Когда мне нужен чистый синусоидальный ИБП?
Я хотел бы купить стоечный ИБП, который бы поддерживал всю электронику, связанную с ИТ, в комнате SOHO. Это включает в себя коммутаторы, маршрутизаторы, ПК, серверы, NAS. В ходе моих исследований я обнаружил, что существуют различные типы ИБП, и те, которые генерируют чистую синусоидальную волну, являются лучшими. Однако они также намного дороже, чем, например, модифицированные синусоидальные ИБП.
Какое применение ИБП чисто синусоидальной формы? Это даст какие-то преимущества в моем случае использования или это излишнее?
5 ответов
Чистый переменный ток распространен повсеместно, поэтому некоторые электрические устройства спроектированы с ним как исходное предположение.
Устройства, которые заботятся о качестве электроэнергии переменного тока
Классическим примером устройства, которое начинается с такого предположения, является аналоговый усилитель мощности звука, разработанный в начале 1970-х годов или ранее, или более современный образец, разработанный в том же духе. Линейное регулирование выделяет слишком много тепла, чтобы быть практичным в таком устройстве, в то время технология регулирования с низким уровнем шума на самом деле не была доступна, поэтому усилители того времени были разработаны с практически нерегулируемой мощностью, непосредственно приводящей в действие ступени усиления. Грязное питание отображается как часть выходного сигнала в зависимости от того, сколько обратной связи имеет усилитель. Это одна из двух основных причин линейного гула в старых усилителях.
Другим примером схемы, в которой качество электроэнергии может влиять на работу устройства, является электродвигатель переменного тока, например, электродрели с электродвигателем, где скорость электродвигателя является прямой функцией напряжения, приложенного к нему. Напряжение, которое не увеличивается и не уменьшается плавно, приведет к колебаниям скорости. Шаги на выходе модифицированной синусоидальной волны находятся в диапазоне сотен Гц, поэтому ИБП с модифицированным синусоидальным сигналом может вызвать изменения в работе двигателя, которые вы фактически можете услышать.
Хотя я бы не особо беспокоился о том, что плохое качество электроэнергии может повлиять на электрическую дрель, существуют устройства с электроприводом, которые я бы не хотел использовать от некачественных ИБП, например, машины CPAP.
Что касается вопроса о том, заботится ли какое-либо оборудование в вашей стойке SOHO о качестве выходной мощности ИБП, это зависит от конструкции источника питания каждого компонента.
Типы блоков питания
Устройства с сильной фильтрацией и регулированием электропитания, как правило, не заботятся о неидеальностях в модифицированной синусоиде. Все, что имеет значение для такого устройства, это то, что оно получает достаточную среднеквадратичную мощность и мощность находится в пределах пределов входного напряжения устройства.
Наиболее распространенным типом источника питания, используемого для современных электронных устройств, является импульсный источник питания. Коммутаторы делают с питанием гораздо более неприятные вещи, чем удары по входной синусоиде, поэтому им уже приходится много фильтровать, если цепь нагрузки требует чистого питания.
Другим основным типом регулирования источника питания является линейный регулятор, который обычно подавляет низкочастотный входной шум и пульсации на 80-100 дБ. Это означает, что на входах каскадов фильтрации и регулирования будет присутствовать небольшая разболтанность, а не просто размышление. Я попытался привести пример устройства, которое из-за этого шума будет работать плохо, но ничего не приходит в голову. Когда вы толкаете шум так далеко вниз, он становится несущественным для большинства цепей, поэтому линейные регуляторы все еще используются, несмотря на их неэффективность.
Это оставляет нерегулируемые источники питания. Это очень похоже на приведенные выше случаи двигателя переменного тока, за исключением того, что трансформатор уменьшает напряжение переменного тока, которое затем обычно выпрямляется и фильтруется для получения резкого напряжения постоянного тока. Этот трехэтапный процесс значительно снижает шум на стороне переменного тока, поэтому возможно, что есть устройства, которые построены с допущением, что результирующий шум и пульсации на выходе такого источника питания достаточно чистые, и они будут раздражены хэш с частотой 100 Гц, выходящий из ИБП с модифицированным синусом.
Осциллограммы
После того, как fixer1234 добавил изображения к своему ответу, я подумал, что измененный синус не может быть таким уж плохим, верно? Я имею в виду, они собираются использовать более четырех шагов за цикл, верно? Правильно?
Я решил снять осциллограммы всех ИБП, которые у меня есть для науки! Все они сделаны одной и той же компанией, но они принадлежат к разным точкам в линейке продуктов этой компании.
Для справки, это то, как нефильтрованное напряжение линии переменного тока выглядит в месте испытания с напряжением в зависимости от времени слева и спектральным графиком той же формы сигнала справа:
Большой пик на левом краю графика спектра составляет 60 Гц. Большие гармонические пики, которые вы видите, показывают, что моя сила стены здесь не супер чистая. Самой большой является вторая гармоника на частоте 120 Гц в центре графика, на 30 дБ ниже основной, за которой следует третья гармоника на частоте 180 Гц на правом краю графика. Тогда есть тот загадочный пик в 85 Гц, который я не могу объяснить.
Этого искажения достаточно, чтобы показать его на осциллограмме слева: обратите внимание на несколько сплюснутые пики.
Я протестировал пару разных ИБП с истинным синусом, которые были довольно дорогими. Их вывод выглядит так:
Твои глаза не обманывают тебя: выход переменного тока от батареи на этом конкретном ИБП чище, чем у меня! Этот ИБП будет работать с любым электронным устройством в пределах своих пределов нагрузки, потому что его выходная мощность от батареи настолько близка к идеальной мощности, что не имеет практического значения.
Если ИБП работает достаточно долго, стоимость замены батарей превышает первоначальную стоимость. Поэтому, если вы покупаете качественные ИБП, уделите больше внимания эксплуатационным расходам ИБП, чем первоначальной покупной цене.
ИБП среднего класса того же производителя стоит примерно ⅓ стоимости ИБП истинного синуса с теми же характеристиками заголовка. Вероятно, он будет меньше и легче. Подвох? Это:
Хотя это намного лучше, чем результат, который мы ожидаем увидеть в сообщении fixer1234, это не очень красиво. Мало того, что на выходе этого ИБП присутствует много широкополосного шума и искажений, эти два обратных зацепления, которые вы видите в каждом цикле, могут раздражать цепи, которые предполагают, что входное напряжение переменного тока всегда увеличивается или уменьшается постоянно.
Тем не менее, хорошо отфильтрованный и регулируемый источник питания исключит все это, поэтому такие устройства будут нормально работать от этого ИБП. У меня никогда не было проблем с устройствами, подключенными к этому ИБП. Поскольку именно ИБП поддерживает основные компоненты моей домашней сети, думаю, я бы заметил, что они перезагружаются при каждом включении питания.
Одна из причин, по которой я не даю названия брендов и моделей, заключается в том, что это не очень хорошее руководство по качеству выходного сигнала от аккумулятора. Я протестировал близкого родственника предыдущего ИБП и получил совсем другой результат теста:
Это в основном реальная версия идеализированной формы волны, показанная в ответе fixer1234. Таким образом, ответ на мой вопрос выше: "Да, они действительно делают ИБП с выходным качеством настолько плохим".
И да, это может иметь значение на практике. На самом деле, я решил протестировать этот конкретный выход ИБП для этого ответа именно потому, что в прошлом он доставлял нам неприятности.
К этому ИБП был подключен высококлассный ПК известной марки, и при каждом включении питания ПК - и только ПК - самопроизвольно перезагружался. Все остальное, подключенное к "батарейным" розеткам, останется в силе. Это было так странно, что я однажды написал программу Arduino, чтобы в течение нескольких недель регистрировать "живость", чтобы попытаться обнаружить пропадание питания. Эта маленькая плата продолжала работать все время, даже когда компьютер перезагружался. В конечном итоге мы переместили этот ИБП на большой старый сервер, ожидая, что более высокая нагрузка также вызовет тот же симптом, но нет: ИБП продолжал работать на этом сервере несколько раз.
That UPS's output quality isn't bottom of the barrel. Are you sitting down? Here's a low-end UPS from the same company that made all three of the UPSes above:
Оу!
Now you see why this low-end line of UPSes costs about half that of the mid-range UPSes.
That said, I have never seen one of the devices plugged into that UPS fail to ride through a power outage.
Выводы
Many devices simply don't care much about AC power quality. An extreme example is an incandescent desk lamp, but any device with a well-regulated and well-filtered power supply should cope with ugly AC input.
As we have seen above and in other answers, though, there are devices that will not cope with bad input power. For these cases, you need a true-sine UPS.
Digressions:
Some amplifier designs have very little negative feedback. It's something of a religious issue in audiophile circles, with the reactionary extremists believing the best amplifiers have little to no feedback.
The other major cause of amplifier hum is the ground loop.
This is why you frequently see power supplies marked as accepting 90-260 VAC or similar. If such a power supply gets 200 VAC in, it will simply draw half the current as if it got 100 VAC instead, allowing it to deliver the same wattage to the powered circuit. P=VI
Even devices that don't care much about clean power must often have power inlet filtering in order to meet EMC regulations.
For comparison with the linear-regulation case, a typical unregulated supply might reduce AC-side noise by about 20 dB.
Decibels are a logarithmic scale where every 6 dB of difference between two voltages is a doubling or halving. Thus, a linear regulator's 80 dB noise reduction isn't 4× better than the 20-ish you get from a typical unregulated power supply, it's about 1,000× better! The 20 dB to 100 dB drop you get from a really good linear regulator means the output is 10,000 times quieter than the input.
Let's say you decide to buy a true-sine UPS for $500 despite the fact that you can get a good-quality modified-sine UPS with the same headline specs for $150. A typical UPS battery needs to be replaced every 3 years or so, which might cost $150-200 for the true-sine model. That comes to $50-66/yr × 12 years ≈ $600-800, making the battery cost the dominant element in the cost calculation.
Higher-end UPSes tend to have physically larger batteries for a given VA level, so the replacement battery cost for a UPS battery depends in part on how much you paid for the UPS originally. You might therefore choose to buy a lower-end UPS than you might like to given the graphs above because the long-term operating cost would be too high with a higher-end UPS.
Требование чистой синусоидальной волны относится в первую очередь к источникам питания с активной коррекцией коэффициента мощности (PFC) в компьютере. Для них несинусоидальная форма волны может привести к отключению, нарушая всю цель наличия ИБП.
Я видел два объяснения механизма:
Один из них, описанный в этом посте , заключается в том, что блок питания PFC может вызвать высокую начальную нагрузку на ИБП, вызывая защиту от перегрузки, которая отключает ИБП.
Другое объяснение описано в этом листе данных от производителя ИБП CyberPower:
Имитированная форма выходного сигнала синусоидальной волны создает состояние нулевого выхода в течение цикла изменения фазы, что приводит к "разрыву" мощности. Этот зазор может вызвать прерывание питания для оборудования с активными источниками питания PFC при переключении с выхода мощности переменного тока на имитированный выход синусоидальной волны (режим батареи).
Эти два объяснения не обязательно являются взаимоисключающими; каждый может применяться в определенных обстоятельствах. Но для обоих объяснений есть согласие по трем важным пунктам:
Определенная комбинация оборудования и ИБП может иметь или не иметь проблемы. Разные модели ИБП производят разные формы имитируемой формы волны, разные источники питания имеют разную чувствительность к форме волны, разные конфигурации оборудования имеют разную мощность нагрузки в зависимости от емкости ИБП и т. Д.
Если компьютерное оборудование не использует активный источник питания PFC, использование модифицированного синусоидального ИБП не является проблемой (и подразумевается, что использование чисто синусоидального ИБП не является преимуществом).
Использование модифицированного синусоидального ИБП с блоком питания PFC не приведет к физическому повреждению ИБП или блока питания, а только к потенциальной поломке ИБП, когда оборудование будет включено, когда это предполагается. ** (см. предостережение ниже)
Предостережение. Этот ответ посвящен аппаратному обеспечению компьютера, а не другим устройствам, которые также могут работать от ИБП. Я видел случайные сообщения о несовместимости энергии синусоидальной волны с некоторыми другими устройствами. Например, в ответе Кинокиюфа упоминается флуоресцентная подсветка на ЖК-мониторе, которая, как считается, связана с имитацией синусоидальной ИБП. Мое последнее замечание о безопасности оборудования не предназначено для других подключенных устройств.
Импульсные источники питания большинства компьютерных устройств имеют большой допуск на шум в сети переменного тока, что означает, что они должны нормально работать от ИБП "модифицированного синуса", однако они могут перегреваться.
Однако это может нанести вред более сложным устройствам, которые работают напрямую от сети переменного тока и зависят от напряжения сети, например:
- нерегулируемые и линейно регулируемые источники питания
- индуктивные нагрузки, такие как двигатели
- аудио оборудование
- люминесцентные лампы, такие как на ЖК-мониторе этого парня.
- медицинское, высокоточное оборудование
- …(Добавить больше примеров)
Практическое правило заключается в том, что если ваше устройство оснащено отдельным адаптером питания "100–240 В", оно должно подойти для ИБП с модифицированными синусоидами.
Это несколько анекдотично, но некоторые серверные блоки питания не запускаются при питании от модифицированного прямоугольного источника питания.
В месте, где я работаю, есть какое-то серверное оборудование, которое монтируется на грузовике и работает на модифицированном прямоугольном инверторе. Блоки питания сервера должны были быть специально протестированы, чтобы убедиться, что они будут работать при измененном питании переменного тока прямоугольной формы. Некоторые системы без оболочки (несколько блоков Dell) не запускаются при запуске от инвертора.
Обратите внимание, что они будут работать на измененном входе прямоугольной волны, но не запустятся. Другими словами, если сервер переключается на выход инвертора во время работы, это нормально, но вы не можете загрузить его с выхода инвертора / ИБП.
Это может или не может быть проблемой, в зависимости от того, какой вариант использования вы ожидаете.
Если использовать шнуры питания для распределения питания ИБП по большой комнате, то все, кроме чистой синусоидальной волны, может на самом деле искажать хуже из-за эффектов сопротивления вдоль силового кабеля. Я узнал об этом эффекте на фабрике, где мы в основном использовали чистые синусоидальные контроллеры двигателя с переменной частотой на длинных кабелях, потому что слишком большое искажение на длинном кабеле может привести к перегоранию двигателя. Все ИБП, которые я видел, выглядят как чистая синусоида.
Полосы защиты от перенапряжений или защита от перенапряжений, встроенные в оборудование, могут быть проблемой для ИБП, который, по крайней мере, не является чисто синусоидальным. Поскольку я хотел иметь резервное питание для компьютера, телевизора, камер видеонаблюдения и т. Д., Находящихся в одной комнате, было больше вопросом безопасности, поэтому я заплатил больше за чистый синусоидальный модуль. Мне не нужно беспокоиться, если что-то может перегреться. На самом деле у меня был ночной светильник со встроенным перегревом и перегоранием лампы при подключении к самому дешевому ИБП, который я когда-либо получал. Окунитесь в корпус ИБП, и он был во много раз ярче, прежде чем сгореть Я полагаю, что он использовал конденсатор для обеспечения установленного сопротивления при 60 Гц, но гармоники ИБП вызывали меньшее кажущееся сопротивление, так что через конденсатор передавалось слишком много энергии.