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?

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 участка спектра является 60 Гц фундаментальным . 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? Этот:

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.

Качество вывода этого ИБП - не самое главное. Ты сидишь? Вот недорогой ИБП от той же компании, которая сделала все три ИБП выше:

Оу!

Теперь вы понимаете, почему эта линейка ИБП низкого класса стоит примерно вдвое дешевле, чем ИБП среднего класса.

Тем не менее, я никогда не видел, чтобы одно из устройств, подключенных к этому ИБП, не работало из-за перебоя в питании.

Выводы

Многие устройства просто не заботятся о качестве переменного тока. Крайним примером является настольная лампа накаливания, но любое устройство с хорошо отрегулированным и хорошо отфильтрованным источником питания должно справляться с уродливым вводом переменного тока.

Однако, как мы видели выше и в других ответах, существуют устройства, которые не справляются с плохой входной мощностью. Для этих случаев вам нужен истинно синусовый ИБП.

Отступление:

1. Некоторые конструкции усилителей имеют очень мало отрицательных отзывов . Это что-то вроде религиозного вопроса в аудиофильских кругах, поскольку реакционные экстремисты считают, что лучшие усилители практически не имеют обратной связи.

2. Другой основной причиной гудения усилителя является заземление .

3. Вот почему вы часто видите блоки питания, отмеченные как принимающие 90-260 В переменного тока или аналогичные. Если такой блок питания получает 200 В переменного тока, он просто потребляет половину тока, как если бы он получил 100 В переменного тока, позволяя ему подавать ту же мощность в цепи с питанием. Р = В.И.

4. Даже устройства, которые не заботятся о чистом питании, часто должны иметь входную фильтрацию , чтобы соответствовать требованиям EMC .

5. Для сравнения со случаем линейного регулирования типичный нерегулируемый источник питания может снизить шум на стороне переменного тока примерно на 20 дБ.

   Децибелы представляют собой логарифмическую шкалу, где каждые 6 дБ разницы между двумя напряжениями являются удвоением или уменьшением вдвое. Таким образом, шумоподавление линейного регулятора на 80 дБ не в 4 раза лучше, чем на 20-ти яркостях, которые вы получаете от обычного нерегулируемого источника питания, оно примерно в 1000 раз лучше! Падение от 20 дБ до 100 дБ, которое вы получаете от действительно хорошего линейного регулятора, означает, что выходной сигнал в 10000 раз тише, чем входной.

6. Допустим, вы решили купить ИБП истинного синуса за 500 долларов, несмотря на то, что вы можете получить качественный ИБП с модифицированным синусом с такими же характеристиками заголовка за 150 долларов. Типичную батарею ИБП необходимо заменять каждые 3 года или около того, что может стоить 150-200 долларов за истинно синусоидальную модель. Это составляет $ 50-66 / год × 12 лет - $ 600-800, что делает стоимость батареи доминирующим элементом в расчете стоимости.

   ИБП более высокого класса, как правило, имеют физически большие батареи для данного уровня ВА, поэтому стоимость замены батареи для батареи ИБП частично зависит от того, сколько вы заплатили за ИБП изначально. Поэтому вы можете купить ИБП более низкого уровня, чем вы могли бы, учитывая графики выше, потому что долгосрочные эксплуатационные расходы были бы слишком высоки с ИБП более высокого уровня.

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
• флуоресцентные 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 модифицированным синусоидальным сигналом.

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 протестированы , чтобы убедиться , что они начинают на модифицированном меандр переменного тока. 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 импеданса 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 синусоидальной волной. 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 сгорел. 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.