Как се подреждат и работят непрекъсваемите захранващи устройства (UPS)?

Изискванията за качеството на електроенергията са законово предписани от държавните стандарти и доста строги стандарти. Организациите за доставка на електроенергия полагат много усилия, за да се съобразят с тях, но те не винаги се прилагат.

В нашите апартаменти и в производството периодично възникват:

• пълни прекъсвания за неопределено време;

• апериодични краткотрайни (10 ÷ 100 ms) импулси на напрежение (до 6 kV) напрежение;

• пренапрежения и спадове на напрежението с различни продължителности;

• наслагвания на високочестотен шум;

• честотни отклонения.

Всички тези неизправности влияят неблагоприятно върху работата на битовите и офисните потребители на електроенергия. Микропроцесорните и компютърните устройства, които не само се провалят, но и могат напълно да загубят своята производителност, са особено засегнати от качеството на захранването.

Предназначение и видове непрекъсваеми източници на захранване

За да се намалят рисковете от неизправности на захранващата мрежа, се използват излишни устройства, които обикновено се наричат непрекъсваеми източници на енергия (UPS) или UPS (образувани от съкращението на английската фраза "непрекъсваемо захранване").

Те са изработени с различни дизайни за решаване на конкретни потребителски проблеми. Например мощните UPS устройства с хелиеви батерии могат да поддържат захранването на цяла къщичка в продължение на няколко часа.

Батериите им получават зареждане от електропровод, вятърни генератори, слънчеви панели или други носители на енергия чрез изправителното устройство на инвертора. Те хранят електрическите консуматори на вилата.

Когато външният източник е изключен, батериите се разреждат към товара, свързан към тяхната мрежа. Колкото по-голям е капацитетът на батерията и колкото по-малък е токът им на разряд, толкова по-дълго работят.

Непрекъсваемите захранвания със средна мощност могат да запазят захранване за електрически котли, системи за климатичен контрол на закрито и подобно оборудване.

В същото време най-простите модели UPS могат да изпълнят само програма за аварийно изключване на компютър. Освен това продължителността на целия процес на тяхната работа няма да надвишава 9-15 минути.

Компютърните непрекъсваеми източници на захранване са:

1. вграден в кутията на устройството;

2. външно.

Първите дизайни са често срещани в лаптопи, нетбуци, таблети и подобни мобилни устройства, захранвани от вградена батерия, която е снабдена с верига за превключване на захранване и натоварване.

Батерия за лаптоп с интегриран контролер е непрекъсваемо захранване. Неговата схема в автоматичен режим защитава работещото оборудване от прекъсвания на електрозахранването.

Външни дизайни на UPSпроектирани за нормалното завършване на програмите на стационарен компютър са направени в отделно звено.

Те са свързани чрез захранващ адаптер към електрически контакт. От тях се захранват само устройства, които са отговорни за работата на програмите:

• системно устройство със свързана клавиатура;

• монитор показва текущи процеси.

Други периферни устройства: скенери, принтери, високоговорители и друго оборудване от UPS не се захранват. В противен случай при спешно прекратяване на програмите те ще поемат част от енергията, съхранявана в батериите.

Опции за дизайн на работния процес на UPS

Компютърните и промишлени UPS се произвеждат в три основни опции:

1. резервни копия на захранване;

2. интерактивна схема;

3. двойно преобразуване на електричество.

С първия метод резервна верига, обозначено с английските термини „Режим на готовност“ или „Извън линия“, напрежението се подава от мрежата към компютъра чрез UPS, при което електромагнитните смущения се елиминират от вградените филтри. Задайте тук батерия, чийто капацитет се поддържа от зарядния ток, регулиран от контролера.

Когато външното захранване изчезне или надхвърли установените стандарти, контролерът насочва енергията на батерията към консуматори на енергия. Прост инвертор е свързан за преобразуване на постоянен ток в променлив ток.

Предимства на UPS Standby

Непрекъсваемите захранвания на веригата Off-Line имат висока ефективност, при напрежението, приложено към тях, работят тихо, произвеждат малко топлина и са сравнително евтини.

недостатъци

Режимът на UPS Standby се откроява:

• дълъг преход към мощност на батерията 4 ÷ 13 ms;

• изкривена форма на изходния сигнал, издаван от инвертора под формата на меандър, а не хармонична синусоида;

• липса на регулиране на напрежението и честотата.

Такива устройства са най-често срещани на персонални компютри.

UPS интерактивна схема

Те са обозначени с английския термин „Line-Interactive“. Те се извършват съгласно предишната, но по-сложна схема, поради включването на стабилизатор на напрежението, използвайки автотрансформатор със стъпково регулиране.

Това осигурява регулиране на изходното напрежение, но те не са в състояние да контролират честотата на сигнала.

Филтрирането на смущения в нормален режим и превключване към мощност на инвертора в случай на авария става съгласно алгоритмите на UPS Standby.

Като добавят стабилизатор на напрежението на различни модели с методи на управление, те позволиха да създадат инвертори с форма на вълната не само меандъра, но и синусоидите. Въпреки това, малък брой етапи на управление, базирани на превключване на релето, не позволяват да се реализират функциите за пълна стабилизация.

Това важи особено за евтините модели, които при преминаване към захранване на батерията не само надценяват честотата над номиналната, но и изкривяват формата на синусоида. Смущенията се извършват от вградения трансформатор, в сърцевината на който протичат процеси на хистерезис.

В скъпите модели инверторите работят на полупроводникови превключватели. UPS Line-Interactive имат по-висока производителност при преминаване към захранване на батерията в сравнение с Off-Line UPS. Тя се осигурява от работата на алгоритмите за синхронизация между входящото напрежение и генерираните сигнали. Но в същото време има известно подценяване на ефективността.

Line-Interactive UPS не може да се използва за захранване на индукционни двигатели, които масово се инсталират на всички домакински уреди, включително отоплителни системи. Използват се за работа с устройства импулсни блоковекъдето захранването се филтрира и коригира едновременно: компютри и потребителска електроника.

UPS двойна конверсия

Тази UPS схема е кръстена на английската фраза „On-line“ и работи на оборудване, изискващо висококачествено захранване. Той произвежда двойно преобразуване на електричеството, когато синусоидалните хармоници на променливия ток непрекъснато се преобразуват от токоизправителя в постоянна стойност, преминаваща през инвертора, за да се създаде повторен синусоид на изхода.

Тук батерията е постоянно свързана към веригата, което елиминира необходимостта от нейното превключване. Този метод практически елиминира периода на подготовка на непрекъсваемо захранване за превключване.

Работата на он-лайн UPS от състоянието на батерията може да бъде разделена на три етапа:

1. етап на зареждане;

2. състояние на чакане;

3. освобождаване от отговорност към компютъра.

Период на такса

Синусоидалните входни и изходни вериги се нарушават от вътрешен UPS превключвател.

Батерия, свързана към токоизправителя, получава енергия за зареждане, докато капацитетът му се възстанови до оптимални стойности.

Период на готовност

След края на зареждането на батерията автоматиката за непрекъсваемо захранване затваря вътрешния превключвател.

Батерията поддържа състояние на готовност в режим на буфер.

Период на освобождаване

Батерията се прехвърля автоматично към захранването на компютърната станция.

Непрекъсваемите захранващи устройства, работещи по метода на двойно преобразуване на електрическа енергия, имат по-ниска ефективност в режим на захранване на линията в сравнение с другите модели поради консумацията на енергия за топлина и шум. Но в сложните дизайни се използват техники за повишаване на ефективността.

UPS On-line е в състояние да коригира не само величината на напрежението, но и неговата честота на трептене. Това ги сравнява благоприятно с предишните модели и ви позволява да използвате за захранване на различни сложни устройства с индукционни двигатели. Въпреки това, цената на такива устройства е много по-висока от предишните модели.

Състав на UPS

В зависимост от вида на работната верига, комплектът за непрекъсваемо захранване включва:

• батерии за съхранение на енергия;

• зарядно, осигуряване на поддържане на работата на батерията;

• инвертор за образуване на синусоида,

• схема за контрол на процеса;

• софтуер.

За отдалечен достъп до устройството може да се използва локална мрежа и можете да увеличите надеждността на веригата поради нейната излишност.

В някои източници на непрекъсваемо захранване се използва режимът Bypass, когато натоварването се подава от филтрираното мрежово напрежение без работа на основната верига на устройството.

Част от UPS има стъпка по стъпка регулатор на напрежението "Booster", управляван от автоматизация.

В зависимост от необходимостта от изпълнение на сложни технически решения, непрекъсваемите захранващи устройства могат да бъдат оборудвани с допълнителни специални функции.

Прочетете също по тази тема:Как да изберем UPS за котела