Jak jsou uspořádány a fungují nepřerušitelné zdroje napájení (UPS)?

Požadavky na kvalitu elektřiny jsou právně předepsány státními normami a poměrně přísnými normami. Organizace dodávající elektřinu vynakládají velké úsilí, aby jim vyhověly, ale nejsou vždy implementovány.

V našich bytech a ve výrobě se pravidelně objevují:

• úplné výpadky na dobu neurčitou;

• aperiodické krátkodobé (10 × 100 ms) vysokonapěťové (až 6 kV) napěťové impulsy;

• přepětí a poklesy napětí s různou dobou trvání;

• překryvy vysokofrekvenčního šumu;

• odjezdy frekvence.

Všechny tyto poruchy mají nepříznivý dopad na práci spotřebitelů elektřiny v domácnostech a kancelářích. Mikroprocesorová a počítačová zařízení, která nejenže selhávají, ale mohou zcela ztratit svůj výkon, jsou zvláště ovlivněna kvalitou napájení.

Účel a druhy nepřerušitelných zdrojů napájení

Aby se snížila rizika způsobená poruchami napájecí sítě, běžně se používají záložní zařízení, která se běžně nazývají nepřerušitelné zdroje napájení (UPS) nebo UPS (vytvořené ze zkratky anglické fráze „nepřerušitelný zdroj napájení“).

Jsou vyráběny s různými vzory pro řešení konkrétních problémů spotřebitelů. Například výkonné UPS s heliovými bateriemi mohou podporovat napájení celé chaty po dobu několika hodin.

Jejich baterie dostávají poplatek od elektrického vedení, větrného generátoru, solární panely nebo jiné nosiče energie usměrňovačem střídače. Živí elektrické spotřebiče chaty.

Když je externí zdroj vypnutý, jsou baterie vybity do zátěže připojené k jejich síti. Čím větší je kapacita baterie a čím nižší je jejich vybíjecí proud, tím déle fungují.

Zdroje nepřetržitého napájení s vysokým výkonem si mohou vyhradit napájení pro elektrické kotle, vnitřní klimatizační systémy a podobné vybavení.

Nejjednodušší modely UPS mohou současně dokončit pouze program nouzového vypnutí počítače. Navíc délka celého procesu jejich práce nepřesáhne 9-15 minut.

Počítačové nepřerušitelné zdroje napájení jsou:

1. vestavěný do pouzdra na zařízení;

2. vnější.

První designy jsou běžné u notebooků, netbooků, tabletů a podobných mobilních zařízení poháněných vestavěnou baterií, která je vybavena spínacím obvodem napájení a zátěže.

Baterie notebooku s integrovaným regulátorem je nepřerušitelný zdroj napájení. Jeho obvod v automatickém režimu chrání provozní zařízení před výpadky proudu.

Externí návrhy UPSurčené pro normální dokončení programů na stacionárním počítači jsou vyrobeny v samostatné jednotce.

Jsou připojeny přes napájecí adaptér do elektrické zásuvky. Z nich jsou napájena pouze zařízení, která jsou odpovědná za provoz programů:

• systémová jednotka s připojenou klávesnicí;

• monitor ukazující probíhající procesy.

Další periferie: skenery, tiskárny, reproduktory a další zařízení od společnosti UPS nejsou napájeny. Jinak při nouzovém ukončení programů přebírají část energie uložené v bateriích.

Možnosti návrhu pracovního postupu UPS

Počítačové a průmyslové UPS jsou vyráběny ve třech hlavních variantách:

1. zálohování napájení;

2. interaktivní obvody;

3. dvojitá přeměna elektřiny.

S první metodou záložní obvod, označené anglickými pojmy „Standby“ nebo „Off-Line“, je napětí dodáváno ze sítě do počítače přes UPS, ve kterém jsou zabudované filtry eliminovány elektromagnetickým rušením. Nastavit tady baterie, jejíž kapacita je podporována nabíjecím proudem regulovaným regulátorem.

Když externí napájecí zdroj zmizí nebo překročí stanovené normy, řídicí jednotka nasměruje energii baterie na spotřebitele. K převodu stejnosměrného proudu na střídavý proud je připojen jednoduchý střídač.

Výhody pohotovostního režimu UPS

Nepřerušitelné zdroje napájení obvodu Off-Line mají vysokou účinnost, když na ně je přivedeno napětí, pracují tiše, produkují málo tepla a jsou relativně levné.

Nevýhody

Stand Stand stand out:

• dlouhý přechod na napájení z baterie 4 ÷ 13 ms;

• zkreslený tvar výstupního signálu vydávaného střídačem ve formě meandru a ne harmonické sinusové vlny;

• nedostatečné přizpůsobení napětí a frekvence.

Taková zařízení jsou nejčastější na osobních počítačích.

Interaktivní obvod UPS

Jsou označeny anglickým termínem „Line-Interactive“. Provádějí se podle předchozího, ale komplikovanějšího schématu kvůli začlenění stabilizátoru napětí pomocí autotransformátoru s krokovou regulací.

To poskytuje úpravu výstupního napětí, ale nejsou schopni řídit frekvenci signálu.

Podle algoritmů UPS Standby dochází k filtrování šumu v normálním režimu ak přepnutí na napájení střídače v případě nehody.

Přidáním stabilizátoru napětí různých modelů s regulačními metodami dovolili vytvořit invertory s průběhem nejen meandru, ale i sinusoidů. Malý počet regulačních stupňů založených na přepínání relé však neumožňuje realizovat funkce plné stabilizace.

To platí zejména pro levné modely, které při přechodu na baterii nejen nadhodnocují frekvenci nad nominální hodnotou, ale také zkreslují tvar sinusové vlny. Rušení je způsobeno vestavěným transformátorem, v jehož jádru se vyskytují hysterezní procesy.

U drahých modelů pracují střídače na polovodičových spínačích. UPS Line-Interactive má vyšší výkon při přechodu na baterii než off-line UPS. To je zajištěno provozováním synchronizačních algoritmů mezi vstupním napětím a generovanými signály. Zároveň se však podceňuje účinnost.

Line-Interactive UPS nelze použít k napájení indukčních motorů, které jsou masivně instalovány na všech domácích spotřebičích, včetně topných systémů. Používají se k ovládání zařízení impulzní blokykde je síla filtrována a usměrňována současně: počítače a spotřební elektronika.

UPS s dvojitou konverzí

Tento obvod UPS se nazývá anglická fráze „On-line“ a pracuje na zařízení, které vyžaduje vysoce kvalitní energii. Vytváří dvojnásobnou přeměnu elektřiny, když sinusové harmonické střídavého proudu jsou neustále usměrňovány usměrňovačem na konstantní hodnotu, která prochází střídačem a vytváří na výstupu opakovaný sinusoid.

Baterie je zde neustále připojena k obvodu, což eliminuje potřebu jejího přepínání. Tato metoda prakticky eliminuje dobu přípravy nepřerušitelného napájení pro spínání.

Provoz On-line UPS podle stavu baterie lze rozdělit do tří fází:

1. nabíjecí fáze;

2. čekající stav;

3. vybití do počítače.

Doba nabíjení

Vstupní a výstupní obvody sinusové vlny jsou přerušeny interním přepínačem UPS.

Baterie připojená k usměrňovači dostává energii nabíjení, dokud se její kapacita neobnoví na optimální hodnoty.

Období pohotovosti

Po ukončení nabíjení baterie nepřetržitá automatizace napájení uzavře interní spínač.

Baterie udržuje pohotovostní stav v režimu vyrovnávací paměti.

Doba vybití

Baterie se automaticky přenese do napájení počítačové stanice.

Nepřerušitelné zdroje napájení pracující metodou dvojité přeměny elektrické energie mají v režimu napájení ze sítě nižší účinnost než jiné modely kvůli spotřebě energie na teplo a hluk. Ve složitých konstrukcích se však používají techniky ke zvýšení účinnosti.

UPS On-line dokáže korigovat nejen velikost napětí, ale také jeho kmitočet kmitání. To je příznivě porovnává s předchozími modely a umožňuje vám používat k napájení různých složitých zařízení indukčními motory. Náklady na taková zařízení jsou však mnohem vyšší než u předchozích modelů.

Složení UPS

V závislosti na typu pracovního obvodu obsahuje sada nepřerušitelného zdroje napájení:

• baterie pro skladování energie;

• nabíječka, zajištění údržby výkonu baterie;

• měnič pro vytvoření sinusové vlny,

• schéma řízení procesu;

• software.

Pro vzdálený přístup k zařízení lze použít lokální síť a díky jeho redundanci můžete zvýšit spolehlivost obvodu.

U některých nepřerušitelných zdrojů napájení se používá režim přemostění, když je zátěž napájena filtrovaným síťovým napětím, aniž by fungoval hlavní obvod zařízení.

Součástí UPS je krok za krokem regulátor napětí „Booster“, řízený automatizací.

V závislosti na potřebě provádět složitá technická řešení mohou být nepřerušitelné zdroje napájení vybaveny dalšími speciálními funkcemi.

Přečtěte si také toto téma:Jak zvolit UPS pro kotel