Jak są ustawione i działają zasilacze bezprzerwowe (UPS)?

Wymagania dotyczące jakości energii elektrycznej są prawnie określone przez normy państwowe i dość surowe normy. Organizacje zajmujące się dostawami energii dokładają wszelkich starań, aby się do nich zastosować, ale nie zawsze są one wdrażane.

W naszych mieszkaniach i przy produkcji pojawiają się okresowo:

• całkowite zaciemnienia na czas nieokreślony;

• aperiodyczne krótkotrwałe (10 ÷ 100 ms) impulsy napięciowe o wysokim napięciu (do 6 kV);

• udary i spadki napięcia o różnym czasie trwania;

• nakładki hałasu o wysokiej częstotliwości;

• wyjazdy częstotliwości.

Wszystkie te awarie negatywnie wpływają na pracę gospodarstw domowych i biurowych odbiorców energii elektrycznej. Na mikroprocesor i urządzenia komputerowe, które nie tylko ulegają awarii, ale mogą całkowicie stracić swoją wydajność, szczególnie wpływa jakość zasilania.

Cel i rodzaje zasilaczy bezprzerwowych

Aby zmniejszyć ryzyko awarii sieci zasilającej, stosuje się urządzenia nadmiarowe, które są powszechnie nazywane zasilacze bezprzerwowe (UPS) lub UPS (utworzone ze skrótu angielskiego wyrażenia „zasilacz bezprzerwowy”).

Są wykonane z różnymi projektami, aby rozwiązać określone problemy konsumentów. Na przykład wydajne zasilacze UPS z bateriami helowymi mogą obsługiwać zasilanie całego domku przez kilka godzin.

Ich akumulatory otrzymują ładunek z linii energetycznej, generatora wiatrowego, panele słoneczne lub inne nośniki energii za pośrednictwem prostownika falownika. Karmią konsumentów elektrycznych domku.

Gdy zewnętrzne źródło jest wyłączone, akumulatory są rozładowywane do obciążenia podłączonego do ich sieci. Im większa pojemność akumulatora i niższy prąd rozładowania, tym dłużej działają.

Nieprzerwane zasilacze średniej mocy mogą rezerwować zasilacz do kotłów elektrycznych, systemy kontroli klimatu w pomieszczeniach i podobny sprzęt.

Jednocześnie najprostsze modele UPS mogą ukończyć tylko program awaryjnego wyłączania komputera. Ponadto czas trwania całego procesu ich pracy nie przekroczy 9-15 minut.

Bezprzerwowe zasilacze komputerowe to:

1. wbudowany w obudowę urządzenia;

2. zewnętrzny.

Pierwsze konstrukcje są powszechne w laptopach, netbookach, tabletach i podobnych urządzeniach mobilnych zasilanych przez wbudowaną baterię, która jest wyposażona w obwód przełączania mocy i obciążenia.

Bateria laptopa ze zintegrowanym sterownikiem jest zasilaczem bezprzerwowym. Obwód w trybie automatycznym chroni urządzenia operacyjne przed przerwami w dostawie prądu.

Zewnętrzne konstrukcje UPSprzeznaczone do normalnego wykonywania programów na komputerze stacjonarnym są wykonane w osobnej jednostce.

Są one podłączone za pomocą zasilacza do gniazdka elektrycznego. Zasilane są z nich tylko urządzenia odpowiedzialne za działanie programów:

• jednostka systemowa z podłączoną klawiaturą;

• monitoruj bieżące procesy.

Inne urządzenia peryferyjne: skanery, drukarki, głośniki i inne urządzenia UPS nie zasilają się. W przeciwnym razie, po awaryjnym zakończeniu programów, przejmą one część energii zgromadzonej w akumulatorach.

Opcje projektowania przepływu pracy UPS

Zasilacze komputerowe i przemysłowe są produkowane w trzech głównych opcjach:

1. kopie zapasowe mocy;

2. obwody interaktywne;

3. podwójna konwersja energii elektrycznej.

Pierwsza metoda obwód zapasowy, oznaczony angielskimi terminami „Standby” lub „Off-Line”, napięcie jest dostarczane z sieci do komputera za pośrednictwem zasilacza UPS, w którym wbudowane filtry eliminują zakłócenia elektromagnetyczne. Ustaw tutaj bateria, którego pojemność jest podtrzymywana przez prąd ładowania regulowany przez kontroler.

Gdy zewnętrzny zasilacz znika lub wykracza poza ustalone standardy, sterownik kieruje energię akumulatora do odbiorców energii. Prosty falownik jest podłączony do konwersji prądu stałego na prąd przemienny.

Korzyści z UPS Standby

Zasilacze bezprzerwowe obwodu off-line mają wysoką sprawność, gdy przyłożone jest do nich napięcie, pracują one cicho, wytwarzają niewiele ciepła i są stosunkowo tanie.

Wady

UPS Standby wyróżnia się:

• długie przejście na moc baterii 4 ÷ 13 ms;

• zniekształcony kształt sygnału wyjściowego wytwarzanego przez falownik w formie meandra, a nie harmonijnej fali sinusoidalnej;

• brak regulacji napięcia i częstotliwości.

Takie urządzenia najczęściej występują na komputerach osobistych.

Obwód interaktywny UPS

Są one oznaczone angielskim terminem „Line-Interactive”. Są one przeprowadzane zgodnie z poprzednim, ale bardziej skomplikowanym schematem ze względu na włączenie stabilizatora napięcia za pomocą autotransformatora z regulacją skokową.

Zapewnia to regulację napięcia wyjściowego, ale nie są one w stanie kontrolować częstotliwości sygnału.

Filtrowanie szumów w trybie normalnym i przełączanie na moc falownika w razie wypadku następuje zgodnie z algorytmami czuwania UPS.

Dodając stabilizator napięcia różnych modeli metodami kontrolnymi, umożliwiono tworzenie falowników o kształcie fali nie tylko meandra, ale także sinusoid. Jednak niewielka liczba stopni sterowania opartych na przełączaniu przekaźnika nie pozwala na realizację pełnych funkcji stabilizacji.

Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku tanich modeli, które przy przełączaniu na moc akumulatora nie tylko przeceniają częstotliwość powyżej wartości nominalnej, ale także zniekształcają kształt fali sinusoidalnej. Zakłócenia są powodowane przez wbudowany transformator, w którego rdzeniu zachodzą procesy histerezy.

W drogich modelach falowniki działają na przełącznikach półprzewodnikowych. UPS Line-Interactive ma wyższą wydajność przy przełączaniu na zasilanie bateryjne niż UPS off-line. Zapewnia to działanie algorytmów synchronizacji między napięciem wejściowym a generowanymi sygnałami. Ale jednocześnie nie doceniono wydajności.

Line-Interactive UPS nie może być stosowany do zasilania silników indukcyjnych, które są masowo instalowane we wszystkich urządzeniach gospodarstwa domowego, w tym systemach grzewczych. Służą do obsługi urządzeń bloki impulsowegdzie moc jest jednocześnie filtrowana i rektyfikowana: komputery i elektronika użytkowa.

UPS z podwójną konwersją

Ten obwód UPS nazywa się angielską frazą „On-line” i działa na sprzęcie wymagającym wysokiej jakości zasilania. Powoduje podwójną konwersję energii elektrycznej, gdy harmoniczne sinusoidalne prądu przemiennego są stale przekształcane przez prostownik w stałą wartość, przepuszczaną przez falownik, aby utworzyć powtarzającą się sinusoidę na wyjściu.

Tutaj akumulator jest stale podłączony do obwodu, co eliminuje potrzebę jego przełączania. Ta metoda praktycznie eliminuje okres przygotowania nieprzerwanego zasilacza do przełączania.

Działanie zasilacza UPS on-line według stanu akumulatora można podzielić na trzy etapy:

1. etap ładowania;

2. stan oczekiwania;

3. rozładowanie do komputera.

Okres ładowania

Obwody wejściowe i wyjściowe fali sinusoidalnej są przerywane przez wewnętrzny przełącznik UPS.

Bateria podłączona do prostownika otrzymuje energię ładowania, dopóki jego pojemność nie zostanie przywrócona do optymalnych wartości.

Okres gotowości

Po zakończeniu ładowania akumulatora automatyka bezprzerwowego zasilania zamyka wewnętrzny przełącznik.

Bateria utrzymuje stan gotowości w trybie buforowym.

Okres rozładowania

Bateria jest automatycznie przenoszona na moc stacji komputerowej.

Zasilacze bezprzerwowe działające metodą podwójnej konwersji energii elektrycznej mają niższą sprawność w trybie zasilania liniowego niż inne modele ze względu na zużycie energii na ciepło i hałas. Ale w skomplikowanych projektach stosuje się techniki w celu zwiększenia wydajności.

UPS On-line jest w stanie skorygować nie tylko wielkość napięcia, ale także jego częstotliwość oscylacji. To korzystnie porównuje je z poprzednimi modelami i pozwala na zasilanie różnych złożonych urządzeń silnikami indukcyjnymi. Jednak koszt takich urządzeń jest znacznie wyższy niż w poprzednich modelach.

Skład UPS

W zależności od rodzaju obwodu roboczego zestaw zasilacza awaryjnego obejmuje:

• baterie do magazynowania energii;

• ładowarka, zapewniając utrzymanie wydajności baterii;

• falownik do formowania fali sinusoidalnej,

• schemat kontroli procesu;

• oprogramowanie.

Do zdalnego dostępu do urządzenia można użyć sieci lokalnej i można zwiększyć niezawodność obwodu dzięki jego redundancji.

W niektórych zasilaczach awaryjnych tryb obejściowy jest używany, gdy obciążenie jest zasilane przez filtrowane napięcie sieciowe bez działania głównego obwodu urządzenia.

Część zasilacza posiada krokowy regulator napięcia „Booster”, sterowany automatycznie.

W zależności od potrzeby wykonywania skomplikowanych rozwiązań technicznych zasilacze bezprzerwowe mogą być wyposażone w dodatkowe funkcje specjalne.

Przeczytaj także na ten temat:Jak wybrać UPS dla kotła