Me gustaría comprar un UPS en rack que admita todos los dispositivos electrónicos relacionados con TI en una sala SOHO. Esto incluye conmutadores, enrutadores, PC, servidores, NAS. Durante mi investigación descubrí que hay diferentes tipos de UPS y los que generan onda sinusoidal pura son los mejores. Sin embargo, también son mucho más caros que, por ejemplo, los UPS de onda sinusoidal modificada.
¿Cuál es la aplicación de un UPS de onda sinusoidal pura? ¿Proporcionará alguna ventaja en mi caso de uso o es una exageración?
Respuestas:
La CA limpia es omnipresente, por lo que algunos dispositivos eléctricos están diseñados con ella como una suposición inicial.
Dispositivos que se preocupan por la calidad de la alimentación de CA
Un ejemplo clásico de un dispositivo que comienza con tal suposición es un amplificador de potencia de audio analógico diseñado a principios de la década de 1970 o antes, o una pieza más moderna diseñada en la misma línea. La regulación lineal arroja demasiado calor para ser práctico en un dispositivo de este tipo, la tecnología de regulación de conmutación de bajo ruido no estaba realmente disponible en ese momento, por lo que los amplificadores de ese tiempo se diseñaron con una potencia básicamente no regulada que impulsaba directamente las etapas de amplificación. La potencia sucia aparece como una parte de la señal de salida, dependiendo de la cantidad de retroalimentación que tenga el amplificador. Esta es una de las dos causas principales del zumbido de línea en los amplificadores antiguos²
Otro ejemplo de un circuito donde la calidad de la energía puede afectar el funcionamiento del dispositivo es algo con un motor de CA, como un taladro eléctrico con cable , donde la velocidad del motor es una función directa del voltaje que se le aplica. El voltaje que no aumenta y disminuye suavemente causará variaciones en la velocidad. Los pasos en la salida de una onda sinusoidal modificada se encuentran en la región de cientos de Hz, por lo que es probable que un UPS de seno modificado provoque un cambio en la forma en que funciona el motor que realmente puede escuchar.
Si bien no me preocuparía demasiado por lo que la mala calidad de la energía le haría a un taladro eléctrico, hay dispositivos accionados por motor que no me gustaría ejecutar desde un UPS de baja calidad, como una máquina CPAP .
En cuanto a la pregunta de si alguno de los equipos en su rack SOHO se preocupa por la calidad de la salida de energía del UPS, eso depende del diseño de la fuente de alimentación de cada componente.
Tipos de fuente de alimentación
Los dispositivos con un fuerte filtrado y regulación de la fuente de alimentación generalmente no se preocupan por las no ideales en una onda sinusoidal modificada. Todo lo que le importa a dicho dispositivo es que obtiene suficiente potencia RMS y que la potencia está dentro de los límites de voltaje de entrada del dispositivo.³
El tipo más común de fuente de alimentación utilizada para dispositivos electrónicos modernos es la fuente de alimentación de modo conmutado . Los conmutadores hacen cosas mucho más desagradables a la potencia que poner algunas protuberancias en la onda sinusoidal de entrada, por lo que ya deben filtrarse mucho si el circuito de carga requiere energía limpia.
El otro tipo principal de regulación de la fuente de alimentación es el regulador lineal , que normalmente suprime el ruido de entrada de baja frecuencia y la ondulación en 80-100 dB. Eso significa que un poco de irregularidad de entrada saldrá de las etapas de filtrado y regulación como solo un poco de fuzz. He tratado de encontrar un ejemplo de un dispositivo que funcionaría mal debido a esa confusión, pero no se me ocurre nada. Cuando empujas el ruido tan lejos, se vuelve intrascendente para la mayoría de los circuitos, por lo que todavía se usan reguladores lineales, a pesar de su ineficiencia.
Eso deja suministros de energía no regulados. Esto es muy similar a los casos de motores de CA anteriores, excepto que un transformador disminuye el voltaje de CA, que luego se rectifica y filtra típicamente para producir un voltaje de CC irregular. Este proceso de tres etapas reduce considerablemente el ruido del lado de CA, por lo que es posible que haya dispositivos construidos con la suposición de que el ruido y la ondulación resultantes en la salida de dicho suministro son bastante limpios y se molestarían hash de cientos de Hz que sale de un UPS de seno modificado.
Oscilogramas
Después de que fixer1234 agregara imágenes a su respuesta , pensé que el seno modificado no podía ser tan malo, ¿verdad? Quiero decir, van a usar más de cuatro pasos por ciclo, ¿verdad? ¿Derecho?
¡Decidí capturar oscilogramas de todos los UPS que tengo aquí para Science! Todos ellos están hechos por la misma compañía, pero son de diferentes puntos en la línea de productos de esa compañía.
Como referencia, así es como se ve el voltaje de la línea de CA sin filtrar en la ubicación de prueba, con el voltaje frente al tiempo a la izquierda y un diagrama de espectro de la misma forma de onda a la derecha:
El gran pico en el borde izquierdo de la gráfica del espectro es el fundamental de 60 Hz . Los grandes picos armónicos que ves muestran que el poder de mi pared aquí no es súper limpio. El más grande es el segundo armónico a 120 Hz en el centro de la trama, 30 dB por debajo del fundamental, seguido por el tercer armónico a 180 Hz en el borde derecho de la trama. Luego está ese pico misterioso a 85 Hz, que no tengo explicación.
Esta es una distorsión suficiente para aparecer en el oscilograma de la izquierda: observe los picos algo aplanados.
Probé un par de diferentes UPS de seno verdadero, que eran bastante caros. Su salida se ve así:
Sus ojos no lo engañan: ¡la salida de CA con batería de este UPS en particular es más limpia que la energía de mi pared! Este UPS funcionará con cualquier dispositivo electrónico dentro de sus límites de carga, ya que su salida con batería está tan cerca de la potencia de pared ideal como no hace una diferencia práctica.
Si un UPS dura lo suficiente, el costo de las baterías de reemplazo supera el costo inicial. Si está comprando UPS de calidad, por lo tanto, considere más el costo de funcionamiento del UPS que el precio de compra inicial.
Un UPS de rango medio del mismo fabricante cuesta aproximadamente ⅓ el de un UPS de seno verdadero con las mismas especificaciones principales. Probablemente también sea más pequeño y ligero. ¿La captura? Esta:
Si bien eso es mucho mejor que la salida que esperamos de la publicación de fixer1234, no es bonita. No solo hay una gran cantidad de ruido de banda ancha y distorsión en la salida de este SAI, esos dos contratiempos que ve en cada ciclo pueden molestar a los circuitos que suponen que el voltaje de entrada de CA siempre aumenta o disminuye de manera constante.
Sin embargo, una fuente de alimentación bien filtrada y regulada eliminará todo esto, por lo que dichos dispositivos funcionarán desde ese UPS perfectamente. Nunca he tenido ningún problema con los dispositivos conectados a este UPS. Dado que es el UPS el que mantiene activos los componentes centrales de mi red doméstica, creo que me daría cuenta si se reiniciaran en cada falla de alimentación.
Una de las razones por las que no estoy dando nombres de marcas y modelos aquí es que no es una muy buena guía para la calidad de salida con batería. Probé un pariente cercano del UPS anterior y obtuve un resultado de prueba muy diferente:
Esta es básicamente la versión del mundo real de la forma de onda idealizada que se muestra en la respuesta de fixer1234. La respuesta a mi pregunta anterior, entonces, es "Sí, realmente hacen que los UPS con una calidad de salida sean tan malos".
Y sí, en realidad puede importar en la práctica. De hecho, elegí probar la salida de este UPS en particular para esta respuesta específicamente porque nos ha dado problemas en el pasado.
Teníamos una PC de marca de alta gama conectada a este UPS, y en cada corte de energía, la PC, y solo la PC, se reiniciaba espontáneamente. Todo lo demás conectado a las tomas de "batería" se mantendría activo. Fue tan extraño que en realidad escribí un programa Arduino en un punto para registrar la "vida" durante varias semanas para tratar de detectar cortes de energía. Esa pequeña placa permaneció funcionando todo el tiempo, incluso cuando la PC se reinició. Eventualmente, trasladamos ese UPS a un servidor antiguo grande, esperando que la carga más pesada también causara el mismo síntoma, pero no: el UPS ha mantenido ese servidor funcionando a través de varios cortes de energía ahora.
La calidad de salida de ese UPS no es el fondo del barril. ¿Estás sentado? Aquí hay un UPS de gama baja de la misma compañía que fabricó los tres UPS anteriores:
¡Ay!
Ahora puede ver por qué esta línea de UPS de gama baja cuesta aproximadamente la mitad que la de las UPS de gama media.
Dicho esto, nunca he visto que uno de los dispositivos enchufados a ese UPS no pueda pasar por un corte de energía.
Conclusiones
Muchos dispositivos simplemente no se preocupan mucho por la calidad de la alimentación de CA. Un ejemplo extremo es una lámpara de escritorio incandescente, pero cualquier dispositivo con una fuente de alimentación bien regulada y bien filtrada debe hacer frente a la entrada de CA fea.
Sin embargo, como hemos visto anteriormente y en otras respuestas, hay dispositivos que no soportarán una mala potencia de entrada. Para estos casos, necesita un UPS de seno verdadero.
Digresiones:
Algunos diseños de amplificadores tienen muy poca retroalimentación negativa . Es una cuestión religiosa en los círculos de los audiófilos, y los extremistas reaccionarios creen que los mejores amplificadores tienen poca o ninguna respuesta.
La otra causa principal del zumbido del amplificador es el bucle de tierra .
Es por eso que con frecuencia ve fuentes de alimentación marcadas como que aceptan 90-260 VCA o similar. Si dicha fuente de alimentación recibe 200 VCA, simplemente consumirá la mitad de la corriente como si tuviera 100 VCA en su lugar, permitiéndole entregar la misma potencia al circuito alimentado. P = VI
Incluso los dispositivos que no se preocupan mucho por la energía limpia a menudo deben tener un filtro de entrada de energía para cumplir con las regulaciones de EMC .
En comparación con el caso de regulación lineal, un suministro no regulado típico podría reducir el ruido del lado de CA en aproximadamente 20 dB.
Los decibelios son una escala logarítmica donde cada 6 dB de diferencia entre dos voltajes se duplica o reduce a la mitad. Por lo tanto, la reducción de ruido de 80 dB de un regulador lineal no es 4 veces mejor que el 20-ish que obtienes de una fuente de alimentación típica no regulada, ¡es aproximadamente 1,000 veces mejor! La caída de 20 dB a 100 dB que obtiene de un regulador lineal realmente bueno significa que la salida es 10,000 veces más silenciosa que la entrada.
Supongamos que decide comprar un UPS de seno verdadero por $ 500 a pesar del hecho de que puede obtener un UPS de seno modificado de buena calidad con las mismas especificaciones de titulares por $ 150. Una batería UPS típica necesita ser reemplazada cada 3 años más o menos, lo que podría costar $ 150-200 para el modelo de seno verdadero. Eso equivale a $ 50-66 / año × 12 años ≈ $ 600-800, lo que hace que el costo de la batería sea el elemento dominante en el cálculo del costo.
Los UPS de gama alta tienden a tener baterías físicamente más grandes para un determinado nivel de VA, por lo que el costo de la batería de reemplazo para una batería UPS depende en parte de cuánto pagó originalmente por el UPS. Por lo tanto, puede optar por comprar un UPS de gama baja de lo que le gustaría en los gráficos anteriores porque el costo operativo a largo plazo sería demasiado alto con un UPS de gama alta.
fuente
El requisito de una onda sinusoidal pura se relaciona principalmente con las fuentes de alimentación de corrección de factor de potencia activa (PFC) en la computadora. Para estos, una forma de onda no sinusoidal puede provocar un apagado, lo que anula el propósito de tener un UPS.
He visto dos explicaciones para el mecanismo:
Uno, descrito en esta publicación , es que la fuente de alimentación PFC puede causar una carga inicial alta en el UPS, lo que desencadena una protección contra sobrecarga que apaga el UPS.
Otra explicación se describe en esta hoja de datos del fabricante de UPS CyberPower:
Las dos explicaciones no son necesariamente mutuamente excluyentes; cada uno podría aplicarse en circunstancias específicas. Pero para ambas explicaciones, hay acuerdo sobre tres puntos importantes:
Una combinación específica de equipos y UPS puede o no tener un problema. Los diferentes modelos de UPS producen diferentes formas simuladas de forma de onda, las diferentes fuentes de alimentación tienen una sensibilidad diferente a la forma de onda, las diferentes configuraciones de equipos tienen diferente carga de energía frente a la capacidad del UPS, etc.
Si el hardware de la computadora no utiliza una fuente de alimentación PFC activa, el uso de un UPS de onda sinusoidal modificada no es un problema (e implica, el uso de un UPS de onda sinusoidal pura no es un beneficio).
El uso de un UPS de onda sinusoidal modificada con una fuente de alimentación PFC no causará daños físicos ni a la fuente de alimentación ni a la fuente de alimentación, solo la falla potencial de la UPS para mantener el equipo encendido cuando se supone que debe hacerlo. ** (ver advertencia más abajo)
Advertencia: esta respuesta se enfoca en el hardware de la computadora, no en otros dispositivos que también podrían ser alimentados por el UPS. He visto informes ocasionales de que la energía de onda no sinusoidal es incompatible con ciertos otros dispositivos. Por ejemplo, la respuesta de kinokijuf menciona que la luz de fondo fluorescente en un monitor LCD tiene problemas que se cree que se deben a un UPS de onda sinusoidal simulada. Mi último punto, sobre la seguridad del equipo, no está destinado a abordar otros dispositivos conectados.
fuente
Las fuentes de alimentación de modo de conmutación de la mayoría de los equipos informáticos tienen mucha tolerancia al ruido en la CA, lo que significa que deberían funcionar correctamente desde un SAI "sinusoidal modificado", sin embargo, pueden sobrecalentarse.
Sin embargo, puede causar daños en dispositivos más complejos que funcionan directamente con alimentación de CA y dependen del voltaje de la línea, como:
Una regla general es que si su dispositivo tiene un adaptador de corriente “100–240V” separado, debería estar bien con un UPS de seno modificado.
fuente
Esto es algo anecdótico, pero algunas fuentes de alimentación del servidor no se iniciarán cuando se alimente con una fuente de alimentación de onda cuadrada modificada .
El lugar en el que trabajo tiene algunos equipos de servidor que están montados en un camión y funcionan con un inversor de onda cuadrada modificado. Las fuentes de alimentación del servidor tuvieron que probarse específicamente para asegurarse de que comenzarían con alimentación de CA de onda cuadrada modificada. Algunos sistemas externos (algunas cajas Dell) no se iniciarán cuando se ejecuten desde el inversor.
Tenga en cuenta que se ejecutarán en una entrada de onda cuadrada modificada, pero no se iniciarán . En otras palabras, si el servidor cambia a la salida del inversor cuando está funcionando, está bien, pero no puede arrancarlo desde la salida del inversor / UPS.
Esto puede o no ser un problema, dependiendo de qué caso de uso espere.
fuente
Si usa cables de alimentación para extender la energía del UPS a través de una habitación grande, cualquier otra cosa que no sea una onda sinusoidal pura puede distorsionarse aún más debido a los efectos de impedancia a lo largo del cable de alimentación. Aprendí sobre este efecto en una fábrica donde básicamente utilizamos controladores de motor de frecuencia variable de onda sinusoidal pura en cables largos porque demasiada distorsión en un cable largo podría quemar un motor. Todos los UPS de la casa del agujero que he visto parecen ser ondas sinusoidales puras.
Las tiras de protección contra sobretensiones o la protección contra sobretensiones incorporadas en el equipo pueden ser un problema para un UPS que no está al menos cerca de ser una onda sinusoidal pura. Como quería energía de respaldo para computadora, TV, cámaras de seguridad, etc., todo en la misma habitación, era más un problema de seguridad que pagar más por una unidad de onda sinusoidal pura. No necesito preocuparme si algo puede sobrecalentarse. De hecho, tuve una luz nocturna con sobrecalentamiento y derretimiento de la bombilla incorporada cuando se enchufó al UPS más barato que he tenido. Se derritió un chapuzón en la caja del UPS y había sido muchas veces más brillante antes de quemarse. Creo que estaba usando un condensador para proporcionar una resistencia establecida a 60 Hz, pero los armónicos del UPS causaron menos resistencia aparente, por lo que pasó demasiada energía a través del condensador.
fuente