Коли мені потрібен чистий синусоїдний ДБЖ?

Я хотів би придбати стійки UPS, які б підтримували всю ІТ-електроніку в приміщенні SOHO. Сюди входять комутатори, маршрутизатори, ПК, сервери, NAS. Під час свого дослідження я з'ясував, що існують різні типи ДБЖ, і найкращі є ті, що генерують чисту синусоїду. Однак вони також значно дорожчі, ніж, наприклад, модифіковані синусоїдальні ДБЖ.

Яке застосування КБС чистої синусоїди? Чи надасть це якісь переваги в моєму випадку використання чи це зайвий набір?

Очищення змінного струму є всюдисущим, тому деякі електричні пристрої розроблені разом із ним як вихідне припущення.

Пристрої, які дбають про якість змінного струму

Класичний приклад пристрою, який починається з такого припущення, - аналоговий підсилювач потужності звуку, розроблений до початку 1970-х років або раніше, або більш сучасний твір, розроблений за тими ж лініями. Лінійне регулювання викидає занадто багато тепла, щоб бути практичним у такому пристрої, технологія регулювання низького шуму в той час не була реально доступною в той час, і тому потужності того часу були розроблені з в основному нерегульованою потужністю, безпосередньо керуючи етапами посилення. Брудна потужність виявляється як частина вихідного сигналу, залежно від того, скільки відгуків має підсилювач. ¹ Це одна з двох головних причин лінійного гудіння у старих підсилювачах²

Інший приклад схеми, в якій якість електроенергії може впливати на роботу пристрою, - це щось із двигуном змінного струму, наприклад, дротова електрична дриль , де швидкість двигуна є прямою функцією напруги, що подається на нього. Напруга, яке не збільшується та зменшується плавно, спричинить коливання швидкості. Етапи на виході модифікованої синусоїди знаходяться в сотнях Гц, тому ДБЖ з модифікованим синусом, ймовірно, може призвести до зміни способу роботи двигуна, який ви насправді можете почути.

Хоча я б не переживав надто сильно про те, що погана якість електроенергії зробить електричну дриль, є прилади з моторним двигуном, які я не хотів би запускати від неякісного ДБЖ, наприклад, машини CPAP .

Що стосується питання, чи будь-яке обладнання у вашій стійці SOHO піклується про якість вихідного джерела живлення від ДБЖ, це залежить від конструкції живлення кожного компонента.

Типи живлення

Пристрої з сильним фільтруванням та регулюванням живлення, як правило, не дбають про неоднорідності модифікованої синусоїди. Для такого пристрою важливо лише те, що він отримує достатню потужність RMS і що потужність знаходиться в межах меж вхідної напруги пристрою.³

Найпоширенішим видом живлення, що використовується для сучасних електронних пристроїв, є джерело живлення з комутацією . Вимикачі роблять набагато неприємніші речі до потужності, ніж ставлять деякі удари на вхідній синусоїді, тому їм вже доведеться багато фільтрувати, якщо ланцюг навантаження вимагає чистої потужності.⁴

Іншим основним типом регулювання живлення є лінійний регулятор , який, як правило, пригнічує низькочастотний вхідний шум і пульсацію на 80-100 дБ. Це означає, що трохи вхідної бадьорості вийде з етапів фільтрації та регулювання, як лише трохи нечіткості. Я спробував придумати приклад пристрою, який би погано працював через цю нечіткість, але нічого не спадає на думку. Якщо тиснути шум так далеко вниз, він стає несуттєвим для більшості схем, саме тому лінійні регулятори все ще використовуються, незважаючи на їх неефективність.

Це залишає нерегульовані джерела живлення. Це дуже схоже на вищевикладені випадки роботи двигунів змінного струму, за винятком того, що трансформатор зменшує напругу змінного струму, яке зазвичай випрямляється та фільтрується для отримання напруженої напруги постійного струму. Цей триступеневий процес значно зменшує шум на стороні змінного струму, ⁵ тому можливо, що є пристрої, які побудовані з припущенням, що отриманий шум і пульсація на виході такого джерела живлення є досить чистим, і це буде дратувати сотень Гц хешу виходить з ДБЖ з модифікованим синусом.

Осцилограми

Після того, як fixer1234 додав зображення до своєї відповіді , я подумав, що модифікований синус справді не може бути таким поганим, правда? Я маю на увазі, вони будуть використовувати більше чотирьох кроків за цикл, правда? Правильно?

Я вирішив захопити осцилограми всіх ДБЖ, які у мене є тут для науки! Усі вони виготовлені однією і тією ж компанією, але вони знаходяться в різних точках лінійки товарів цієї компанії.

Для довідки, так виглядає нефільтроване напруга ліній змінного струму в тестовому місці з напругою проти часу ліворуч та діаграмою спектра тієї самої форми хвилі праворуч:

Великий пік на лівому краю ділянки спектра є 60 Гц фундаментальним . Великі гармонійні вершини, які ви бачите, показують, що потужність моєї стіни тут не надто чиста. Найбільша - 2-а гармоніка зі швидкістю 120 Гц в середині діаграми, на 30 дБ вниз від основної, а за третьою гармонікою на 180 Гц в правій грані ділянки. Тоді є той пік таємниці у 85 Гц, якому я не маю пояснення.

Цього достатньо спотворень, щоб з’явитись в осцилограмі зліва: помітити дещо сплющені вершини.

Я випробував пару різних істинних ДБЖ, які були досить дорогими. Їх результат виглядає приблизно так:

Ваші очі вас не обманюють: висновок змінного струму на батареї від даного ДБЖ чистіший від моєї стіни! Цей ДБЖ запустить будь-який електронний пристрій в межах обмеженого навантаження, оскільки його вихідний заряд батареї максимально наближений до ідеальної потужності на стіні, тому що практично не має ніякої різниці.

Якщо ДБЖ працює досить довго, вартість заміни акумуляторів перевищує початкову вартість. Якщо ви купуєте якісні ДБЖ, отже, більше враховуйте поточну вартість АБЖ, ніж початкову ціну покупки.⁶

Джерело безперебійного живлення від того самого виробника коштує приблизно ⅓, ніж у справжнього синусового ДБЖ з тими ж характеристиками заголовка. Напевно, буде і менше, і легше. Улов? Це:

Хоча це набагато краще, ніж результат, на який ми очікуємо пост fixer1234, це не дуже. Мало того, що на виході цього ДБЖ є багато широкосмугового шуму та спотворень, ці два зворотні замикання, які ви бачите на кожному циклі, можуть дратувати ланцюги, які передбачають, що напруга входу змінного струму завжди збільшується або постійно зменшується.

Тим не менш, добре відфільтрований і регульований блок живлення вимкне все це, тому такі пристрої працюватимуть від цього ДБЖ просто чудово. У мене ніколи не було проблем із пристроями, підключеними до цього ДБЖ. Оскільки саме ДБЖ підтримує основні компоненти моєї домашньої мережі, я думаю, я помітив, якби вони перезавантажувались при кожному перемиканні живлення.

Однією з причин того, що я не даю назви брендів та моделей, є те, що це не дуже хороший посібник щодо якості вихідних даних на батареї. Я перевірив близького родича попереднього ДБЖ і отримав зовсім інший результат тесту:

Це в основному реальна версія ідеалізованої форми сигналу, що відображається у відповіді fixer1234. Тоді відповідь на моє запитання вище: "Так, вони дійсно роблять ДБЖ з якістю виходу продукції поганою".

І так, це насправді може мати значення на практиці. Насправді я вирішив перевірити саме цей висновок ДБЖ на цю відповідь, зокрема, тому що це доставляло нам неприємності в минулому.

У нас в цьому ДБЖ було підключено ПК високого класу з іменем, і при кожному запуску живлення ПК - і лише ПК - мимовільно перезавантажиться. Все інше, підключене до розеток "батареї", залишатиметься спокійним. Це було настільки дивно, що я насправді написав програму Arduino в один момент для того, щоб увійти в "live-ness" протягом декількох тижнів, щоб спробувати виявити відключення електроенергії. Ця маленька дошка весь час працювала, навіть коли ПК перезавантажився. Ми врешті-решт перенесли цей UPS на великий старий сервер, сподіваючись, що більша навантаження також спричинить той самий симптом, але ні: UPS підтримував цей сервер через декілька енергетичних вимикачів.

Якість виходу ДБЖ не в нижній частині ствола. Ви сидите? Ось ДБЖ низького класу від тієї ж компанії, яка зробила всі три АБЖ вище:

Ов!

Тепер ви бачите, чому ця лінія низькопробних джерел ДБЖ коштує приблизно вдвічі менше, ніж ДБЖ середнього класу.

При цьому я ніколи не бачив, щоб один із пристроїв, підключених до цього ДБЖ, не міг проїхати через відключення електроенергії.

Висновки

Багато пристроїв просто не надто переймаються якістю живлення змінного струму. Крайній приклад - настільна лампа розжарювання, але будь-який пристрій з добре регульованим і добре відфільтрованим джерелом живлення повинен справлятися з потворним входом змінного струму.

Як ми бачили вище та в інших відповідях, проте, є пристрої, які не впораються із поганою вхідною потужністю. У цих випадках вам потрібен ДБЖ, що відповідає дійсності.

Відступи:

1. Деякі конструкції підсилювачів мають дуже мало негативних відгуків . Це щось із релігійної проблеми в аудіофільських колах, оскільки реакційні екстремісти, які вважають, що найкращі підсилювачі, мають мало відгуків.

2. Інша основна причина гудіння підсилювача - це контур заземлення .

3. Ось чому ви часто бачите джерела живлення, позначені як приймаючі 90-260 В змінного струму або подібні. Якщо такий джерело живлення отримує 200 В змінного струму, він буде просто проводити половину струму, як якщо б він отримав 100 В змінного струму, що дозволяє йому подавати таку ж потужність в електроживлення. Р = VI

4. Навіть пристрої, які не надто дбають про чисту потужність, часто повинні мати фільтрування на вході в живлення , щоб відповідати нормам EMC .

5. Для порівняння із випадком лінійного регулювання типовий нерегульований блок може зменшити шум на стороні змінного струму приблизно на 20 дБ.

   Децибели - це логарифмічна шкала, де кожні 6 дБ різниці між двома напругами є подвоєнням або зменшенням удвічі. Таким чином, зменшення шуму лінійного регулятора на 80 дБ не на 4 × краще, ніж у 20-ти балів від типового нерегульованого джерела живлення, це приблизно на 1000 × краще! Падіння на 20 дБ до 100 дБ, отримане від дійсно хорошого лінійного регулятора, означає, що вихід у 10000 разів тихіший, ніж вхідний.

6. Скажімо, ви вирішили придбати ДБЖ справжнього синуса за 500 доларів, незважаючи на те, що ви можете отримати якісний ДБЖ з модифікованим синусом з тими ж характеристиками заголовка за 150 доларів. Типовий акумулятор ДБЖ потрібно замінювати кожні 3 роки або близько того, що може коштувати 150-200 доларів для справжньої синусоїдальної моделі. Це доходить до $ 50-66 / рік × 12 років ≈ 600-800 доларів, завдяки чому вартість акумулятора є домінуючим елементом у розрахунку витрат.

   ДБЖ вищого класу, як правило, має фізично більші акумулятори для заданого рівня VA, тому вартість замінного акумулятора для батареї ДБЖ залежить частково від того, скільки спочатку ви заплатили за ДБЖ. Таким чином, ви можете вирішити придбати ДБЖ нижчого класу, ніж можливо, як це було б наведено вище, тому що довгострокові експлуатаційні витрати були б занадто високими, ніж ДБЖ більш високого класу.

Вимога для чистої синусоїди відноситься насамперед до джерел живлення в комп'ютері з активною корекцією фактора живлення (PFC). Для них несинусна форма сигналу може призвести до відключення, переможивши цілі щодо наявності ДБЖ.

Я бачив два пояснення механізму:

• Одне, описане в цій публікації , полягає в тому, що блок живлення PFC може спричинити велике початкове навантаження на ДБЖ, викликаючи захист від перевантаження, що вимикає ДБЖ.

• Ще одне пояснення описано в цьому аркуші даних від виробника UPS CyberPower:

Симульована синусоїдальна форма виходу створює стан нульового виходу протягом циклу зміни фази, що призводить до «розриву потужності». Цей розрив може спричинити перерву живлення для обладнання з джерелами живлення Active PFC при переході від вихідного струму змінного струму до симульованого синусоїдального виходу (режим батареї).

Два пояснення не обов'язково є взаємовиключними; кожен може застосовуватись у конкретних обставинах. Але для обох пояснень існує згода щодо трьох важливих моментів:

• Конкретна комбінація обладнання та ДБЖ може мати проблеми з проблемою. У різних моделях ДБЖ виробляються різні імітовані форми хвиль, різні джерела живлення мають різну чутливість до форми сигналу, різні конфігурації обладнання мають різну потужність навантаження в порівнянні з потужністю ДБЖ та ін.

• Якщо апаратне забезпечення комп'ютера не використовує джерело живлення Active PFC, використання модифікованого синусоїдального ДБЖ не є проблемою (і мається на увазі, використання ДБЖ з чистою синусоїдою не є вигодою).

• Використання модифікованого синусоїдального ДБЖ з блоком живлення PFC не призведе до фізичного пошкодження ні АБЖ, ні Блоку живлення, а лише потенційний збій ДБЖ, щоб увімкнути обладнання, включене, коли це передбачається. ** (див. застереження нижче)

Caveat: ця відповідь зосереджена на апаратному забезпеченні комп'ютера, а не на інших пристроях, які також можуть живитись від ДБЖ. Я бачив випадкові повідомлення про несинусоїдальну потужність, несумісну з певними іншими пристроями. Наприклад, у відповіді kinokijuf згадується флуоресцентне підсвічування на РК-моніторі, які мають проблеми, пов'язані з імітацією синусоїдального ДБЖ. Моє останнє питання щодо безпеки обладнання не призначене для вирішення інших підключених пристроїв.

Блоки живлення більшості комп'ютерного обладнання мають велику толерантність до шуму в змінного струму, що означає, що слід спрацьовувати нормально від «зміненого синуса» ДБЖ, однак вони можуть перегріватися.

Однак це може завдати шкоди більш складним пристроям, які працюють безпосередньо від живлення змінного струму і залежать від напруги лінії, наприклад:

• нерегульовані та лінійно-регульовані джерела живлення
• індуктивні навантаження, такі як двигуни
• аудіоапаратура
• люмінесцентні світильники, наприклад, на РК-моніторі цього хлопця .
• медичне, високоточне обладнання
• … _{(Додайте більше прикладів)}

Основне правило полягає в тому, що якщо у вашого пристрою є окремий адаптер живлення «100–240В», він повинен добре відповідати змінній силі живлення.

Це дещо анекдотично, але деякі джерела живлення сервера не запускатимуться при роботі з модифікованим джерелом живлення квадратної хвилі .

Місце, в якому я працюю, має деяке серверне обладнання, яке встановлено у вантажівку, і працює з модифікованим інвертором квадратної хвилі. Серверні джерела живлення повинні були бути спеціально протестовані, щоб впевнитись, що вони запускатимуться від зміненої квадратичної хвилі змінного струму. Деякі системи без оболонок (кілька коробок Dell) не запускаються при запуску з інвертора.

Зауважте, що вони працюватимуть на модифікованому квадратному хвилі, але не запускаються . Іншими словами, якщо сервер під час роботи перемикається на вихід інвертора, це добре, але ви не можете завантажувати його з виходу інвертора / ДБЖ.

Це може бути, а може не бути проблемою, залежно від того, який варіант використання ви очікуєте.

Якщо використовувати шнури живлення для поширення енергії ДБЖ у великій кімнаті, то все, крім чистої синусоїди, може насправді спотворити гірше через вплив імпедансу уздовж кабелю живлення. Я дізнався про цей ефект на фабриці, де ми в основному використовували чисті синусоїдальні регулятори двигуна змінної частоти на довгих кабелях, оскільки занадто багато спотворень на довгому кабелі може спалити двигун. Усі ями, які я бачив, діряві джерела живлення, здаються чистими синусоїдами.

Смугові смуги або захист від перенапруг, вбудовані в обладнання, можуть бути проблемою для ДБЖ, яка, принаймні, не є чистою синусоїдою. Оскільки я хотів резервного живлення для комп'ютера, телевізора, камер безпеки і т. Д., Все в одній кімнаті, це було більше питанням безпеки, що я заплатив більше за модуль чистої синусоїди. Мені не потрібно хвилюватися, якщо щось може перегрітися. Насправді у мене було нічне світло із вбудованим ламповим перегрівом та таненням, коли підключався до найдешевшого ДБЖ, який я коли-небудь отримував. Розплавився в корпусі ДБЖ та був набагато яскравішим до вигорання. Я вважаю, що він використовував конденсатор, щоб забезпечити заданий опір при 60 Гц, але гармоніки ДБЖ викликали менш очевидний опір, тому занадто велика потужність пройшла через конденсатор.