себя ведут светодиодные, люминесцентныелампы и устройства с трансформаторными источниками питания. Что ж, продолжаем эксперименты на эту тему.

Устройства, имеющие электродвигатели

Какие устройства с двигателями потенциально могут подключаться к системам питания с квазисинусом? В первую очередь электроинструменти вспомогательное электрооборудование — дрели, перфораторы, бетоносмесители, болгарки, шлифмашинки, погружные насосы и прочее подобное. В таких устройствах применяются коллекторные или асинхронные двигатели. В некоторых электроинструментах имеется встроенный регулятор мощности. Вряд ли данное оборудование будет запитываться от источника бесперебойного питания. В большинстве случаев для его автономного питания будет использован бензогенератор или мощный инвертор 12/220 В, например, в гараже, в котором нет электросети.

Сравним работу электроинструмента от розетки и от инверторного бензогенератора с квазисинусом. Параметры снимались при работе оборудования на холостом ходу, кроме насоса. Дополнительно проверялась работа под нагрузкой с целью оценить изменение мощности на валу.

По результатам данных тестов можно отметить неудовлетворительную работу электроинструмента и оборудования, имеющего в составе регулятор мощности. Это связано с тем, что большинство регуляторов мощности для переменного напряжения построены на симисторах или тиристорах, такие регуляторы часто называют диммерами. Так вот, диммеры могут правильно работать исключительно с синусоидальным напряжением. Так получилось не специально, просто, когда их придумывали, в исходных данных технического задания было написано, что напряжение будет синусоидальным.

В работе оборудования, не имеющего регулятора мощности, каких-либо значимых отрицательных изменений не отмечалось. При работе асинхронных двигателей от квазисинуса прослушивался характерный «звонкий» шум сердечника и обмоток частотой выше 50 Гц. Перегрева также не наблюдалось. При работе коллекторных двигателей из-за их шума оценить изменение звука не представлялось возможным.

Системы отопления

Часто возникает вопрос о возможности использования недорогих компьютерных источников бесперебойного питания (ИБП) с квазисинусом для резервного питания электрического оборудования в системах отопления — циркуляционных насосов, энергозависимых газовых котлов. В газовом котле с закрытой камерой сгорания кроме циркуляционного насоса установлен вентилятор принудительной тяги или, как его еще называют, вентилятор отвода продуктов горения. Проведем несколько тестов в этом направлении.

Как выяснилось, квазисинус не оказывает заметного негативного влияния на работу циркуляционного насоса. По крайней мере, непродолжительная работа от ИБП на время отключения основного электропитания уж точно ему не навредит. Единственный минус — это неприятные звуки, которые издает насос при питании квазисинусом.

Хуже дело обстоит с вентилятором принудительной тяги. При питании квазисинусом от ИБП вентилятор заметно снижал обороты и потребляемую мощность. А ведь в большинстве настенных газовых котлов установлены именно такие вентиляторы — асинхронные с одной обмоткой. Очевидно, что снижение производительности данного вентилятора негативно повлияет на процесс отвода продуктов горения, а значит на работу котла в целом.

Кроме того, в некоторых котлах применяется автоматическая регулировка оборотов данного вентилятора с целью оптимизации производительности котла. Так вот, регулировка эта также выполнена по принципу диммирования. А диммеры «плохо относятся» к квазисинусу, значит, поведение такого вентилятора может быть непредсказуемым.

Таким образом, если котел с закрытой камерой и имеет вентилятор принудительной тяги, то питание его квазисинусом настоятельно не рекомендуется.

В остальных случаях все не так страшно, но, не зная конструкции того или иного котла лучше не рисковать и не использовать ИБП с квазисинусом для его питания. Газовый котел — это серьезное оборудование, которое изначально рассчитано на питание синусоидальным напряжением.

Устройства с импульсными источниками питания

Как уже было сказано, недорогие ИБПв большинстве случаев выдают ступенчатую аппроксимацию синусоиды. И для временного резервного питания компьютеров это считается нормой. Посмотрим, как изменяются входные параметры импульсного блока питания компьютера при переходе на питание «аппроксимацией синусоиды». Блоки питания без корректора коэффициента мощности. Тестирование проводилось в режиме бездействия системы и при запуске стресс-теста, чтобы увеличить потребляемую мощность. Мониторы также не были забыты. Результаты ниже.

Что интересно, у некоторых устройств при питании квазисинусом электрические параметры даже улучшались. Например, в системном блоке № 1 потребляемая мощность не изменялась, но значительно увеличился коэффициент мощности, из-за чего уменьшился средний потребляемый ток. У системного блока с БП от Zalman данный эффект тоже имеется, но не так выражен.

Однозначно можно сделать вывод о совместимости блоков питания системников с квазисинусом.

Однако есть одно жирное «НО». В последнее время все большее количество моделей БП оснащаются корректором коэффициента мощности (PFC). Данные устройства призваны поддерживать коэффициент мощности как можно ближе к единице при питании от сети с синусоидальным напряжением, дабы не перегружать сеть большими пиковыми токами. Поэтому по определению БП с PFC корректно работают только с синусоидальным напряжением, но это не значит, что, если ИБП выдает аппроксимацию синуса, то любой БП с PFC работать с ним не сможет. На самом деле схемотехнические решения PFC могут быть разные и некоторые модели могут быть не восприимчивы к квазисинусу — это дело случая. Необходимо отметить, что квазисинус далеко не основная вероятная причина несовместимости ИБП и PFC. Но это уже совсем другая история.

А что с мониторами? У одного из тестируемых при питании квазисинусом энергетические параметры ухудшились, но незначительно. Блок питания ноутбука каких-либо проблем не показал. Так что данные устройства можно запитывать квазисинусом.

Подводя итоги всей публикации, можно сказать, что использование напряжения квазисинусоидальной формы для питания различного электрооборудования — это лотерея, даже для блоков питания компьютеров. Ведь любое оборудование на напряжение 220–230 В переменного тока разрабатывалось с условием, что форма этого напряжения будет синусоидальной. Всякие «аппроксимации» — это всего лишь допущения, которые возможны с той или иной степенью вероятности. Поэтому, если строится универсальная система резервного электропитания, форма и параметры ее напряжения должны быть идентичны параметрам промышленной электросети. В общем, квазисинус — это плохо.

Источник

Список моделей протестированных ИБП с кратким перечнем основных характеристик, измеренных в нашей лаборатории, а также некоторые рекомендации по выбору

Более пяти лет мы тестируем в нашей лаборатории ИБП (источники бесперебойного питания). За это время было накоплено большое количество материала, опубликованы десятки статей. Хороший специалист, в том числе и по нашим обзорам, без труда выберет ИБП под свои задачи.

Тем, для кого ИБП продолжает оставаться «черным ящиком» и «стабилизатором к компьютеру», предназначена первая часть этой статьи.

Каждый потенциальный покупатель ИБП должен четко представлять себе критерии выбора. Иначе есть риск купить самую красивую, недорогую и расхваливаемую продавцом «коробочку».

Мы рассмотрели типичные потребности разных категорий пользователей и в сжатом виде представляем их в этой таблице. Параметры идут в порядке важности для потребителя:

В предыдущей версии каталога ИБП мы свели все протестированные модели в единую таблицу. Сейчас понятна необходимость разделения ИБП по классам, исходя из их функциональных возможностей и типа применяемых батарей. Так, в первой таблице мы собрали все Offline ИБП, то есть ИБП, не регулирующие сетевое напряжение, а в случае выхода параметров сети за установленные производителем рамки переходящие на батарейное питание. Типично, эти ИБП оснащаются одним аккумулятором формата 150×65×95 мм (типичная емкость 7—9 А·ч) или даже аккумулятором меньшей емкости. Форма выходного сигнала у них — аппроксимированная синусоида. ИБП, использующие батарею емкостью менее 7 А·ч, выделены в отдельный, особо малый класс.

Во второй таблице мы собрали Line-Interactive ИБП с аппроксимацией синуса, то есть ИБП, оснащенные системой стабилизации сетевого напряжения (AVR) и выдающие на выходе аппроксимированную синусоиду. ИБП данной категории мы разбили по блокам соразмерно их батареям: особо малый класс — для ИБП, имеющих батарею емкостью менее 7 А·ч; малый класс — для ИБП, оборудованных одним аккумулятором типоразмера 150×65×95 мм; средний класс — для ИБП, имеющих батарею из двух аккумуляторов типоразмера 150×65×95 мм.

Третья таблица содержит ИБП с выходным сигналом в виде чистой синусоиды. Все протестированные ИБП этого типа были Line-Interactive, и по размеру применяемых батарей разделялись на два класса: средний (2 аккумулятора типоразмера 150×65×95 мм) и тяжелый (2 аккумулятора типоразмера 150×65×95 мм).

Мы оставили цветовую оценку для каждого параметра ИБП, но сравниваются ИБП теперь внутри своей таблицы и класса. Традиционно, розовый цвет означает низкую оценку, желтый — приемлемую, зеленый — хорошую. Итоговая оценка ИБП формируется как субъективное мнение автора, основанное на результатах тестирования и личном впечатлении. Все цветовые оценки подлежат сравнению только в пределах своего класса — так, например, для Offline ИБП допускается больший диапазон перехода на батарейное питание. Цветовая оценка стоимости формировалось как цена одного ватта реальной мощности. При этом учитывалось, что один ватт более функционального ИБП стоит несколько дороже менее функционального.

Фирма. Наиболее частый вопрос, который задается в магазине: ИБП какой марки хорошие? По нашему мнению, покупатель получает то, за что заплатил. Вся продукция этого сегмента рынка производится в Китае и продается под разными брендами. Часто ребрендер даже не меняет дизайн передней панели корпуса, а то и вовсе отправляет на полки магазинов изделия с пустым прямоугольником на корпусе — «наклей сам свой любимый бренд». Конечно, есть и «монстры» индустрии, например широко известный APC. У них собственные дизайн и схемотехника, но необходимость ценовой конкуренции с продукцией «Поднебесной» привела к переносу производства… в Китай. С целью удешевления была упрощена и конструкция… Легендарного некогда качества уже давно нет. Тем не менее, качество китайских ИБП существенно различается. ОЕМ-производители производят ИБП согласно полученному техническому заданию. Для разных заказчиков результаты весьма различаются, в том числе и по качеству применяемых компонент.

Мощность. Типичный городской домашний пользователь ПК крайне редко нуждается в долгом времени работы своего компьютера от батареи. Обычно ему достаточно «сохраниться» и выключить компьютер. На такой случай вполне хватит ИБП с мощностью, равной максимальной мощности всех подключенных потребителей. Мощный игровой компьютер с топовой видеокартой может потребовать свыше 1000 Вт (1500 VA). Для типичного домашнего компьютера с монитором диагональю 24″ это 600 Вт (900 VA). Если у вас 19″ монитор с LED-подсветкой, компьютер с низкопотребляющим процессором и встроенным видео, то вполне достаточно и 400 Вт (650 VA). ИБП меньшей мощности для питания ПК с монитором приобретать не рекомендуется, но их можно использовать для питания, скажем, радиотелефона: это позволит не остаться без связи и во тьме. Для офисного использования бывает важно время работы, но оснащать все компьютеры мощными ИБП будет экономически неоправданно. Оптимальным решением, на наш взгляд, является покупка мощного ИБП на несколько компьютеров. Сервер и коммуникационное оборудование должны быть запитаны от отдельного ИБП.

Время. Для оценки времени работы от батареи мы использовали «эталонный» компьютер, работавший в режиме воспроизведения видео. Конфигурация компьютера:

Процессор	AMD Sempron 3000+ Box
Системная плата	Foxconn 761GXK8MC-S
Память	512 МБ Corsair DDR400 VS512MB400
Видеоадаптер	ATI Radeon X700
Жесткий диск	ST360020A
Монитор	15″ Viewsonic G655
Блок питания	FSP400-50THN-P

Ранее оценка продолжительности работы от батарей нами выставлялась по следующему критерию: если результат деления времени работы от батареи на заявленные производителем вольт-амперы оказывался менее 1,3 (эмпирическая оценка, взятая «с потолка»), значит, эффективность низкая, и вольт-амперы не подкреплены соответствующей батареей — выделено красным. Если результат составил от 1,3 до 2,0 — то это хороший показатель, выделено желтым цветом. Все, что больше 2,0 — зеленый цвет, высокая эффективность.

Наш новый подход следующий. Во-первых, продолжительность работы теперь оценивается внутри каждого класса ИБП; мы больше не будем сравнивать бюджетные бытовые ИБП на 500 VA с промышленными ИБП на 2000 VA. Во-вторых, мы считаем среднее значение по классу, и:

если ИБП обеспечивает показатель на уровне 65% от среднего значения или выше — это хороший результат, выделено зеленым цветом;
если ИБП обеспечивает время работы на уровне от 35% до 65% — результат удовлетворительный, выделено желтым цветом;
ну, и ИБП, которые не дотянули до 35% от среднего уровня, считаются неэффективными и выделены красным цветом фона.

Форма сигнала. Все ИБП делятся по форме выходного сигнала на синусоидальные и аппроксимированные. Современные импульсные БП некритичны к форме сетевого напряжения. Трансформаторные БП могут выйти из строя при питании их аппроксимированным синусом. Двигатели переменного тока вообще не работают с аппроксимированным сигналом. ИБП с синусоидальным сигналом создают меньше радиопомех. С другой стороны, инвертор синусоидального сигнала более сложен, имеет более низкий КПД. Если вам нужно питать только ПК с монитором, то вам не важно — синус у него на выходе или аппроксимация.

Интерфейс и ПО. Управляемый ИБП подключается к ПК посредством интерфейсного кабеля. Интерфейсы используются двух типов: RS-232 (COM-порт) и USB. Практически нет смысла покупать ИБП с интерфейсом RS-232 , он скоро может вообще исчезнуть с современных материнских плат. В некоторых недорогих ИБП интерфейс USB может быть только транспортом, а логически это будет коммуникационный порт RS-232. Встречается и совсем экзотика: например, был ИБП, который при подключении к ПК определялся как геймпад . По моему опыту, очень мало кто настраивает прилагаемый софт и покупает дополнительные кабели. Если вам важна функция автовыключения компьютера, обратите свое внимание на ИБП с поддержкой стандарта Smart Battery и интерфейсом USB. В таблице (и в Диспетчере устройств Windows) такие ИБП обозначены значком .

AVR. ИБП с хорошей работой AVR нужны там, где напряжение электросети нестабильно. Об этом свидетельствуют часто перегорающие в момент включения лампочки накаливания, равно как и лампочки, святящиеся тускло и с мерцанием. ИБП, AVR которых обеспечивает стабильность выходного напряжения лучше 195—250 В, обозначены в таблице зеленым цветом; те, что укладываются в диапазон 185—260 В, помечены желтым, а ИБП, помеченные красным, использовать следует крайне осторожно, так как при падении напряжения или перенапряжении в сети, они не могут обеспечить работоспособность и сохранность подключаемого оборудования.

Фильтр по питанию. Правильный фильтр по питанию состоит из конденсаторов и дросселей (LC-фильтр); ИБП, имеющие такой фильтр, отмечены зеленым цветом. В фильтре попроще дроссели заменяются на резистор, а конденсатор используется один — они отображены желтым. Красным цветом обозначены ИБП без фильтра, а иногда только с варисторным ограничителем. На самом деле, для современной техники фильтр не является категорической необходимостью. Если он есть — хорошо. А вот если его нет, внимательнее присмотритесь к выбираемой модели: обычно в таких ИБП экономят не только на фильтре.

Защита телефона и компьютерной сети. Обычно на ИБП есть пара разъемов типа RJ-45 (Ethernet) или RJ-11 (телефонный). Предполагается, что включив туда модем и сетевую плату, мы их защитим от перенапряжения на линии. Телефонная защита обычно оправдана, надо только проверить прохождение звонка. Необходимость защиты сети Ethernet силами ИБП спорна, так как в защите нуждаются лишь протяженные (свыше 100 метров) линии связи. Если у вас внутренняя сеть в квартире или офисе (или сеть разведена «от щитка»), использовать защиту смысла нет. А если кабель идет от вас на чердак, а оттуда — на соседний дом, то лучшим решением будет поставить простенький свитч на 5 портов и/или отдельную грозозащиту.

Шум. Является важным параметром для домашнего использования. Все ИБП издают шум при работе от батареи, но некоторые — еще и при зарядке батарей. В общем случае лучше выбрать ИБП без вентилятора, хотя если эта модель будет устанавливаться в серверной комнате, то значение данного параметра может быть сведено к нулю. Шум можно оценить при покупке, сначала включив ИБП от батареи, а потом воткнув в сеть. ИБП бесшумные (условно бесшумные, так как всегда есть щелчки реле во время переключения AVR и едва уловимое гудение трансформатора) в режиме работы от сети и во время зарядки батарей отмечены зеленым цветом. ИБП, издающие во время работы от сети шум, который можно услышать с расстояния 1 метр, отмечены желтым. Ну, и ИБП, шум которых слышен явно, отмечены красным. ИБП, имеющие вентилятор, обозначены знаком . Вентиляторы также имеют разные схемы включения: он может быть включен постоянно, включаться только при работе от батарей, иметь плавную или ступенчатую схему регулировки оборотов… Все это будет отмечено в комментариях к пиктограмме вентилятора.

Зарядка батареи. Зарядная схема ИБП должна обеспечить оптимально быструю зарядку батареи до нужного напряжения. Слишком быстрая зарядка, как и зарядка до повышенного напряжения, приводит к преждевременному износу батареи. Медленная не обеспечивает своевременной повторной готовности ИБП, а низкое конечное напряжение заряда не позволяет использовать всю емкость батареи. Мы считаем оптимальным конечное напряжение заряда в диапазоне от 13,6 В до 13,8 В в расчете на один 12-вольтовый аккумулятор. Выход за эти пределы более, чем на 0,2 В в любую сторону, говорит о том, что схема зарядки реализована плохо. Оптимальное время зарядки батареи до уровня 90% — от 4 до 6 часов. Если на зарядку батареи до уровня 90% ИБП требуется менее двух или более 20 часов — работа схемы зарядки реализована неудовлетворительно.

Off-Line ИБП

Таблица основных потребительских характеристик Off-Line ИБП:

Модель

Мощность, Вт

Время работы

Переход на АКБ

Фильтр сетевой

Фильтр RJ

Форма сигнала

Зарядка

Шум

Индикация

Интерфейс

ПО

Дизайн

Комплектация

Гарантия

Цена

ИБП особо малого класса, с батареей емкостью менее 7 А·ч

AEG Protect Home.600

300

6:50

$76(1)

PCM WOW 500U

250