№ 4 (47) 2009

Часть I. Основные характеристики.

Когда линейно-интерактивные модели ИБП пришли в свое время на смену резервным источникам, это была еще одна небольшая техническая победа над многочисленными проблемами электропитания. В настоящее время, несмотря на доминирующее положение ИБП с двойным преобразованием энергии, еще остается достаточно популярным диапазон мощностей от 1 до 3 кВА, где находят применение линейно-интерактивные системы.

Объекты тестирования, цели и задачи

В испытании были задействованы ИБП мощностью от 2,0 до 2,2 кВА, как наиболее широко представленный класс линейно-интерактивных устройств от ведущих производителей. В тестовую лабораторию журнала «Сети и бизнес» попали модели, которые оказались на складах компаний-дистрибьюторов на момент проведения испытаний. Потому за полноту кейса ручаться нельзя.

При этом нужно отметить, что, поскольку речь идет о системах корпоративного уровня, в испытании приняли участие лишь ИБП с синусоидальным выходным напряжением. Модели с аппроксимированной синусоидой, несмотря на наличие таковых на рынке, в испытании участие не принимали.

В процессе работы с ИБП предполагалось изучить на практике сильные и слабые стороны линейно-интерактивных моделей различных производителей, выработать рекомендации по практическому использованию этих устройств. Хотелось проверить также реакцию ИБП на всевозможные воздействия, а также определить пороги перехода в режимы коррекции и на аккумуляторные батареи (АКБ).

В процессе проведения испытаний задачи тестирования постепенно расширялись. Были проверены алгоритмы синхронизации ИБП (подстройка фазы напряжения, генерируемого инвертором под фазу входного напряжения), реакция ИБП на несинусоидальное напряжение и кратковременные занижения уровня. К сожалению, результаты испытаний в части расширенной программы разместить в данной статье не удалось. Они войдут во вторую часть материала, планируемого к публикации в следующем номере журнала.

Тестовый стенд

Силами тестовой лаборатории разработана программа и методика испытаний, на базе которой была прорисована электрическая схема испытательного стенда.

По просьбе редакции стенд для лабораторных испытаний (рис. 1) изготовили специалисты компании «НТТ Энергия».

К стенду подключается испытуемый ИБП, ЛАТР, а также внешний ИБП на 6 кВА (GE LanPro 6-11). Для проведения измерений были использованы цифровые мультиметры различного класса точности (Greenlee DM-210 и Greenlee DM-60), а также стрелочный измерительный аналоговый вольтметр Э 545 с пределом точности 0,5% (заводской номер прибора — 7236). Вольтметр прошел сертификацию от производителя и специально предназначен для проведения лабораторных измерений на сети ~200 В (свидетельство о поверке состояния №25-01/1105 выдано ДП «Укрметртестстандарт»).

Визуальный анализ напряжений на входе и выходе ИБП выполнялся с помощью цифрового осциллографа GDS-820S компании GW Instek (рис. 2). Осциллограф и цифровые мультиметры предоставлены компанией «А-КОМ».

Лабораторный автотрансформатор Rucelf TDGC2 5 кВА (китайско-российского производства) для нужд испытаний пришлось приобрести отдельно. Хотелось бы выразить благодарность производителям указанного изделия, поскольку это устройство нам очень помогло обнаружить производственные дефекты в ряде ИБП. Дело в том, что большинство моделей предназначено для работы с неискаженным или слегка искаженным входным напряжением. В результате подачи напряжения несинусоидальной формы на вход тестируемого источника последний выполнял неточное измерение уровня, и, как следствие — «зазор» гистерезиса, который должен был обеспечить корректные переходы между режимами, начинал давать сбои. Проявилось это в нерегулярном, но достаточно частом, необоснованном переключении ИБП между режимами питания от АКБ и коррекцией напряжения на повышение в диапазоне входного напряжения 160–210 В. Добиться существенных искажений формы сетевого напряжения помогло нам именно это устройство.

Провести тестирование без компьютера также было бы достаточно трудно, поскольку некоторые источники требуют выполнения настроек и установки базовых параметров. В ряде случаев это можно сделать с помощью кнопок управления на лицевой панели ИБП. Но часто к ИБП прилагается специальное ПО, позволяющее выполнить эту работу быстрее и проще.

Кроме того, для испытаний была задействована звуковая карта компьютера, использовавшаяся для одновременной регистрации по двум каналам входного (сетевого) напряжения и напряжения на выходе ИБП. Входы звуковой карты были гальванически развязаны от входных напряжений (~220 В) с помощью специальных трансформаторов. Одновременная запись формы напряжений по двум каналам позволила выполнить измерение времени синхронизации ИБП, а также проследить их реакцию на кратковременные скачки уровня (длительностью от 5 мс и выше).

Следует также отметить, что украинское представительство APC by Schneider Electric, заблаговременно узнав о начале подготовки тестирования, выделило нашей тестовой лаборатории линейно-интерактивный ИБП APC Smart-UPS XL Modular 1500VA 230V Rackmount/Tower для выполнения бессрочной, что очень важно, отладки программы и методики проведения испытаний. Это позволило лаборатории в течение достаточно длительного времени оттачивать процедуру измерений, настраивать испытательный стенд, вносить в него аппаратные изменения, позволив тем самым впоследствии оперативно провести рабочее тестирование источников бесперебойного питания.

Первое впечатление

Первое впечатление от ИБП формируется, конечно же, в процессе распаковки (рис. 3). И это не шутка. Комплектация коробки, в которой находится ИБП, действительно представляет интерес. Например, может оказаться, что в ящике имеется всего лишь шнур для подключения ИБП к сети, и о шнурах для подключения нагрузки покупателю придется позаботиться самому. Документация на устройства есть практически во всех ящиках. У одних она достаточно объемна и представлена сразу на многих языках (MGE). У других — очень краткая и только по-английски.

Большинство ИБП, прошедших тестирование, имеют на упаковке многозначительную надпись — «Made in China». Только не подумайте, что речь идет об ИБП Powercom. Вовсе нет. Отыскать производителя на упаковке или в документации ИБП Smart King невозможно. Речь идет о мировых брендах, которые размещают свои производственные мощности в Юго-Восточной Азии. Так что, когда будете покупать ИБП, поинтересуйтесь невзначай местом изготовления. Будете чрезвычайно удивлены. По себе знаем.

Параметры и характеристики

Основная задача ИБП — обеспечивать питание нагрузки при отключении внешнего питания. Достигается это за счет преобразования энергии, накопленной в аккумуляторных батареях в синусоидальное напряжение требуемой величины (220–240 В).

Есть у ИБП еще и другие, вспомогательные обязанности. Например, при восстановлении входного напряжения необходимо удачно подобрать момент для переключения с режима работы от АКБ на сеть. Для этого, очевидно, схема управления должна вмешаться в работу инвертора, плавно скорректировав частоту генерируемого напряжения до момента совпадения фаз синусоидальных напряжений на входе (от сети) и на выходе инвертора. Именно в этом момент и следует выполнять переключение. Собственно, процедура синхронизации хорошо известна для ИБП с двойным преобразованием энергии. Но оказалось, что в линейно-интерактивных ИБП она также используется.

К вспомогательным задачам относится также и наличие так называемого холодного старта, позволяющего включить ИБП на нагрузку при отсутствии сетевого напряжения.

Отметим, что все указанные задачи выполняются испытанными ИБП автоматически — в силу заложенных в них принципов и технических решений.

Одна из вспомогательных, но очень важных задач — при снижении заряда батареи ниже допустимого предела ИБП должен обеспечить отключение компьютерной нагрузки, не допуская ее внезапного обесточивания и потери данных. Эта задача решается путем применения специального программного обеспечения и SMNP-карт.

Есть еще одна задача, почти технологическая — обеспечить корректное переключение между режимами работы (питание нагрузки от АКБ, коррекция вверх и вниз, прямое питание от сети), избежав так называемого дребезга контактов.

Режимы коррекции

При тестировании ИБП были осмыслены некоторые теоретические моменты. В данном разделе приведен ряд простых, но полезных формул и графиков. Они могут весьма пригодиться при анализе алгоритмов работы ИБП и полученных результатов тестирования.

Как известно, линейно-интерактивные ИБП отличаются от устройств резервного типа прежде всего наличием входного трансформатора с отводами (рис. 4). Если входное напряжение находится в номинальном рабочем диапазоне, то U_вых = k₀•U_вх, где коэффициент k, как правило, равен 1, хотя и не всегда.

В некоторых моделях ИБП предусматривается возможность выбора уровня выходного напряжения (U_вых = 220 или 230 В) при работе от батарей. Другие имеют конструктивные особенности, позволяющие в режиме без коррекции питать нагрузку напрямую от сети, минуя трансформатор. В этом случае k₀ =1 и U_вых = U_вх.

При снижении входного напряжения ниже определенного порога U_н1 происходит переключение на повышающий отвод трансформатора с коэффициентом трансформации, равным k_в1. В некоторых протестированных моделях ИБП имеется второй повышающий отвод, на который источник переключается, если входное напряжение падает ниже уровня U_н2 (коэффициент трансформации k_в2). Некоторые же ИБП имеют по одному отводу для коррекции вверх и коррекции вниз.

На рис. 5 приведена зависимость режимов работы линейно-интерактивного ИБП от уровня входного напряжения.

Указанные выше коэффициенты трансформации ровным счетом не имели бы никакого значения, если бы не входили в формулу U_вых = k•U_вх для определения уровня выходного напряжения.

В общем случае мы имеем четыре коэффициента:

• k₀ = 1 (U_вых = 220 В при U_вх = 220 В) или k₀ = 1,045 (U_вых=230 В при U_вх= 220 В);

• k_в1 > 1;

• k_в2 > k_в1 > 1;

• k_н < 1.

В паспорте на ИБП, как правило, задается диапазон выходного напряжения, за который оно не может выйти. В ряде устройств этот диапазон можно задавать самостоятельно (проявляя творчество и энтузиазм ), но, опять-таки, в рамках теоретически возможного.

Чтобы легче понять, как осуществляется переключение режимов работы линейно-интерактивного ИБП, нарисуем зависимости выходного напряжения от входного на всех четырех отводах трансформатора. Для этого можно подключаться вольтметром к каждому отводу трансформатора, меняя напряжение на входе ИБП с помощью ЛАТР и фиксируя выходное напряжение на каждом из них.

Но можно поступить проще, воспользовавшись приведенными выше формулами. Единственный вопрос касается конкретных величин k₀, k_в1, k_в2, k_н. И здесь хочется напомнить о проведении отладочных работ с применением источника APC Smart UPS 1500 ВА. Для этого ИБП были измерены значения коэффициентов трансформации: k₀ = 1,000; k_в1 = 1,116; k_в2 = 1,225; k_н = 0,909. Графики зависимостей U_вых (U_вх) для внутреннего трансформатора APC Smart UPS 1500 ВА выглядят следующим образом (рис. 6). Важно отметить, что все четыре графика располагаются под разными углами наклона к горизонтальной оси.

Отметим, что данный ИБП позволяет задать различные диапазоны выходного напряжения за счет установки параметров High Transfer Voltage (HTV) и Low Transfer Voltage (LTV). Мы выбрали верхний порог (HTV) равным 253 В, а нижний (LTV) — 196 В. В результате проведенных измерений ИБП выполнял переключение на различные отводы при изменении входного напряжения от 150 В до 280 В и обратно таким образом, что выходное напряжение не выходило за указанный диапазон (196–263 В).

На рис. 6 вертикальными пунктирными линиями указаны измеренные напряжения перехода в режимы коррекции вверх и вниз, а также в режимы работы от аккумуляторных батарей. Остается соединить друг с другом точки пересечения вертикальных линий и приведенных функций U_вых (U_вх), чтобы получить реальную зависимость выходного напряжения ИБП от входного с учетом переключения между отводами. Чтобы не загромождать предыдущий рисунок, объединим указанные точки на рис. 7.

Как видно из рис. 7, есть разница между точками входа в режим (например, коррекции напряжения) и точками выхода из него. В частности, при снижении входного напряжения переход в режим коррекции выполняется при U_вх=198 В. А вот обратный переход из этого же режима в режим работы от сети выполняется уже при напряжении U_вх=204 В. Зазор в данном случае составляет 6 В. Это позволяет исключить неустойчивость в работе ИБП, ведь если зазор будет отсутствовать, то при граничном значении U_вх, равном величине порога перехода в режим коррекции (или на батарею), источник может выйти в неустойчивый режим работы. Чтобы этого избежать, разработчики и предусмотрели такой разнос.

Если форма искажена — и гистерезис не поможет

Но не всегда реализация хорошей идеи в равной степени хороша. Производители предупреждают (и нам удалось это воспроизвести в лаборатории), что ИБП при искажении формы входного напряжения могут переходить в неустойчивый режим работы. Другими словами, если форма входного напряжения существенным образом отличается от синусоиды, то ИБП может спонтанно переходить из режима в режим, например, из режима коррекции на работу от батареи и обратно. Именно это явление и наблюдалось нами при испытании, причем неоднократно, в ряде случаев, когда на вход тестируемого источника подавалось заведомо искаженное напряжение*⁾. В лаборатории сделать это оказалось достаточно просто. Как часто это происходит при реальной эксплуатации ИБП, мы судить не беремся.

_____________________________________________________

*⁾ Оригинальный способ формирования искаженного

входного напряжения для тестирования ИБП был найден

нами совершенно случайно и поэтому является

достоянием тестовой лаборатории журнала.

При этом выявленный диапазон неустойчивости просто поражает! При входном напряжении в диапазоне от 150 до 200 В один из тестируемых ИБП (производителя из этических соображений раскрывать не будем) никак не мог окончательно решить, в каком режиме ему лучше находиться — работать от батареи или в режиме коррекции. Если бы мы так и оставили его, то устройство достаточно быстро разрядило бы свои батареи. Как выглядел бы дальнейший алгоритм работы неисправного ИБП при окончательном разряде его батареи, мы выяснять не стали. В конце концов, и производители, и дистрибьюторы наверняка знают о таких «каверзах» своих устройств, но, тем не менее, поставляют их на рынок. Уточним, что подобные «глюки» продемонстрировали не одно, и даже не два устройства. В разной степени это свойственно многим моделям. Жаль, что в задачу лаборатории не входило тестирование ИБП по показателю устойчивости.

Что тут сказать? Может быть у них там, на Западе, входное напряжение всегда синусоидально. «Да по-другому и быть не может», — рассуждают, вероятно, инженеры компаний-производителей, закладывая упрощенный алгоритм вычисления уровня входного напряжения. А ведь только в этом алгоритме и может быть загвоздка. Следует только заложить более «жесткий» алгоритм вычисления уровня входного напряжения, как проблема будет решена раз и навсегда.

Участники испытаний

В тестировании приняло участие семь моделей ИБП от различных производителей:

• APC Smart-UPS XL Modular 1500VA 230V Rackmount/Tower;

• APC Smart-UPS 2200;

• MGE Evolution 2000 RT 2U;

• GE Digital Energy Match 2200 ВА;

• Liebert PS2200RT2-230;

• AROS SPRING 2000T;

• Powercom SmartKing SMK-2000 ВА.

Первые две модели попали на испытание благодаря представительству APC by Schneider Electric в Украине. Следующие за ними были представлены компаниями ERC, «НТТ Энергия», «М-ИНФО», «Бест Пауэр Украина», «Эксим-Стандарт», соответственно. Мощность моделей указана в их названии. Три из них предназначены для работы на нагрузку 2,0 кВА, три — на 2,2 кВА. Еще одна модель, как уже упоминалось, была приготовлена изначально для отладки тестовой системы и имеет мощность 1,5 кВА. Хотя это и несколько ниже установленного нами же норматива, мы решили включить ее в сравнительные испытания, поскольку именно на этом устройстве было проведено больше всего испытаний, результаты которых хорошо иллюстрируют свойства линейно-интерактивных источников в целом.

От режима к режиму

По некоторым линейно-интерактивным моделям ИБП (APC Smart-UPS 2200, Libert PowerSure PSI, MGE Evolution) измерения порогов переключения выполнялось при различных установках режимов работы ИБП. В табл. 1 представлены параметры ИБП, а также пороги и значения напряжений, соответствующие этим порогам.

Кроме пороговых значений интерес в данной таблице представляет величина под названием «площадь охвата» (S). Она получена как результат произведения рабочего диапазона входного напряжения на соответствующий диапазон выходного напряжения ИБП. Единица измерения этой площади, как нетрудно догадаться, — В².

Как видно из таблицы 1, первое место среди испытуемых ИБП по таким параметрам, как рабочая ширина диапазона входных напряжений (Δ = 165,7 В) и «площадь охвата» (9113,5 В²), занял ИБП GE Match 2200.

___________________________________________________________

ИБП GE Match 2200 стал лучшим среди испытуемых ИБП

в номинациях «максимальная рабочая ширина диапазона входных напряжений» — 165,7 В и «площадь охвата» — 9113,5 В².

__________________________________________________________

Победителями по минимальной ширине окна выходного напряжения ( = 44 В) стали ИБП APC Smart-UPS 2200 (при установке параметров HTV=253 В и LTV=208 В) и Libert PowerSure PSI (при Uвых=220 В).

С помощью испытательного стенда тестовой лаборатории были отсняты реальные зависимости U_вых (U_вх) для всех испытуемых устройств. Далее мы на этом остановимся подробнее.

Анализ результатов измерений

Начнем анализ с линеек ИБП, представленных компанией APC by Schneider Electric. Под торговой маркой Smart-UPS предлагается целый ряд устройств, разобраться с которыми не так просто. Дело в том, что под брендом Smart-UPS могут скрываться как линейно-интерактивные ИБП, так и системы с двойным преобразованием. Разъяснения по этому поводу мы получили от системного инженера украинского представительства APC by Schneider Electric Романа Осадчего (см. врезку «О семействе ИБП Smart-UPS»).

Для ИБП APC Smart-UPS 1500 XLM при режиме питания нагрузки от АКБ можно задать уровень выходного напряжения 220, 230 или 240 В.

При этом верхняя граница выходного напряжения ИБП (High Transfer Voltage, HTV) может быть установлена равной 253, 257, 261 или 265 В. Соответственно, нижняя граница (Low Transfer Voltage, LTV) может принимать значения 196, 200, 204 и 208 В. Как видим, установка верхней и нижней границ диапазона выходного напряжения ИБП выполняется с шагом 4 В. Общий диапазон корректировки порогов составляет 12 В как для верхней, так и для нижней границы.

Важный параметр, определяющий алгоритм работы ИБП при резких изменениях величины напряжения на его входе, — чувствительность (Sensitivity). Этот параметр определяет степень быстроты реакции ИБП на изменения входного напряжения. Она может быть установлена высокой (High), средней (Medium) и низкой (Low). От установки этого параметра очень сильно зависит реакция ИБП на кратковременные занижения уровня входного напряжения (подробнее об этом читайте во второй части статьи).

Входное напряжение подавалось на тестируемый ИБП через ЛАТР, что позволяло менять уровень на его выходе в диапазоне от 0 до 275 В. При этом напряжение на вход автотрансформатора подавалось либо от лабораторного источника бесперебойного питания GE LanPro 6-11, либо напрямую от сети электропитания «общего пользования».

При использовании мощного ИБП в качестве «заменителя сети» напряжение на выходе такого ИБП имело синусоидальную форму, независимо от реального состояния силовой сети тестовой лаборатории. Что немаловажно, на выходе этого ИБП можно было по желанию установить выходное напряжение уровнем 240 В. Это позволяло повысить напряжение на выходе ЛАТР и, как следствие, на входе тестируемых источников.

Для проверки функциональной зависимости выходного напряжения от входного были заданы следующие установки ИБП:

• Nominal Output Voltage — 220 В;

• High Transfer Voltage — 253 В;

• Low Transfer Voltage — 196 В;

• Sensitivity — High.

Как видно из характера поведения выходного напряжения ИБП (рис. 8), источник работает в режиме питания нагрузки от сети в диапазоне входного напряжения от 198 до 252 В. При его снижении ниже номинального ИБП переходит в режим коррекции на повышение, при необходимости выполняя эту процедуру дважды (при U_вх=198 В и U_вх=178 В, а при повышении — один раз (U_вх=252 В). При снижении входного напряжения до 164 В или достижении U_вх=275 В источник переходит в режим работы от батарей.

Сказанное выше означает, что входной трансформатор данного ИБП имеет два отвода для повышения выходного напряжения (работа вниз) и один отвод — для понижения (работа вверх). При снижении U_вх до 198 В выходное напряжение U_вых повышается до 220,1 В. При дальнейшем снижении U_вх до 178 В происходит вторая корректировка — на этот раз до 218,6 В.

При этом, как и следует из настроек, выходное напряжение оставалось в заданном диапазоне напряжений — от 198 до 252 В (в пределах погрешности, равной 1–2 В).

Измерения проводились как на холостом ходу, так и при активной нагрузке, равной 1,2 и 1,9 кВт.  Следует отметить, что существенной разницы в значениях порогов отмечено не было. Из чего можно сделать заключение, что схема, отвечающая за переключения в различные режимы работы ИБП, работает устойчиво. Поэтому в дальнейших испытаниях останавливаться на работе с нагрузкой не будем.

Для ИБП APC Smart-UPS 2200 номинальное выходное напряжение было установлено равным 220 В (хотя среди вариантов выбора — 230 и 240 В). Диапазон изменения выходного напряжения задается теми же параметрами и с теми же фиксированными значениями, что и для модели Smart-UPS 1500 XLM: верхний порог выходного напряжения (High Transfer Voltage, HTV) может быть установлен 253, 257, 261 или 265 В. Соответственно, нижний порог (Low Transfer Voltage, LTV) — 196, 200, 204 и 208 В.

На рис. 9 и рис. 10 представлены две зависимости U_вых (U_вх) для данного ИБП. Первая — при установке параметров HTV=253 В и LTV=208 В. Вторая — при HTV=265 В и LTV=196 В.

При выполнении испытаний параметры HTV и LTV были выбраны таким образом, чтобы визуально обеспечить как можно бòльшие различия между графиками. Так, в первом случае выходное напряжение лежит в диапазоне 44 В, во втором случае — в диапазоне 67 В. При этом на рис. 10 видно, что ИБП имеет очень широкое окно в режиме работы от сети — от 198 до 265 В. В целом же зависимость на рис. 9 смотрится более компактно.

Программное обеспечение, которое используется для настройки параметров ИБП MGE Evolution 2000, позволяет устанавливать значения напряжений перехода в нужный режим с точностью до 1 В (!). Например, величина верхнего порога входного напряжения (Input High detection threshold) лежит в диапазоне от 259 до 281 В (ширина зоны регулировки составляет 22 В). Нижний порог (Input Low detection threshold) можно регулировать в диапазоне от 160 до 172 В.

Кроме порогов входного напряжения MGE Evolution 2000 позволяет задавать также и диапазон изменения выходного напряжения. Верхний порог выходного напряжения (Input fader threshold) можно установить в диапазоне от 233 до 252 В, а нижний (Input booster threshold) — от 184 до 198 В.

Это единственное устройство среди испытанных в лаборатории, позволяющее устанавливать не только величины порогов выходного напряжения, но и входного, причем с тем же шагом в 1 В.

Важно, что используемые математические алгоритмы не позволяют устанавливать физически нереализуемые пары входных и выходных диапазонов. Попытки проделать такие опыты оказались безуспешными.

Учитывая столь уникальные свойства данного ИБП, были проведены эксперименты (рис. 11—13) сразу с тремя различными наборами параметров, представленными в табл. 2.

Несмотря на столь захватывающие возможности ПО, удивительно, что данный ИБП имеет всего по одному уровню коррекции вверх и вниз.

Проведенные измерения поведения выходного напряжения ИБП от входного при различных параметрах (по сути, меняются напряжения переключения между режимами) показывают, что практически при одинаковом диапазоне изменения входного напряжения (160–270 В) форма зависимости U_вых (U_вх) претерпевает существенные изменения. Так, выходное напряжение на рис. 11 имеет ширину (зазор), равную 57 В. Аналогичный зазор на рис. 12 гораздо шире и достигает 69 В. Самый малый зазор по выходному напряжению — на рис. 13; он составляет всего 52,2 В.

При этом следует предполагать, что ИБП в случае установки параметров с самым широким зазором будут довольно редко переключаться в режим коррекции. В то же время при узком зазоре коррекция будет происходить чаще. Возможно, что в этом и состоит основная идея выбора параметров: для нетребовательной нагрузки оставить широкий диапазон изменения U_вых, а для ответственной нагрузки — уменьшить перепады выходного напряжения до минимума.

А может быть, не нужно разрешать пользователю вообще что-либо менять? В ИБП GE Match 2200 пороги перехода ИБП в режим коррекции и на батареи задаются заводскими установками и не могут быть изменены. Хотя с передней панели устройства можно установить уровень выходного напряжения — 220 или 230 В. Данный источник предусматривает два режима коррекции напряжения в сторону повышения (с коэффициентами 1,13 и 1,39). Отметим, что два отвода трансформатора для повышающей коррекции напряжения имеют только ИБП Libert PowerSure PSI, APC Smart-UPS XLM 1500 и APC Smart-UPS 2200.

_________________________________________________________

Победителями в номинации «минимальная ширина окна

выходного напряжения» (44 В) стали ИБП APC Smart-UPS 2200

(при установке параметров HTV=253 В и LTV=208 В) и

Libert PowerSure PSI (при Uвых=220 В).

________________________________________________________

В результате, если мы посмотрим на зависимость U_вых (U_вх) для ИБП GE Match 2200 (рис. 14), то приятно удивимся. Оказывается, характеристика соответствующей зависимости имеет вид пилы, все зубья которой примерно одинаковы по высоте. Это означает, что данный источник изначально предназначен для питания ответственных потребителей энергии. Именно поэтому перепады выходного напряжения минимизированы. С другой стороны, за счет выбора оптимальных коэффициентов трансформации производителю удалось реализовать самый широкий (Δ=165,7 В) диапазон входных напряжений (среди всех источников, представленных на тестировании), при которых ИБП не будет переходить на АКБ — от 139,3 до 305 В. Первое место данный ИБП занял среди испытуемых источников и по параметру «площадь охвата» — 9113,5 В².

Конечно, в лаборатории мы не могли измерить верхнюю величину порога перехода на АКБ, как и уровень возврата на коррекцию вниз (~290 В). Но производитель декларирует именно такие пороги. Впрочем, глядя на рис. 14, легко понять, что сомневаться нет никаких оснований, так как на понижающей ступени коррекции (k_н=0,77) выходное напряжение достигнет величины 248,8 В (максимальное выходное напряжение для данного ИБП) при значении U_вх=323 В. Думается, что разработчики из IMV (в свое время ИБП Match разрабатывались и выпускались этой швейцарской компанией) не решились предполагать возможность наличия столь высокого уровня напряжения в сети, оставив переключение на АКБ на уровне 305 В.

В ИБП Liebert PS2200RT2-230 для установки различных вариантов рабочих режимов можно выбирать пороговые уровни напряжения, при которых происходит переключение ИБП в батарейный режим. Одновременно изменяется рабочее напряжение инвертора. Устанавливаемые уровни напряжения указаны в табл. 3.

Для выполнения изменений U_вых (U_вх) были последовательно заданы два уровня выходного напряжения (220 и 230 В). Соответствующие зависимости представлены на рис. 15 и 16.

По форме эти два графика существенных отличий практически не имеют; в целом же второй график приподнят на 10 В по отношению к первому.

ИБП Aros Spring 2000T позволяет менять выходное напряжение в пределах 220–240 В. Для U₀=220 В зависимость U_вых(U_вх) показана на рис. 17. Из нее видно, что этот источник имеет широкое окно прямой работы от сети — от 184 до 253 В. В результате по такому параметру, как «площадь охвата», равному 8542,6 В², этот ИБП занимает второе место (см. табл. 1) среди проверенных устройств.

Для ИБП Powercom SmartKing SMK-2000A зависимость U_вых(U_вх) приведена на рис. 18. Несмотря на отсутствие регулировок, функция хорошо сбалансирована — пила зависимости U_вых(U_вх) достаточно взвешена.

Синхронизация

Когда в сети пропадает напряжение или его величина снижается (повышается) ниже (выше) допустимой, линейно-интерактивный ИБП переходит в режим работы от батарей, формируя с помощью инвертора напряжение, близкое к синусоидальному.

При появлении в сети напряжения ИБП опять переключается на работу от сети. Однако происходит это не сразу же, а по определенному алгоритму, обеспечивающему подстройку фазы напряжения, генерируемого инвертором, под фазу появившегося входного напряжения.

Это свойство всегда присутствует в ИБП с двойным преобразованием энергии. Фаза напряжения, генерируемого инвертором такого ИБП, при появлении напряжения в сети подстраивается под фазу входной синусоиды. В течение промежутка времени синхронизации переключение на байпас запрещается.

Однако, оказалось, что и линейно-интерактивные ИБП (по крайней мере, те, которые попали к нам в тестовую лабораторию) также управляют инвертором, обеспечивая переключение ИБП на работу от сети — без скачка фазы выходного напряжения. Другими словами, как только фаза φ_инв напряжения инвертора сравняется с фазой φ_вх сетевого напряжения, ИБП переключается на работу от входа.

Важно отметить, что все ИБП, проверенные в тестовой лаборатории, работают по указанному алгоритму. При этом любопытно, что в документации на линейно-интерактивные ИБП не упоминается о таком свойстве данных приборов, а также не приводятся хотя бы примерные величины времени синхронизации.

Реакция ИБП на скачки уровня входного напряжения

Скачки уровня сетевого напряжения — явление достаточно распространенное. При этом скачки могут происходить как вверх, так и вниз, а также быть кратковременными и длительными.

Длительный скачок соответствует изменению напряжения на входе ИБП, и его реакция в точности соответствует заложенному в источнике питания алгоритму. То есть, если уровень скачка невелик и обеспечивается нахождение в рамках одного и того же режима, то выходное напряжение изменяется пропорционально уровню скачка. Если же величина перепада напряжения большая, то возможен переход устройства в режим коррекции или на работу от батареи.

А вот в случае кратковременного скачка уровня ИБП может не успеть отработать заложенный алгоритм, и наблюдаются весьма интересные переходные процессы.

Сравнительные результаты испытаний

Источники бесперебойного питания, принявшие участие в испытании, разработаны и выпущены в разное время. Нет ничего странного в том, что удачные модели продолжают выпускаться до сегодняшнего дня (взять, например, победителя в номинации «максимальная рабочая ширина диапазона входных напряжений» ИБП GE Match 2200). У таких устройств могут отсутствовать возможности программных настроек, например, выбора напряжений перехода в режимы коррекции и на аккумуляторную батарею. Но это проверенные опытом источники бесперебойного питания.

В то же время трудно спорить с тем, что с современными источниками работать гораздо приятнее и удобнее. Особенно если учесть имеющиеся возможности удаленного управления и мониторинга по сети либо с применением специализированного ПО, а также выполнения первичной настройки ИБП через порты USB или RS-232.

Протестированные устройства можно уверенно отнести к двум группам — бизнес-классу и бюджетному исполнению.

К первой группе относится оборудование APC, MGE, Emerson. В бюджетную группу входят решения компаний GE, Powercom, Aros. Но если PCM Smart King — это действительно недорогое устройство, как говорится, без излишеств, то Aros входит в группу недорогих устройств европейского производства (заводы Riello Elettronica, Италия). Особняком стоит продукт GE Match 2200 ВА — с одной стороны, будучи относительно недорогим устройством, этот источник обладает уникальными характеристиками по диапазону входного напряжения и простоте использования.

Среди источников высшей категории хочется отметить обе модели ИБП компании APC, имеющие два режима коррекции напряжения на повышение и тщательно проработанное ПО управления, а также модель MGE Evolution, обладающую гибкой, тщательно проработанной системой настроек.

Представленный в публикации материал — это итог только части проведенной работы по тестированию линейно-интерактивных ИБП. Об испытании алгоритмов синхронизации ИБП, а также их реакции на кратковременные скачки уровня читайте в следующем номере журнала.

Редакция журнала «Сети и бизнес», а также тестовая лаборатория «СиБ» благодарят компании «Бест Пауэр Украина», ERC, «М-ИНФО», «НТТ Энергия», «Эксим-Стандарт», а также украинское представительство APC by Schneider Electric за предоставленное на тестирование оборудование.

Отдельная благодарность компаниям  «А-КОМ», «НТТ Энергия», украинскому представительству APC by Schneider Electric за техническую помощь в организации испытаний, без которой провести их было бы невозможно.

Владимир СКЛЯР,

Юрий ВЕЛьДЯСКИн,

СиБ

№ 4 (сентябрь) 2009