Длинные подробности

[asat]

Ну, раз интерес имеется, поделюсь результатами.
Суть проблемы я тут где-то описывал в августе 2006 года кому не лень, можете посмотреть, если кратко - имеется генератор, комп и ИБП. Требуется заставить всё это работать в куче. Собственно, с этого места и начались проблемы, а от них потянулся интерес к ИБП.
Имеется три девайса (в порядке приобретения):
1. Ippon Back Power Pro 700

2. APC BACK-UPS CS BK500-RS

3. APC Back-UPS ES 700VA (#BE700-RS)

Девайс 1 был приобретён первым, выбирался как средняя модель из интерактивных ИБП, в расчёте что это будет получше оффлайновых (что оказалось ошибкой), но сразу же показал себя далеко не с лучшей стороны, в конкретно нашей ситуации оказался почти бесполезным. С генератором он работать отказывался наотрез, выражалось это в том, что при включении компа он начинал щелкать режимами и "зацепиться" за сеть не мог. На фоне этого все прочие опции оказались бесполезны - для фильтрации помех у нас стоит отдельный фильтр, а коррекции напряжения и прочее - это может быть и имеет некоторый толк, но во-первых, все эти коррекции происходят в не таком ушш широком диапазоне, а во-вторых, в этих самых диапазонах БП компа, мониторов и прочего прекрасно работают и так. При серьёзных де отклонениях этот ИБП переходит на батарею, даже если напряжение в сети имеется. В итоге получалась ерунда - в случае отключения питания ИБП только давал возможность корректно уйти в hibernate, после чего комп выключался, ИБП из схемы убирался и комп запускался от генератора напрямую через фильтр. Как показала примерно 30 часовая наработка в таком режиме (из них более суток непрерывно), комп прекрасно работает без сбоев. Что интересно, без компа этот ИБП от генератора работал нормально при соизмеримых и даже больших нагрузках.
Получалась маразматичная ситуация - у ИБП с целью улучшения качества питания, параметры к питанию оказывались задраты гораздо выше, чем это реально требовалось для компа. В итоге вместо защиты получали её полное отсутствие, так как ИБП приходилось отключать. Впрочем, учитывая, что это несколько нецелевое использование, это ещё можно было бы как-то объяснить, но кроме этого выявились более значительные просчёты. В первую очередь - реальная мощность ИБП от сети и от батареи очень сильно отличалась, о чём производители упорно умалчивают. Мощность от батареи была намного ниже заявленной. Можно было бы списать это на батарею, которая изначально была не в лучшем виде, надо полагать, не первой свежести, но выяснилась ещё одна проблема - у ИБП не было не только запаса мощности, но и никакого запаса в импульсном режиме. Несмотря на заявленную опцию холодного старта, в реальных условиях этот старт был практически невозможен - ИБП запускался нормально, но оборудование с импульсными БП на старте имеет потребление в разы больше своего номинала. И вот этот импульс ИБП выдать не мог. При попытке включить комп, монитор или что-то подобное, обычно это приводило к мгновенному отключению ИБП без каких-либо сигналов. Ещё к недостаткам стоит отнести батарею. ИБП считается необслуживаемым и замена батареи пользователем не подразумевается. Хотя это даже можно считать плюсом и своеобразной защитой - имеющие до такой степени кривые лапы, что не в состоянии разобрать корпус, вряд ли смогут что-то заменить, а для остальных это не будет иметь значения. Хуже тут другое - батарея расположена прямо под силовой платой и вплотную к трансформатору. Учитывая, что циркуляция там совсем слабая, а температура в корпусе получается приличная, температура батареи получается заведомо завышенной. По данным SVEN это может снизить срок службы батареи до 2 раз и более в зависимости от температуры в комнате. То есть без охлаждения не стоит рассчитывать на срок службы батареи больше 2 лет, несмотря на все заявления производителей, которые, как подмечено в этой статье, сплошш и рядом не соответствуют действительности.

В результате всех этих заморочек пришлось задуматься о замене. Рассудив, что как ни крути, а APC получше будет, был приобретён девайс 2. Впрочем, выбора особо и не было, была возможность или купить эту модель, или не покупать вообще. Решили рискнуть. Это одна из самых нижних моделей, имеет меньшую мощность, полное отсутствие внешних интерфейсов и сам ИБП оффлайн типа, с довольно жёстким переключением, настолько, что даже визуально это видно при подключенной лампочке, чего у девайса 1 не было.
Тем не менее, этот ИБП показал себя отлично со всех сторон - он уверенно переключался на генератор и держал сеть, переключаясь на батарею только в моменты сильных просадок, что при малой мощности генератора явление частое. Это был огромный плюс, так как вопрос с перебоем питания стал всего лишш мелкой неприятностью, чреватой разве что беготнёй. Помимо этого, ИБП отлично зарекомендовал себя и в других отношениях - заявленную мощность он отдавал полностью, как при питании от сети, так и от батареи, холодный старт выполнял чётко и стартовых импульсов тоже не боялся, разумеется, в разумных пределах. То есть несмотря на свою простоту, заявленным параметрам полностью соответствовал.

В общем-то на долгое время вопрос закрылся, но после апгрейда встал вопрос о мощности. Честно отдаваемых 300 ватт не хватало, поэтому пришлось задуматься о новом ИБП. При выборе вопрос "будет ли оно работать от генератора" снова превращался в лотерею, так как ни техподдершшка производителя, ни тем более продавцы, вразумительно на этот вопрос ответить не могли. Из имеющегося опыта складывалось, что интерактивные ИБП брать бессмысленно - по отзывам, даже лучшие серии имели проблемы на мощных синхронных генераторах, в нашем же случае это означало гарантированную неработоспособность. После изучения прайсов, остановились на паре моделей АРС. Так как возможности узнать, будет ли толк заранее не было, брали наугад. Так приобрели девайс 3. В общем-то, как оказалось, всё-таки промахнулись - ИБП хотя и работает получше 1-го, который вообще за сеть не мог "ухватиться", но всё равно частота срывов такая, что о работе в таком режиме речи идти не может. В итоге на данный момент ситуация в подвешенном состоянии - то ли избавляться от этого и попробовать другой, который кстати из той же серии, что и девайс 2, но судя по наличию интерфейсов связи, схема там другая, "поумнее", что в данном случае будет минусом, и будет ли оно работать, опять же под вопросом; то ли пытаться "вправить мозги" этому. Было бы конечно поэкспериментировать и с другой моделью, но к сожалению, у меня нет возможности её приобрести.

Ну вот, это можно считать вступлением. Теперь то, что удалось выяснить в ходе всех проводимых экспериментов.
В первую очередь это время автономной работы. Для выполнения всех действий для переключений и запуска генератора мне требуется порядка 4-6 минут, но с разумным запасом это не менее 10. Тем не менее, производители ИБП упорно ставят мелкие батареи, которые мало того что с таких режимах отдают меньше половины энергии, так ещё и время работы при больших нагрузках составляет 3-5 минут. В итоге возник логичный вопрос о замене батареи на более ёмкую. В инете на этот счёт мнения расходятся от вариантов что подключать можно хоть "камазовскую" батарею без всяких проблем, до длинных и подробных расписываний на тему того, что это никак не допустимо, чревато выходом из строя инвертора и зарядника, и обязательными призывами брать только модели, рассчитанные на дополнительные батареи. Впрочем, ознакомившись с ценами на такие серии и не обнаружив у них каких-то других преимуществ, заподозрил обычный товарный лохотрон. Попутно тут порадовало другое - для ИБП, "допускающих замену батареи пользователем", есть понятие батарейный картридж. Для ИБП нижних моделей это по сути обычная батарея в упаковке. Зато впечатляет цена - если просто батареи попадаются в комп фирмах по цене 200-800 руб в зависимости от ёмкости, то эти же батареи в коробочке с гордым названием "картридж формата ***" имеют цены в 2-5 раз выше. Ну да ладно. Как говорится: лохи - двигатель торговли, а отнюдь не реклама. Но это оффтоп.
Все три девайса имеют батареи одного формата ёмкостью 7 а/ч ,разных фирм. О надёжности и долговечности говорить пока рано, хотя судя по поведению девайса 1 при вчерашнем отключении, батарея там близка к помиранию... В любом вслчае, для таких мощностей это вообще-то маловато. Зачем это надо, непонятно, и почему бы не поставить штатно чего-то побольше - тоже. Ну да бывает. В наличии у меня есть такая штука: , хотя и поюзанная и потерявшая в ёмкости, но заметно превосходящая даже новую штатную. Логично было задуматься о замене, так как при больших нагрузках штатные батареи требуемых 10 минут не обеспечивали. Учитывая разброс инфы в инете, пришлось заняться экспериментами с целью убедиться насколько это чревато, может ли повредить девайс, будет ли заряжаться и так далее. Для этого девайсы были раскурочены и измерены параметры.

Итак, по проведённым замерам, изучению схем и конструкций было выяснено:
Все три девайса имеют преобразователи на мощных полевых транзисторах, у которых очень плохо обстоит дело с охлаждением. Несмотря на наличие в корпусе дырок для естественной циркуляции (а у девайса 3 их настолько мало и расположены они только по бокам, что вопрос циркуляции вообще неактуален), этого явно недостаточно, и установленные на транзисторах радиаторы больше предназначены для накопления тепла, чем для его отвода. То есть при работе на малых мощностях нагрев будет слабее, а при больших нагрузках батарея дохнет за считанные минуты и температура просто не успевает превысить критические значения. Отсюда вывод - нормально ИБП может работать только от штатной батареи. При повышении времени работы транзисторы будут перегреваться и если даже не погорят сразу, надолго в таком режиме их не хватит. Тем не менее, ничто не мешает ИБП работать от батареи хоть часами при наличии активного охлаждения трансформатора и силовых элементов. Для этой цели годится всё тот же 80мм корпусной вентилятор (они вообще годятся для чего угодно), установленный так, чтобы обдувал нужные элементы. Следует обратить внимание что конструкция корпуса может не позволить наладить охлаждение без дополнительных модернизаций или разбора. Тем не менее, использование большой батареи или внешнего источника (об этом ниже) вполне возможно.

Тем не менее, тут встаёт второй вопрос. Чем больше батарея, тем актуальнее вопрос её зарядки, так как или потребляемые токи, или время будет расти. В инете много воплей на тему возможного превышения зарядного тока и сгорания блока заряда. Поэтому следующая серия экспериментов была в этом направлении.
Как показали измерения, все три девайса имеют блок заряда с ограничением по току, причём ток этот не такой большой. Более точные данные по каждому девайсу:

- Девайс 1. На батарею подаётся непрерывно порядка 0,3 А в выключенном виде и 0,25 А в включенном, почти независимо от нагрузки. Ток статичный, подаётся как на заряженную батарею, так и на разряженную. Отключение не предусмотрено.
Вывод: время заряда штатной батареи будет больше заявленного в спецификации, заряжать можно любую батарею без риска повредить ИБП, но при ёмкости более 15а/ч время заряда будет измеряться уже сутками.
- Девайс 2. В разряженном состоянии на батарею подаётся ток около 0,6 А независимо от ёмкости батареи. К окончанию заряда ток падает примерно до 0,4 А и подаётся импульсно с увеличением частоты импульсов, в самом конце заряда это будет слышно виде прерывистого гула с частотой около герца. Несмотря на наличие некоторого контроля заряда, подмены батареи на большую ИБП не замечает и точно так же её заряжает.
- Девайс 3. Алгоритм заряда тот же, ток ниже на 0,05-0,1 А.

То есть явных ограничений для больших батарей нет, но при действительно больших ёмкостях время заряда будет неприемлемое. Тем не менее, решение возможно, следовательно, заявления в инете или откровенный груз с целью призыва покупать ИБП с заменяемыми внешними батареями по цене в 2-3 раза выше, или же имеются модели ИБП, у которых заряд реализован по другим алгоритмам и для которых при более ёмкой батарее возможно превышение тока. Учитывая, что для глубоко разряженной батареи свободный ток заряда в любом случае будет превышать допустимые 0,25 ёмкости, отсутствие ограничителей тока было бы странным, но мало ли. Так что если кто хочет попробовать большую батарею, рекомендую проверить зарядные токи для конкретной модели.

Теперь к вопросу о работе без батареи. Имеется в виду использование внешнего источника питания. В теории такая схема по сути, превращает ИБП в онлайн тип, хотя как оно покажет себя при длительной работе даже при наличии охлаждения, пока что под вопросом. Проводимые эксперименты были непродолжительными, поэтому тут ещё есть место для дополнения...
Из того, что удалось выяснить. К питанию со стороны батареи у ИБП нет сильных требований, надо полагать, потому что разработчики такое вообще не подразумевали, а потому с этой стороны ИБП не делает проверки качества питания и проверяет только вольтаж. При наличии трансформатора достаточно будет простейшего сглаживания. В экспериментах девайс 1 без проблем работал от компьютерного БП. Точнее, почти без проблем, так как БП под нагрузкой просел до критических 10,8 в, чем сорвал эксперименты с более высокими нагрузками. Попутно выяснилась ещё одна деталь - как при запуске ИБП, так и при включении нагрузки, даже если это лампочка, ИБП даёт резкий всплеск потребляемого тока. Величину я не замерял, но судя по тому, что при потреблении тока порядка 8А и мощности БП 19А, при включении 60 ваттной лампочки на БП срабатывала защита, всплеск там приличный. Проблема была решена включением пары конденсаторов по 10000 мкФ. Правда, потребовалась хитрость - без балластного резистора и диодной развязки конденсаторы для своего заряда будут требовать настолько большой ток, что БП просто не стартует, а при подключении к уже запущенному, срабатывала защита. На время экспериментов это было решено максимально топорным способом - конденсаторы заряжались от отключенной батареи ИБП, после чего цеплялись к уже запущенному БП. Само наличие конденсаторов показало себя хорошо - срабатываний защиты от всплесков больше не было, так что при стационарном использовании нужно сделать простейшую схему плавного заряда, иначе во входных цепях будут гулять заведомо неприемлемые импульсные токи.
Данная схема была взята на заметку, на случай если не получится заставить работать ИБП от генератора другим способом, хотя КПД при таком раскладе будет не очень. Так же это может быть полезно автомобилистам, желающим иметь полноценные 220 вольт в машине и не желающим вываливать за это в разы больше за различные инверторы.

К вопросу о КПД. Наихудшие показатели были у девайса 1. Впрочем, это и заметно по солидному нагреву корпуса во всех режимах работы. Но если при работе от сети это крайне посредственный параметр, тем более что конструктивно у оффлайн ИБП КПД будет под 100%, то при работе от батарей это важно, так как заметно скажется как на времени работы от батареи, так и на нагреве силовых элементов. ИБП фирмы АРС показали себя с лучшей стороны, у них КПД больше 80%, что для их схемы преобразования очень неплохо. Точные измерения по всему диапазону нагрузок я не делал, хотя если всё-таки встанет вопрос о схеме двойного преобразования, придётся. В любом случае, при равной нагрузке и одинаковых батареях ИБП фирмы АРС проработает дольше.

Теперь возвращаясь к первоначальному вопросу. Сейчас стоит задача заставить работать девайс 3 от генератора, так как на покупку ещё одного просто нет денег, а работоспособность опять же под вопросом. Использование схемы двойного преобразования возможно, но во-первых это само по себе не лучшее решение, а во-вторых, в итоге КПД будет хорошо если 60%, что при нашем лимите мощности превращается в дополнительную, не меньшую проблему. Поэтому на данный момент пытаюсь найти способ занизить чувствительность для схемы. Сам по себе ИБП имеет штатную настройку, но, судя по всему, помимо вольтметра и частотомера имеет дополнительный контроль качества синусоиды, в отличие от девайса 2. Оно может быть было бы полезно и улучшало стабильность, но не в нашем случае.
На момент написания этой статьи вопрос ещё не решён, поэтому о промежуточных результатах описывать не буду. Если получится, расскажу что и как было сделано. Так же предстоит замена батареи и модернизация корпуса для охлаждения.

На этом пожалуй завершу, так как размер снова получился весьма солидным. В связи с этим просьба к читателям - поскольку написание таких отчётов требует порядочно времени, если кто-то дочитал до этого места и темой заинтересовался, отметьтесь в комментах, даже если никаких вопросов или предложений нет. От этого зависит, буду ли я тут писать о подобных вопросах или нет, так как выписывать посты такого объёма просто для комплектности я не вижу смысла.