Третий вариант исполнения параллельной структуры использует принцип двухуровневой системы («master-slave»). В этой схеме один из модулей «master» управляет распределением нагрузки между другими «slave» модулями.

Четвертый вариант. Наиболее перспективным выглядит вариант с резервируемой параллельной архитектурой (Redundant Parallel Architecture RPA). В этой структуре (рис. 4.7) резервируются не только модули, но и связи между ними, причем в случае необходимости любой модуль способен выполнять функции ведущего. Только для такой архитектуры свойственно наращивание мощности, отсутствие шунтовых цепей, при этом гарантируется постоянная защита нагрузки с помощью ИБП. Достоинством системы является также возможность наращивания мощности системы под выполняемые задачи.

Основные технические характеристики ИБП

Форма питающего напряжения

Немаловажное значение для нагрузки имеет именно эта характеристика источника бесперебойного питания. В режиме работы ИБП от аккумуляторных батарей на нагрузку может подаваться выходное переменное напряжение близкое к прямоугольной форме («меандр»), из-за сглаживающих свойств фильтров, аппроксимированная синусоида и чистая синусоида. Наиболее близкая к синусоиде форма выходного напряжения достигается применением широтно-импульсной модуляции. Получение синусоиды в качестве питающего напряжения характерно только для архитектуры On-line и некоторых устройств Line-Interactive.

Мощность

Полная или выходная мощность (output power). Обозначается буквой S, единица измерения — VA или Вольт-Амперы. Представляет собой геометрическую сумму активной и реактивной мощностей. Параметр вычисляется как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения, его значение указывается производителем ИБП.

Активная потребляемая нагрузкой мощность. Обозначается буквой Р и измеряется в ваттах. При отсутствии реактивной составляющей в сети совпадает с полной мощностью. Вычисляется как произведение полной мощности на косинус угла j, где j — угол сдвига фаз векторов линейных напряжения и тока, т.е. Р = S cosφ. Типовое значение cosj для персональных компьютеров соответствует значению 0,6...0,7. Эта величина называется коэффициентом мощности. Очевидно, что для выбора требуемой мощности для ИБП необходимо мощность нагрузки в ваттах разделить на величину cosφ.

Реактивная — обозначается буквой Q и вычисляется как произведение полной мощности S на синус угла φ (Q = S sinφ), единица измерения вольт-ампер реактивный (вар). Характеризует потери в питающих проводах за счет нагружающего их реактивного тока. При cosφ = 1 потери отсутствуют, вся мощность вырабатываемая источником питания поступает в нагрузку. Достигают этого за счет применения пассивных компенсирующих устройств или же активной коррекцией коэффициента мощности.

Диапазон входных питающих напряжений

Диапазон входных питающих напряжений (input voltage) — определяет пределы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник питания еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь на питание от батареи. Для некоторых моделей этот диапазон зависит от нагрузки. Например, при 100% нагрузке диапазон входных напряжений может составлять 15...20% от номинального, при 50% нагрузке — этот диапазон составляет 20...27% от номинального, а при 30% нагрузке — 40% номинального. Кроме того, параметр характеризует срок службы батарей, чем шире диапазон, тем дольше прослужат батареи.

Частота входного напряжения

Частота входного напряжения (input frequency) — характеризует диапазон отклонения частоты источника сети, при нормальных условиях эксплуатации отклонение частоты от номинального значения обычно не превышает 1 Гц.

Коэффициент искажения формы выходного напряжения

Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion — THD) характеризует отклонение формы выходного напряжения от синусоиды, единица измерения — проценты. Малые значения коэффициента соответствуют форме выходного напряжения, приближающейся к синусоидальной.

Время переключения режимов

Время переключения режимов (transfer time) характеризует инерционность ИБП, для различных источников составляет примерно до 4... 15 мс.

Допустимая нагрузка

Допустимая нагрузка (over load) характеризует устойчивость ИБП при перегрузках по мощности, задается в процентах по отношению к номинальной. Определяет устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам.

Время автономной работы

Время автономной работы определяется емкостью батарей и величиной нагрузки, нелинейно зависящей от последней. Для типовых ИБП небольшой мощности и персональных компьютеров оно составляет 5... 10 мин.

Крест-фактор

Крест-фактор (crest factor) — отношение пикового значения потребляемого тока к среднедействующему. Величина зависит от формы питающего напряжения.

Срок службы батарей

Срок службы батарей составляет 4 - 5 лет, однако реальный существенно зависит от условий эксплуатации: частоты переключений в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды.

Наличие холодного старта

Наличие холодного старта — возможность включения источника бесперебойного питания при отсутствии напряжения в питающей сети. Такая функция полезна при включении компьютера, например, для приема/отправки факса при отсутствии напряжения сети.

Соединение ИБП с ПК

Компьютер с источником бесперебойного питания соединяется посредством соединительного кабеля, вставляемого в электрические разъемы типа DB-9, DB-15, DB-25. Цифра в наименовании означает число контактов в разъеме, кроме того, добавляется суффикс F (female) или М (male), указывая на конструкцию разъема гнездового или штырькового исполнения. Друг с другом соединяются разъемы только противоположных суффиксов. Параллельные порты имеют разъем DB- 25F, в последовательных портах в стандарте IBM AT используется разъем DB-9M, в стандарте IBM XT — DB-25M.

Аккумуляторные батареи

Общие сведения

Источником, энергия которого используется для питания ПК в критических режимах работы, служит аккумуляторная батарея. Аккумуляторы, используемые в ИБП, перезаряжающиеся. Здесь рассматриваются аккумуляторные батареи фирм YUASA, INC (Япония), YACHT BATTERY CO., LTD и др.

В ИБП мощностью до 20 кВт обычно используются герметичные свинцово-кальциевые аккумуляторы с электролитом суспензионного типа («sealed, suspended electrolyte lead-calcium» type). В аккумуляторах такого типа электролит суспензирован в структуру, подобную войлоку, что делает их непротекаемыми, негигроскопичными. В некоторых случаях для электролита используют термин гелеобразный. Это свойство электролита позволяет эксплуатировать батареи в любом положении, кроме того, она не нуждается в периодическом пополнении электролита и прочем обслуживании.

Электроды изготовлены из свинцово-кальциевого сплава, обеспечивающего длительный срок службы и широкую область применения батарей, рабочий диапазон температур составляет от —20 до +50°С. Батареи не боятся глубокой разрядки, не страдают так называемым «эффектом памяти», могут длительно храниться в заряженном состоянии (до года), при этом ток саморазрядки незначителен.

Конструкция аккумуляторов

Конструкция аккумуляторов традиционна — ударопрочный пластмассовый корпус разделен на секции («банки»). Наборы катодных и анодных пластин разделены прокладками — сепараторами из стекловолокна.

Активная часть состава электролита — серная кислота. Крышка герметично соединена с корпусом без возможности разборки. В ее верхней части размещены резиновые перепускные клапаны (по одному на каждую секцию), обеспечивающие выпуск газа в случае его избыточного образования в процессе работы, и пластинчатые выводы, покрытые оловом.

Выводы изготовлены из латуни и конструктивно каждый представляет собой ответную часть специализированного самофиксирующегося разъема. Перепускные клапаны закрыты дополнительной съемной крышкой.

Основные характеристики аккумуляторных батарей

Основные параметры батарей, выпускаемых фирмами YACHT BATTERY CO., LTD, YUASA, приводятся в табл. 4.1, табл. 4.2.

Номинальная емкость определяется как значение тока, приводящего к полной разрядке батареи за 20 ч при температуре 20°С.

Максимальный ток разрядки — наибольший ток нагрузки, который батарея способна обеспечить в течение 5 с.

Зарядное напряжение указано для циклического и резервного режимов при окружающей температуре 20°С.

Температурная поправка — величина в милливольтах, на которую необходимо уменьшить (при увеличении температуры хранения на 1°С)

или, наоборот, увеличить зарядное напряжение (при уменьшении тем­пературы), в соответствии со знаком поправки.

Таблица 4.1

Основные параметры аккумуляторных батарей YACHT BATTERY CO., LTD

с	Напряжение, В	Номинальная емкость, А'Ч	I      Внутреннее сопротивление, МОм	Макс, пятисек. ток разрядки, А	Макс, ток зарядки,А	Зарядное напряжение,В при 20'С в режиме циклического или резервного заряда	Температурная поправка, мВ/°С, для режима циклического или резервного заряда	Масса, кг
Y1.2-12	12	1,2	110	40	0,36	14,4...15 или 13,5...13,8	-30 или -20	0,52
Y1.9-12		1,9	90	30	0,57			0,9
Y2-12		2			0,6
Y3-12		3	60	40	0,9			1
Y4-12		4	35	60	1,2			1,6
Y6.5-12		6,5	25	100	1,95			2,5
Y7-12		7		105	2,1

Основные параметры аккумуляторных батарей YUASA

Батарея	Напря­жение, В	Номинальная емкость, А-ч / элемент	Зарядное напряжение, В при 20С в режиме циклическом или резервном заряде	Температурная поправка, мВГС, для режима циклического или резервного заряда	Масса, кг
NPX-25FR	12	23	14,6...14,8 или 13,6...13,8	-4 или -3 на элемент	2
NPX-35FR		35			2,67
NPX-80B		80			6,60
NPX-100B		95			9,30
NPX-100R		95			9,3
NPX-150B		150			15,50
NPX-150R		150			15,50

 

Хранение аккумуляторов

Длительность эксплуатации батарей составляет примерно 5 лет. При ежедневном использовании ИБП собственные возможности заряда гарантируют эксплуатацию в течение этого срока. При длительном неиспользовании аккумуляторы подвергаются саморазряду. Для аккумуляторов YUASA скорость саморазряда составляет примерно 3% в месяц при температуре окружающей среды около 20°С. Скорость саморазряда зависит не только от температуры, но и емкости аккумулятора.

Если в течение длительного интервала времени аккумуляторы не заряжаются током определенной величины в течение заданного промежутка времени, то на отрицательных пластинах аккумулятора формируются сульфаты свинца. Это явление известно как «сульфатация». Сульфат свинца действует как изолятор, препятствуя приему заряда аккумулятором. Чем больше «засульфатировались» пластины, тем меньший заряд может принять аккумулятор. Рекомендуемая продолжительность хранения аккумуляторов фирмы YUASA при различных температурах представлена в табл. 4.3.

Превышение времени хранения, указанного в табл. 4.3, в течение нескольких дней не влияет на срок эксплуатации. Однако, систематическое нарушение условий хранения приводит к увеличению продолжительности хранения от одного до нескольких месяцев. Чтобы исключить необратимые последствия при хранении, необходимо заряд проводить через срок, соответствующий условиям новой температуры окружающей среды.

Для обеспечения оптимального срока эксплуатации, длительно хранящиеся аккумуляторные батареи, должны периодически подвергаться максимальному заряду с параметрами, указанными в табл. 4.4.

 

Продолжительность хранения аккумуляторов до очередного заряда    Таблица 4.3

 

Температура, °С (°F)	Продолжительность хранения, месяц
0  .20(32  .68)	12
21...30(70. .86)	9
31. ..40 (88. ..104)	5
41...50 (106... 122)	2,5

 

Заряд аккумуляторов в зависимости от срока хранения                                              Таблица 4.4

 

 

Срок хранения аккумулятора	Условия заряда
6 месяцев со дня изготовления	1. Постоянным током 0,1 СА* в течение 4...6 ч 2. Постоянным напряжением 2,4 В на элемент в течение 15...20 ч
12 месяцев со дня изготовления	1. Постоянным током 0,1 СА в течение 8.10 ч 2. Постоянным напряжением 2,4 В на элемент в течение 20...24 ч

СА* - значение тока, выражаемое в амперах, миллиамперах, определяемое емкостью батареи.

 

Методы заряда аккумуляторных батарей

Заряд аккумуляторных батарей является главной составляющей ее обслуживания. Срок эксплуатации батарей зависит от эффективности выбранного способа заряда. Существуют такие методы заряда:

• заряд при постоянном напряжении;
• заряд при постоянной силе тока;
• двухступенчатый заряд при постоянном напряжении.

Предпочтительным способом является заряд при постоянном напряжении. В этом случае батареи подключаются непосредственно к источнику энергии, зарядное напряжение которого поддерживается постоянным в течение всего процесса. Напряжение заряда должно быть равно напряжению аккумуляторной батареи. Значение зарядного тока для каждой из заряжаемых батарей устанавливается автоматически и зависит от технического состояния батареи. В процессе заряда сила тока понижается и становится заметно ниже, чем при заряде способом постоянного тока, и в конце заряда, падает почти до нуля. При этом батарею заряжают до 90...95% ее номинальной емкости.

Выбор источника бесперебойного питания

Заканчивая изложение, можно сказать, что спектр типов ИБП, как средств защиты оборудования и компьютерных систем, достаточно широк. Вопрос выбора необходимого источника питания весьма непрост. Чтобы решить вопрос выбора того или иного ИБП, необходимо попытаться проанализировать факторы, влияющие на условия работы источника.

Во-первых, необходимо попытаться оценить значимость отказа питаемой системы, определяемую вероятностью отказов в вашей электросети, другими словами, оценить качество используемой электросети. Очевидно, что ответ на этот вопрос позволит однозначно определить архитектуру аппарата. Вполне возможно, что для «домашнего» (офисного) варианта вполне пригодны ИБП резервной (Off-line) или же линейно-интерактивной (Line-interactive) архитектуры, архитектура ИБП On-line больше подходит для серверного компьютера и других видов нагрузки, имеющих повышенные требования к качеству питания.

Во-вторых, следует оценить немаловажный параметр ИБП — мощность. Чтобы ориентировочно представить, какой мощности ИБП требуется, необходимо определить защищаемую аппаратуру и найти для нее суммарное значение потребляемой мощности. Эту величину, как правило, изготовитель указывает в паспортных данных на изделие, на наклейках в ваттах либо в вольт-амперах. На практике может указываться также величина потребляемого тока. В первом случае, ватты следует перевести в ВА, для чего имеющееся значение разделить на коэффициент мощности. Для компьютерного оборудования коэффициент мощности равен 0,5...0,6. В третьем варианте надо прежде получить потребляемую мощность умножением потребляемого тока на напряжение сети в вольтах. Полученную величину умножить на коэффициент мощности. Производители не рекомендуют загружать ИБП более 80% максимальной нагрузки. Необходимо отметить, что лазерные принтеры не рекомендуется подключать к ИБП ввиду высокого энергопотребления нагревательного элемента.