Ako sú usporiadané a funkčné záložné zdroje energie (UPS)?

Požiadavky na kvalitu elektriny sú zákonom predpísané štátnymi normami a pomerne prísnymi normami. Organizácie dodávajúce elektrinu vynakladajú veľké úsilie, aby ich dodržiavali, ale nie vždy sa implementujú.

V našich bytoch a vo výrobe sa pravidelne objavujú:

• úplné výpadky energie na dobu neurčitú;

• aperiodické krátkodobé (10 ÷ 100 ms) vysokonapäťové impulzy (do 6 kV);

• prepätia a poklesy napätia s rôznou dobou trvania;

• prekrytia vysokofrekvenčného hluku;

• frekvenčné odchýlky.

Všetky tieto poruchy majú nepriaznivý vplyv na prácu domácich a kancelárskych spotrebiteľov elektrickej energie. Mikroprocesorové a počítačové zariadenia, ktoré nielen zlyhávajú, ale môžu úplne stratiť svoj výkon, sú obzvlášť ovplyvnené kvalitou napájania.

Účel a druhy záložných zdrojov energie

Aby sa znížili riziká spojené s poruchami napájacej siete, používajú sa redundantné zariadenia, ktoré sa bežne nazývajú neprerušiteľné zdroje energie (UPS) alebo UPS (vytvorené zo skratky anglickej vety „neprerušiteľný zdroj energie“).

Vyrábajú sa s rôznymi vzormi na riešenie konkrétnych spotrebiteľských problémov. Napríklad výkonné UPS s héliovými batériami môžu podporovať napájanie celej chaty na niekoľko hodín.

Ich batérie dostávajú poplatok od elektrického vedenia, veterného generátora, solárne panely alebo iné nosiče energie cez usmerňovacie zariadenie meniča. Napájajú elektrické spotrebiče chaty.

Keď sa externý zdroj vypne, batérie sa vybijú do záťaže pripojenej k ich sieti. Čím väčšia je kapacita batérie a čím nižší je ich vybíjací prúd, tým dlhšie pracujú.

Zdroje nepretržitého napájania so stredným výkonom si môžu rezervovať napájanie elektrických kotlov, vnútorné klimatizačné systémy a podobné vybavenie.

Najjednoduchšie modely UPS môžu súčasne dokončiť iba program núdzového vypnutia počítača. Okrem toho trvanie celého procesu ich práce neprekročí 9 - 15 minút.

Počítačové nepretržité napájacie zdroje sú:

1. zabudovaný do puzdra na zariadenie;

2. externé.

Prvé návrhy sú bežné v notebookoch, netbookoch, tabletoch a podobných mobilných zariadeniach poháňaných vstavanou batériou, ktorá je vybavená obvodom na prepínanie výkonu a zaťaženia.

Batéria notebooku s integrovaným regulátorom je nepretržité napájanie. Jeho obvod v automatickom režime chráni prevádzkové zariadenie pred výpadkami napájania.

Dizajn externého zdroja UPSurčené na normálne dokončenie programov na stacionárnom počítači sú vyrobené v samostatnej jednotke.

Sú pripojené pomocou sieťového adaptéra do elektrickej zásuvky. Z nich sú napájané iba zariadenia, ktoré sú zodpovedné za prevádzku programov:

• systémová jednotka s pripojenou klávesnicou;

• monitor zobrazujúci prebiehajúce procesy.

Iné periférne zariadenia: skenery, tlačiarne, reproduktory a ďalšie vybavenie spoločnosti UPS nie sú napájané. Inak po núdzovom ukončení programov prevezmú časť energie uloženej v batériách.

Možnosti návrhu pracovného toku UPS

Počítačové a priemyselné UPS sa vyrábajú v troch hlavných variantoch:

1. záložné zdroje energie;

2. interaktívne obvody;

3. dvojitá premena elektriny.

S prvou metódou záložný obvod, označované anglickými výrazmi „Standby“ alebo „Off-Line“, je napätie dodávané zo siete do počítača cez UPS, v ktorom zabudované filtre eliminujú elektromagnetické rušenie. Nastaviť tu batérie, ktorého kapacita je podporovaná nabíjacím prúdom regulovaným regulátorom.

Ak externý zdroj napájania zmizne alebo prekročí stanovené normy, riadiaca jednotka nasmeruje energiu batérie na spotrebiteľov energie. Jednoduchý menič je pripojený na prevod jednosmerného prúdu na striedavý prúd.

Výhody pohotovostného režimu UPS

Neprerušiteľné napájacie zdroje okruhu Off-Line majú vysokú účinnosť, keď na ne pôsobí napätie, pracujú potichu, produkujú malé množstvo tepla a sú relatívne lacné.

nedostatky

Pohotovostný režim UPS vyniká:

• dlhý prechod na napájanie z batérie 4 ÷ 13 ms;

• skreslený tvar výstupného signálu vydaného meničom vo forme meandra, a nie harmonickej sínusovej vlny;

• nedostatočné nastavenie napätia a frekvencie.

Takéto zariadenia sú najbežnejšie na osobných počítačoch.

Interaktívny obvod UPS

Sú označené anglickým výrazom „Line-Interactive“. Vykonávajú sa podľa predchádzajúcej, ale komplikovanejšej schémy kvôli zahrnutiu stabilizátora napätia pomocou autotransformátora s krokovou reguláciou.

Toto poskytuje úpravu výstupného napätia, ale nie je schopné riadiť frekvenciu signálu.

Podľa algoritmov pohotovostného režimu UPS nastane filtrovanie šumu v normálnom režime a prepnutie na výkon meniča v prípade nehody.

Pridaním stabilizátora napätia rôznych modelov s metódami riadenia umožnili vytvárať invertory s tvarom vlny nielen meandrov, ale aj sínusoidov. Malý počet regulačných stupňov založených na prepínaní relé však neumožňuje realizovať funkcie úplnej stabilizácie.

Platí to najmä pre lacné modely, ktoré pri prechode na napájanie z batérií nielen nadhodnocujú frekvenciu nad nominálnou hodnotou, ale tiež deformujú tvar sínusovej vlny. Rušenie je spôsobené zabudovaným transformátorom, v ktorého jadre sa vyskytujú hysterézne procesy.

V drahých modeloch invertory pracujú na polovodičových spínačoch. UPS Line-Interactive má vyšší výkon pri prepínaní na batériu ako off-line UPS. Zabezpečuje sa to pomocou synchronizačných algoritmov medzi vstupným napätím a generovanými signálmi. Zároveň však dochádza k určitému podhodnoteniu efektívnosti.

Line-Interactive UPS nemožno použiť na napájanie indukčných motorov, ktoré sú masívne inštalované na všetky domáce spotrebiče vrátane vykurovacích systémov. Používajú sa na ovládanie zariadení impulzné blokykde sa energia filtruje a usmerňuje súčasne: počítače a spotrebná elektronika.

UPS s dvojitou konverziou

Tento obvod UPS sa nazýva anglická fráza „On-line“ a pracuje na zariadeniach, ktoré vyžadujú vysokokvalitný výkon. Vytvára dvojnásobnú premenu elektriny, keď sú sínusové harmonické striedavé prúdy neustále usmerňované usmerňovačom na konštantnú hodnotu, ktoré prechádzajú invertorom, aby na výstupe vytvorili opakovaný sínusoid.

Tu je batéria neustále pripojená k obvodu, čo eliminuje potrebu jej prepínania. Táto metóda prakticky eliminuje dobu prípravy neprerušiteľného zdroja energie na spínanie.

Prevádzka on-line UPS podľa stavu batérie sa dá rozdeliť do troch etáp:

1. nabíjacia fáza;

2. čakajúci stav;

3. vypúšťanie do počítača.

Obdobie nabíjania

Vstupné a výstupné obvody sínusovej vlny sú prerušené interným prepínačom UPS.

Batéria pripojená k usmerňovaču prijíma energiu nabíjania, kým sa jeho kapacita neobnoví na optimálne hodnoty.

Obdobie pohotovosti

Po ukončení nabíjania batérie nepretržitá automatizácia napájania zatvorí interný spínač.

Batéria udržuje v pohotovostnom režime pohotovostný režim.

Vypúšťacie obdobie

Batéria sa automaticky prenesie do napájania počítačovej stanice.

Neprerušiteľné zdroje energie pracujúce spôsobom dvojitej konverzie elektrickej energie majú v režime sieťového napájania nižšiu účinnosť ako iné modely z dôvodu spotreby energie na teplo a hluk. Ale v zložitých dizajnoch sa používajú techniky na zvýšenie efektívnosti.

UPS On-line dokáže korigovať nielen veľkosť napätia, ale aj jeho kmitanie. To ich priaznivo porovnáva s predchádzajúcimi modelmi a umožňuje ich použitie na napájanie rôznych zložitých zariadení s asynchrónnymi motormi. Náklady na takéto zariadenia sú však omnoho vyššie ako v predchádzajúcich modeloch.

Zloženie UPS

V závislosti od typu pracovného obvodu obsahuje sada nepretržitého napájacieho zdroja:

• batérie na skladovanie energie;

• nabíjačka, zabezpečenie udržiavania výkonu batérie;

• menič na vytváranie sinusovej vlny,

• schéma riadenia procesu;

• softvér.

Pre vzdialený prístup k zariadeniu je možné použiť lokálnu sieť a vďaka jeho redundancii môžete zvýšiť spoľahlivosť obvodu.

V niektorých nepretržitých zdrojoch napájania sa používa režim premostenia, keď je záťaž napájaná filtrovaným sieťovým napätím bez toho, aby fungoval hlavný obvod zariadenia.

Súčasťou UPS je krok za krokom regulátor napätia "Booster", riadený automatizáciou.

Podľa potreby vykonať zložité technické riešenia môžu byť nepretržité zdroje napájania vybavené ďalšími špeciálnymi funkciami.

Prečítajte si tiež túto tému:Ako zvoliť UPS pre kotol