Итак, основные возможности и параметры бытовых сетевых фильтров:
1. Ограничение высоковольтных помех.
2. Фильтрация (подавление) импульсных помех (максимальный ток помехи 20 000 А; максимальное напряжение помехи до 6000 В: максимальная рассеиваемая энергия помех порядка 700 Дж. Ослабление высокочастотных помех от 20 до 40 дБ, в зависимости от диапазона).
3. Максимальная мощность нагрузки 2200 Вт (регулировка порога срабатывания по мощности от 75 Вт).
Дополнительные сервисные возможности:
1. Число розеток от 3 до 12 и более.
2. Выключение обоих проводов, то есть и нулевого, а не только фазного.
3. Индикация неправильного подключения питания.
4. Длина сетевого шнура до 5 м.
Очевидно, что относительная небольшая мощность бытовых сетевых фильтров допускает их использование для организации электропитания небольших ЛВС — не более 4–5 компьютеров, и то при условии использования маломощного сервера.
Для фильтрации сети, питающей ЛВС с большим количеством рабочих станций и имеющих в своем составе мощные сервера, а также подсистемы хранения информации, используются промышленные фильтры типа ФП (от ФП-4 до ФП-16), а также более современные — типа ФСП и ФСПК. Основные характеристики фильтров типа ФСП и ФСПК приведены в табл. № 2.
Данные фильтры обеспечивают затухание помех не менее 60 дБ в диапазоне частот от 0,15 до 1000 МГц.
Из таблицы видно, что для фильтрации однофазной сети достаточно одного фильтра. Для трехфазной сети используют два фильтра. Заземление фильтров обязательно.
Кроме того, промышленностью освоен выпуск фильтро-симметрирующих устройств (ФСУ). ФСУ обеспечивает повышение качества электропитания потребителей в четырехпроводных трехфазных сетях напряжением до 380 В, частотой 50 Гц, выравнивание несимметрии фазных (линейных) напряжений, снижение нелинейных искажений, подавление фазных и линейных импульсных напряжений, демпфирование колебаний сетевого напряжения в милли- и микросекундном диапазонах, сохранение вторичного трехфазного напряжения при обрыве в одной из фаз первичной цепи, надежное функционирование ответственных электроприемников в низковольтных сетях с нелинейными, несимметричными и нестационарными нагрузками, электромагнитную совместимость силового и электронного оборудования в низковольтной сети, подавление опасных сигналов в цепях электропитания средств вычислительной техники. Большого распространения пока не получили.
Но любой фильтр не способен защитить аппаратуру при плавных изменениях входного напряжения. В этом случае можно использовать стабилизатор напряжения (электронный или ферро-резонансный), который стабилизирует выходное напряжение. Плохие динамические характеристики старых (например, применявшихся для питания телевизоров) феррорезонансных стабилизаторов при резком изменении напряжения и величины нагрузки ограничивают возможности их применения для питания компьютеров. Существуют и современные варианты таких стабилизаторов на активных компонентах, разработанные специально для питания компьютеров. Но по своей цене они сопоставимы с ценами на источники бесперебойного питания и не получили широкого распространения.
От плавного изменения входного напряжения и, что особо важно, от внезапного пропадания напряжения сети предохраняют только источники бесперебойного питания, которые нашли широкое применение в ЛВС. По техническим требованиям источники бесперебойного питания должны обеспечивать функционирование всего оборудования ЛВС в течение от 7 до 12 минут, что позволяет корректно завершить вычислительный процесс и дает возможность правильно выключить аппаратуру. В обиходе источники бесперебойного питания называют сокращенно — «ИБП» или «ЮПИЭС» (иногда — «УПС» от английского UPS — Uninterruptible Power System).
В состав источников бесперебойного питания любой системы обязательно входят аккумуляторные батареи, выпрямитель входного напряжения и инвертор, обеспечивающий напряжением переменного тока подключаемую к нему нагрузку.
В особо оговариваемых случаях UPS могут комплектоваться трехфазными выходными трансформаторами для обеспечения гальванической развязки входных и выходных цепей.
Источники бесперебойного питания различают по классам (режимам работы). Существуют блоки Off-Line (Stand-By), Line-Interactive и On-Line. В Offline UPS (рис. 11) нагрузка при нормальной работе получает питание от сети, выпрямитель обеспечивает подзарядку аккумулятора.
Рис. 11.Блок-схема ИБП:
а — класса Off-Line; б — класса On-Line
При пропадании входного напряжения включается инвертор и нагрузка переключается на него за несколько миллисекунд. По восстановлении входного напряжения происходит обратное переключение, аккумулятор снова подзаряжается.
UPS Line-Interactive работает аналогично Off-Line, но имеет дополнительную возможность ступенчатой стабилизации при длительных «проседаниях» входного напряжения обычно посредством перекоммутации первичных обмоток входного трансформатора.
On-Line UPS обладают лучшими характеристиками. В них нагрузка получает питание всегда от инвертора. Инвертор получает постоянное напряжение от сетевого выпрямителя или аккумулятора. Схема обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения при питании как от сети, так и от аккумулятора. Для данной структуры естественна гальваническая развязка входа и выхода и отсутствие переходных процессов на выходе при переключении на резервное питание.
Для работы в условиях сильных колебаний питающего напряжения (например, в сельской местности) хорошую защиту обеспечат только UPS классов On-Line или Line-Interactive.
Источники бесперебойного питания имеют множество параметров, из которых особенно существенны следующие.
Выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах. Она должна быть не меньше, чем сумма мощностей, потребляемых устройствами, которые питаются от данного UPS. При этом следует принимать во внимание не только среднюю потребляемую мощность, которая обычно указывается в паспорте или на задней стенке устройства, а еще и пиковую при включении. Пиковая мощность может превышать среднюю в несколько раз. Особенно это заметно на лазерных принтерах (во время запуска они могут потреблять пятикратную мощность), и именно по этой причине их запрещают питать от маломощных UPS. В отдельных моделях маломощных ИБП для подключения принтеров используется дополнительная отдельная розетка, напрямую соединенная со входом ИБП (так называемая «белая розетка»).
Если в один UPS включены несколько устройств с допустимой суммарной потребляемой мощностью, то при их одновременном включении (например, общим выключателем сетевого фильтра) возможна перегрузка и просадка выходного напряжения UPS. При этом некоторые импульсные блоки питания могут и не запуститься. Проблема в данном случае может быть решена установлением очередности включения программными или административными средствами.
Число фаз входного и выходного напряжения. Источники небольшой мощности (до единиц кВА), как правило, однофазные. Более мощные источники могут иметь трехфазный вход, выход. Трехфазный выход большинства UPS предназначенных для питания компьютеров и прочих однофазных потребителей, можно рассматривать скорее как недостаток, а не как достоинство. так как приходится решать проблемы симметрирования нагрузки и защиты нулевого провода. В последнее время появились мощные UPS, которые при питании от трехфазной сети обеспечивают выход.
Форма выходного напряжения. В идеале она должна быть синусоидальной. Коэффициент гармоник выходного напряжения у лучших моделей не превышает 1–3 %.
В простейших моделях ИБП генерируется меандр, сглаживаемый фильтром нижних частот.
Порог переключения — уровень напряжения, при котором происходит переключение на резервное питание.
Этот параметр влияет на срок эксплуатации батарей, однако его снижение в UPS Off-Line, облегчая режим батарей, ухудшает стабильность выходного напряжения.
Время переключения на резервное питание (обычно 1-10 мс) влияет на стабильность работы подключенной аппаратуры. Если блок питания аппаратуры перегружен (или плохо спроектирован), то просадка напряжения во время переключения может привести к сбою или зависанию.
Время работы от резервного источника, зависящее от емкости, степени заряда батареи и величины нагрузки, должно обеспечивать закрытие приложений на защищаемых компьютерах для предотвращения потери данных. При необходимости для увеличения времени работы в комплект UPS могут входить дополнительные стойки с аккумуляторными батареями.
Ряд моделей маломощных ИБП чувствительны к «полярности» подключения питания. У них есть явные обозначения входных клемм, на которые должны приходить нуль, фаза и защитное заземление. Если нуль и фаза будут перепутаны (ИБП обнаружит значительное напряжение между клеммами нуля и земли), блок может отказаться запускаться (иногда сообщая об этом световым или звуковым индикатором). Переворот питающей вилки снимает проблему.
При необходимости выбора ИБП средней и большой мощности следует учесть, что наиболее перспективными в настоящее время считаются ИБП с дельта-преобразованием (семейства Silcon).
В устройствах с использованием дельта-преобразования время работы при 100 %-ной перегрузке ограничено только зарядом батарей. Конечно, подобный режим работы считается неестественным или аварийным, и нагрузка отключается задолго до полного разряда батарей. Кроме того, большую часть времени работы ИБП с дельта преобразованием на выход системы подается лишь немного откорректированный входной ток, а потому можно использовать значительно более компактные инверторы, чем в аналогичных по мощности ИБП с двойным преобразованием, где к тому же требуется постоянное охлаждение.
Модели ИБП семейства Silcon обладают широким диапазоном выходной мощности — от 10 до 480 кВт. Можно установить до девяти параллельно работающих ИБП Silcon с дополнительным оборудованием (или до четырех ИБП без него).