-->
Поиск:
Методика тестирования

19.04.2007 00:05

Методика тестирования источников бесперебойного питания

Данный материал носит описательный характер, и рассказывает о принципах тестирования источников бесперебойного питания (ИБП), которые применяются при изучении конкретных образцов в тестовой лаборатории techlabs. Не так давно мы уже представляли на суд наших читателей методику тестирования компьютерных блоков питания, данная статья будет написана в том же стиле. Т.е. мы не будем касаться классификации самих ИБП и систем реализации, опустим общие принципы использования (об этом можно немного прочесть здесь), и заострим внимание непосредственно на методике тестирования. Она вырабатывалась на протяжении нескольких лет, и на сегодняшний момент с ее помощью можно комплексно оценить практически любой источник, указать на все плюсы и минусы, а так же дать конкретные рекомендации по использованию. Весь процесс тестирования условно можно разделить на две части: описательную и практическую

Описательная часть

Если попытаться как-то субъективно оценить значимость этой части, то можно сказать, что это примерно 20…25% от общей итоговой оценки. Данная процедура еще до включения источника бесперебойного питания в сеть позволяет выявить ряд мелких, но весьма неприятных минусов. Здесь позволим выделить себе четыре основных пункта: комплект поставки, внешний вид и конструкция, а также изучение схемотехники и дополнительные возможности 

Комплект поставки

Здесь оценивается комплектность источника, в комплекте поставки запросто может не оказаться каких-либо важных шнуров, и пользователь должен заранее знать, что их придется докупить отдельно. Лучше потратить лишний доллар, находясь в компьютерном магазине, ведь случается и иначе, нехватка провода может обнаружиться только дома или в офисе, придется возвращаться в магазин или срочно искать замену в старых запасах. В любом случае лучше все просчитать заведомо, тем более, как показывает практика, редкие производители комплектуют свои изделия всеми необходимыми кабелями, и ограничиваются лишь минимальным набором.

Момент второй – инструкция. Зачастую в пользовательском мануале нет русского или другого ясного  для понимания языка. Это очень плохо. Т.к. долговечность жизненного цикла нового ИБП напрямую зависит от соблюдения правил эксплуатации. И любой пользователь, даже не владеющий английским, должен их четко знать и соблюдать. Это возможно только при подробном описании всех правил в инструкции. Любой человек должен хотя бы внятно  понимать какую максимальную нагрузку можно присоединять к ИБП, для этого ему необходимо  иметь понятие о переводе полной мощности в активную, и т.д.

Так же приветствуется наличие официального гарантийного талона, все-таки процесс сервиса сегодня должен быть цивилизованным.  

 

Комплект поставки инженерного сэмпла ИБП SOCOMEC SICON NETYS PE 600: нет кабеля для подключения к сети, нет интерфейсного кабеля, нет диска с ПО, инструкция на английском языке 

Внешний вид

Здесь происходит оценка качества изготовления корпуса, субъективно оценивается система охлаждения источника. Момент не маловажный, ведь нагреванию подвержены все ИБП, а работать долго будут только те, где хорошо продуман отвод тепла. Сюда же можно отнести удобство управления, приятно, когда производитель применяет оригинальные решения, которые повышают надежность. Сразу вспомним резиновую наклейку вокруг кнопки выключения у ИБП BLACK KNIGHT PRO BNT-400AP, она практически сводит к нулю возможность несанкционированного (случайного) отключения источника. Без данной резинки бесперебойник, стоящий под столом, запросто можно отключить случайным движением ноги.  

 

ИБП BLACK KNIGHT PRO BNT-400AP  с "защитой" кнопки

 

ИБП SVEN Power Pro 425 с автоматическим предохранителем вместо стандартной плавкой вставки 

Изучение схемотехники

Данная операция заочно позволяет определить "честность" заявления мощности. Не секрет, что ИБП, как и компьютерные БП, могут быть перемаркированными, т.е. один и тот же источник запросто может продаваться как 400 ВА и 500 ВА одновременно, только цена последнего будет чуть выше. Так же изучая примененные компоненты можно сделать однозначный вывод об их соответствии/несоответствии заявленной мощности. Например, даже размер защитных варисторов уже косвенно говорит об их электрических свойствах. Вскрытие позволяет констатировать наличие или отсутствие дополнительных фильтров, интересных решений и нестандартных реализаций.

Оцениваются не только примененные компоненты, но и способ их монтажа, как по качественным характеристикам, так и по продуманности решения, например, множество длинных проводов в непосредственном контакте с нагревающимися частями уже представляют потенциальную опасность замыкания при оплавлении изоляции.

 

SOCOMEC SICON NETYS PE 600 внутри 

Дополнительные возможности

Здесь оцениваются дополнительные возможности ИБП, среди которых можно перечислить: 

  • Наличие интерфейсов;
  • Наличие разъемов для протекции телефонной линии или локальной сети;
  • Наличие дополнительных розеток с фильтрацией напряжений от сети.
  • Наличие других оригинальных решений.  

Практическая часть

Данная часть нашего тестирования наиболее важна, т.к. на практике проверяются реальные возможности каждого источника, которые потом легко можно сопоставить с заявленными характеристиками. Для проведения тестов используется стандартный набор технических средств и измерительных приборов, о каждом из них будет подробно рассказано чуть ниже.

Для начала следует отметить, что практически любой источник начинает работать "в полную силу" не сразу, после того как его достали из коробки, а спустя какое-то время. Данный факт обусловлен свойствами свинцово-кислотных аккумуляторов, которые установлены в подавляющем большинстве ИБП. Поэтому работа с новым бесперебойником всегда начинается после с 3-х полных циклов "разряд-заряд".  

Изучение системы AVR

Система AVR (автоматическая регулировка напряжения) является неотъемлемой частью любого ИБП. Это одна из важнейших систем, от корректности работы которой в конечном итоге зависит сохранность оборудования. Ведь любой источник бесперебойного питания на своем выходе обязан обеспечивать выходное напряжение с определенным допуском (отклонение для сетей электропитания нормируется  ГОСТ в размере +/- 10%), не зависимо от того, какое напряжение присутствует на его входе. Работа системы AVR заключена в коммутации числа витков автотрансформатора  в сторону повышения или понижения напряжения. Когда это уже становится не возможным, например, выходное напряжение слишком низкое или высокое, то ИБП переходит на работу от батарей.

 

На приведенном графике можно увидеть иллюстрацию работы системы AVR ИБП IPPON Back Power Pro 800. Синяя линия демонстрирует зависимость выходного напряжения от входного при изменении входного напряжения ЛАТр’ом от меньшего значения к большему, красная, – наоборот, от большего к меньшему. Очевидно, что источник оптимизирован для сети 230 В. Однако все же напряжение порядка 245 В может оказаться крайне нежелательным для некоторых видов техники. Переключение на работу от аккумуляторов происходит при напряжении сети ниже 170 В.

 

Данный тест проводится следующим образом… Подготовленный источник бесперебойного питания подключается к сети через ЛАТр, с помощью которого можно регулировать входное напряжение в широких пределах. На выход источника подключается нагрузка в 50% от номинала. Входное и выходное напряжение контролируется мультиметром-осциллографом BeeTech 33N. Полученные данные заносятся в таблицу, с помощью которой строиться график. Мощность ЛАТра составляет 2 кВт, поэтому с его помощью запросто можно тестировать даже очень мощные бесперебойники.

 

Мультиметр-осциллограф BeeTech 33N 



Дополнение №1

Время переключения

Несложно догадаться, что любая операция по переключению ступени AVR или по переходу на работу от батарей сопровождается таким негативным фактором как время переключения. По сути, это то время, когда напряжения на выходе источника отсутствует. Правда, время это очень небольшое, например, для домашнего сегмента – 3…8 мс. Даже средний по качеству блок питания “переносит” такие провалы без заметных проблем. Однако если конструкторы ИБП злоупотребили этим временем, то могут возникнуть проблемы, которые, например, могут приводить к зависанию компьютера.

Измерение времени переключения происходит с помощью цифрового запоминающего осциллографа при различных нагрузках на выходе (от 30% и до 90%). Как правило, мы указываем только худшие значения времени переключения ступеней AVR, времени перехода на работу от аккумулятора и наоборот.  

Форма выходного напряжения

Не смотря на то, что практически все производители обещают "точную аппроксимацию синусоиды" на выходе своих источников при работе от аккумуляторов, на практике наблюдается несколько иная картина. В подавляющем большинстве бюджетные линейные-интерактивные ИБП выдают нечто похожее на меандр. Причем форма выходного напряжения значительно изменяется в зависимости от мощности нагрузки. Ниже приведем три осциллограммы с выхода IPPON Back Power Pro 800, которые получены при нагрузках в 30%, 50% и 75% соответственно.

Нагрузка 30% от номинала

Нагрузка 50% от номина

Нагрузка 75% от номинала

Видно, что ширина импульса напрямую зависит от мощности, кстати, не рекомендуется присоединять  к недорогим источникам нагрузки менее 30% от номинала, т.к. в таком случае, некоторые производители даже не гарантируют корректную работу. Естественно, на выходе дорогих бесперебойников синусоиду обнаружить можно, но в плане схемотехники такая реализация намного сложнее, поэтому в бюджетном секторе это пока недостижимо. Осциллограммы снимаются все тем же мультиметром-осциллографом BeeTech 33N, и представляются в понятном для читателя виде.  

Частота выходного напряжения

Напомним, что нормированное значение частоты переменного напряжения для наших сетей электропитания составляет 50+/-1 Гц, в идеале такая частота должна обеспечиваться ИБП. Если форма напряжения не очень критична для современных компьютерных блоков питания, то значительные отклонения частоты не допускаются. Однако, как показывает практика, даже самые дешевые бесперебойники имеет отклонение от заданного значения в пределах +- 1 Гц. В наших тестах, как правило, указывается самое худшее значение, полученное в результате изучения конкретного экземпляра. Мо просто пишем что-то типа: частота выходного напряжения ИБП находится в пределах 49.5…50.2 Гц при любых нагрузках  и режимах работы.  

Время автономной работы и амплитуда выходного напряжения

Конечно же, важнейшим фактором для любого источника бесперебойного питания является время автономной работы. Для изучения этого параметра мы используем стенд резистивных нагрузок с максимальной мощностью 4 кВт и шагом регулирования 25 Вт. В ручном режиме выставляется необходимая нагрузка, как правило, несколько значений в диапазоне от 30% до 90% от номинальной мощности. Выходное напряжение контролируется точным мультиметром, который подключен к компьютеру, и записывает массив данных с периодичностью опроса один раз в десять секунд (иногда период опроса может быть изменен). Затем по полученным данным строиться график, который показывает не только время автономной работы, но  и зависимость напряжения в течение всего времени.

 

На картинке приведена описанная зависимость для ИБП IPPON Back Power Pro 400.  Видно, что при низких значениях потребляемой мощности время автономной работы достигает 15 минут. При половинной нагрузке оно снижается, но этого вполне достаточно для медленного завершения всех программ и выключения гипотетического компьютера. Когда мощность потребителя близка к номиналу, время автономной работы значительно падает, а выходное напряжение становится нестабильным.

Интерфейс мультиметра с набором массива данных 

Температурный режим работы

Данный параметр можно смело отнести к группе важнейших показателей, от которых напрямую зависит срок службы любого источника. Практически в любом ИБП во время работы происходит сильный разогрев силовых компонентов. Мало того, что это негативным образом сказывается на самих компонентах, так это еще вполне может стать вторичной причиной  выхода из строя, например, из-за оплавления изоляции на проводах, контачащих с нагретыми частями. Поэтому, оценивая температурный режим, мы всегда описывает качество монтажа и его продуманность, а также указываем максимальные значения температур.

 

Цифровой термометр Mastech MS6501

Для тестирования мы закрепляем термодатчики цифрового термометра Mastech MS6501 на сердечнике силового трансформатора и радиаторе транзисторов инвертора. Корпус ИБП при этом закрыт. Как правило, температура всегда  достигает весьма приличных значений, иногда приближаясь к 90С0

КПД преобразования 

Данный параметр вторичен, однако он все же в некоторой степени характеризует время автономной работы. Так ИБП с большим КПД проработает от АКБ фиксированной емкости несколько больше, нежели ИБП с меньшим КПД. Коэффициент полезного действия рассчитывается по стандартной формуле К=(Ракбнагр)*100%, где Ракб мощность потребляемая от аккумулятора, Рнагр – мощность на нагрузке. Напряжение аккумулятора измеряется цифровым мультиметром UNI-T UT60F, ток – токовыми клещами Mastech MS2138.

Цифровой мультиметр UNI-T UT60F

Токовые клещи Mastech MS2138

Мощность получается путем перемножения значения напряжения на ток. Мощность на резистивной нагрузке рассчитывается путем перемножения действующего значений напряжения на силу тока. Отношения этих двух мощностей дают значение КПД, который для обычного бюджетного линейно-интерактивного источника лежим в диапазоне 75…85%. Естественно, КПД здесь является не линейной функцией, и слегка изменяется в зависимости от нагрузки, но мы предпочитаем указывать среднее арифметическое значение. Измерения производятся в семи точках при процентных нагрузка от 30% до 90%.  

Система зарядки

Изучая систему зарядки АКБ, мы, в первую очередь, проверяем выполняются ли требования производителя батареи. Ведь  если изготовитель аккумулятора рекомендует зарядный ток 0.2 от емкости, а производитель ИБП в целях экономии времени заряжает аккумулятор током, например, 0.6 от емкости, то такая АКБ, как минимум потеряет свои свойства намного раньше положенного. При изучении системы зарядки мы просто контролируем ток заряда и напряжение в течение всего периода с записью на ПК. Далее по полученным данным строиться график, который и подвергается дальнейшему анализу. 

"Холодный" старт

Практически все современные источники бесперебойного питания обладают возможностью "холодного" старта, т.е. они могут запускаться и питать нагрузку от АКБ при отсутствии входного сетевого напряжения. Однако, во многих образцах "холодный" старт присутствует чисто номинально, и даже при нагрузке 50…70% они не могут запустить от батареи. Такая функция не часто, но все же может понадобиться, поэтому мы всегда проверяем как ведет себя в такой ситуации любой из тестируемых ИБП.  

Работа с реальным ПК

Зачастую ИБП, который отлично проявил себя при тестировании на нагрузочном стенде, в итоге  отказывается работать с обычным компьютером. В чем дело? Проблема здесь заключена в согласовании компьютерного блока питания и источника бесперебойного питания. Не секрет, что все современные БП обладают схемами коррекции мощности, причем, как активными, так и пассивными. Так вот  именно активные PFC очень "не дружелюбно" относятся к ИБП, в некоторых случаях работа просто не возможна. Связано это с тем, что в некоторые моменты времени ток в цепи "выход ИБП – вход БП" из-за специфики схемы достигает довольно высоких пиковых значений. ИБП воспринимает это как перегрузку и отключается. С пассивными корректорами, как правило, проблем не возникает, ведь пассивный корректор это обычный дроссель с высокой индуктивностью на входе БП. Поэтому любой источник проверяется в работе с типовым компьютером, который питается от нескольких блоков питания поочередно (с активным и пассивным PFC). В случае появления проблем это обязательно упоминается в тексте материала.  

Программное обеспечение  

Программное обеспечение подвергается не менее тщательному изучению с нашей стороны, нежели самые важнейшие электрические характеристики ИБП. Потому что как бы ни был хорош источник, управлять им "вслепую" просто нелепо и неудобно. На картинках  приведены скриншоты некоторых драйверов. При их изучении наше внимание особо привлекают такие параметры как: 

  • Мониторинг основных параметров;
  • Ведение логов основных параметров;
  • Ведение лога режима работы;
  • Возможность проведения тестов и диагностики состояния;
  • Удаленное администрирование;
  • Возможности по отправке "тревожных" сообщений;
  • Взаимодействие с ОС;
  • Удобство использования;
  • Наличие регулярных обновлений.

 

Одна из старейших программ UPSMON

Программа для управления ИБП IPPON 

Заключение 

В заключении хочется отдельно отметить лишь несколько однозначных умозаключений, к которым приводит данный материал.  

Данная методика раз и навсегда закрывает два основных вопроса со стороны читателей: зачем и главное как тестируются источники бесперебойного питания. Мы попытались кратко описать значение каждого теста и условия его проведения. Теперь при написании нового материала не придется каждый раз описывать условия проведения эксперимента. Естественно, методика тестирования все время будет совершенствоваться и дополняться. Если у вас есть какие-то идеи, соображения, замечания – пишите.

Данная методика вполне однозначно позволяет оценить практически любой ИБП по ряду важнейших параметров. Мы не может сказать, как будет работать новый бесперебойник через год или два. Однако в ходе тестирования очень хорошо выявляются все дефекты или заводские недоработки конкретных экземпляров. Так же делаются вполне обоснованные выводы о соответствиинесоответствии отечественным стандартам. Даются краткие комментарии по осуществлению более эффективной работы и выгодности покупки.

Так же мы полностью отказываемся от проведения неоднозначных тестов или тестов, которые дают ненужные цифры. Примером может служить попытка измерения максимальной мощности, которая может быть снята с выхода источника бесперебойного питания.  

Памятка пользователю ИБП 

Правильно выбирайте мощность нагрузки. Общая потребляемая мощность нагрузки не должна быть ниже 30% и не должна превышать 90% от мощности ИБП.  Лучше вообще выбирать  максимальную мощность нагрузки не выше  70-80% мощности источника.

Производитель ИБП, как правило, всегда указывает мощность в вольт-амперах (ВА). Для перевода вольт-ампер в ватты (Вт) их необходимо умножить на коэффициент 0.6…0.7.

Необходимо периодически "тренировать" ИБП, т.е. давать ему возможность поработать от АКБ, если даже в этом нет потребности. Для нормальной работы батарея должна испытывать периодические циклы "заряд-разряд", а не  оставаться все время заряженной. Более продвинутые источники имеют системы контроля состояния АКБ, но и им данная операция не повредит.

Не подключайте к выходу мощные нагрузки и нагрузки с кратковременным большим потреблением. Такие вещи есть в каждом офисе, это электрические чайники и лазерные принтеры. Стартовая мощность лазерного принтера (из-за разогрева фьюзера)  может достигать киловатт, когда нормальная потребляемая мощность составляет 300…400 Вт.

В любом случае производите своевременную замену аккумуляторной батареи, т.к. она подвержена старению, и со временем теряет свои свойства. Желательно не доводить ситуацию до того, когда ИБП уже вообще не может запуститься от АКБ.

Наконец, эксплуатируйте ИБП при правильной температуре и влажности. Не ставьте их в места с плохой вентиляцией, рядом с батареями или сырыми местами.

Дополнение №1.

С недавнего времени  при тестировании ИБП мы используем небольшое нововведение в  методике.  Было решено отказаться от использования стандартного осциллографа в угоду компьютеризированному комплексу, т.к. работать с ним намного удобнее. Подобные комплексы не так громоздки и позволяют не только наблюдать за показаниями, но и сохранять их в понятном для читателя виде.   В ходе длительных исследований опять же было решено не покупать отдельный прибор, стоимость которых начинается от 500 долларов, а воспользоваться довольно продвинутой программной средой PowerGraph (ООО "ИнтерОптика-С") 

Софт поддерживает богатый набор внешних и внутренних АЦП, давая при этом огромные возможности. Например, при использовании внешнего АЦП USB-3000 производства НПГ "R-Technology" мы получаем полноценный осциллограф на 8 каналов с частотой дискретизации до 3 МГц, построенный на чипе AD9243.

Все полученные сигналы можно сохранять и обрабатывать. Если нужен вариант попроще, то можно воспользоваться обычной звуковой картой, для удобства можно внешней. Так мы получаем два канала с частотой дискретизации до 96 кГц. Поскольку при работе с ИБП максимальная частота сигнала не превышает 50 Гц, то подобной развертки хватает для изучения практически любого процесса. Даже незначительные кратковременные выбросы фиксируются отлично. 

Программа работает в  режиме самописца, поэтому при рассмотрении эпюров сразу видны все всплески, провалы, шумы, и прочие артефакты. 

На картинке выше приведен очень показательный пример. По горизонтальной оси отложено время в секундах, напряжение измеряется по вертикальной оси. В данном случае хорошо виден момент переключения системы автоматического регулирования напряжения и прочие артефакты. Главное, что картинка получается весьма показательной, потенциальному читателю достаточно взглянуть на нее что бы понять суть.

Последнее обновление 15.12.2007

Методика


       Опубликовать в twitter.com   Опубликовать в своем блоге livejournal.com           

 

Рекомендуем прочитать