Jak fungují zdroje nepřerušitelného napájení (UPS).
Požadavky na kvalitu elektřiny jsou zákonem předepsány státními normami a poměrně přísnými normami. Organizace dodavatelů energie vynakládají velké úsilí na jejich dodržování, ale ne vždy jsou implementovány.
V našich bytech a ve výrobě se pravidelně objevují:
úplné výpadky proudu na dobu neurčitou;
aperiodické krátkodobé (10÷100 ms) vysokonapěťové (do 6 kV) napěťové impulsy;
přepětí a poklesy napětí s různou dobou trvání;
překryvy vysokofrekvenčního šumu;
Všechny tyto problémy nepříznivě ovlivňují provoz domácích a kancelářských spotřebitelů elektřiny. Kvalitou napájení jsou ovlivněna zejména mikroprocesorová a počítačová zařízení, která nejen selžou, ale mohou zcela ztratit svůj výkon.
Obsah článku
Účel a typy zdrojů nepřerušitelného napájení
Pro snížení rizik z výskytu poruch v napájecí síti se používají záložní zařízení, která se běžně nazývají zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) nebo UPS (odvozené ze zkratky anglické fráze „Uninterruptible Power Supply“).
Vyrábějí se v různých provedeních, aby vyhovovaly specifickým potřebám spotřebitele. Například výkonné UPS s heliovými bateriemi jsou schopny podporovat napájení celé chaty na několik hodin.
Jejich baterie se nabíjejí z elektrického vedení, větrného generátoru, solárních panelů nebo jiných nosičů energie přes invertorový usměrňovač. Napájejí také elektrické spotřebiče chaty.
Když je externí zdroj vypnutý, baterie se vybíjejí do zátěže připojené k jejich síti. Čím větší je kapacita baterie a čím nižší je proud jejich vybíjení, tím déle fungují.
Zdroje nepřerušitelného napájení středního výkonu mohou zálohovat energii do elektrických kotlů, systémů řízení vnitřního klimatu a podobných zařízení.
Nejjednodušší modely UPS jsou přitom schopny dokončit pouze program nouzového vypnutí počítače. Délka celého procesu jejich práce přitom nepřesáhne 9÷15 minut.
Počítačové nepřerušitelné zdroje napájení jsou:
zabudované do těla zařízení;
První provedení jsou běžná u notebooků, netbooků, tabletů a podobných mobilních zařízení napájených vestavěnou baterií, která je vybavena obvodem spínání napájení a zátěže.
baterie notebooku s vestavěným ovladačem je nepřerušitelný zdroj napájení. Jeho obvod automaticky chrání provozní zařízení před výpadky napájení.
Vnější konstrukce UPS, určené pro běžné kompletování programů stolního počítače, jsou vyrobeny v samostatné jednotce.
Připojují se přes napájecí adaptér do elektrické zásuvky. Z nich jsou napájena pouze zařízení, která jsou zodpovědná za provoz programů:
systémová jednotka s připojenou klávesnicí;
monitor, který zobrazuje probíhající procesy.
Ostatní periferní zařízení: skenery, tiskárny, reproduktory a další zařízení z UPS nejsou napájena. Jinak, když se programy zhroutí, vezmou si část energie uložené v bateriích.
Možnosti pro konstrukci pracovních diagramů UPS
Počítačové a průmyslové UPS se vyrábějí podle tří hlavních možností:
dvojí přeměna elektřiny.
S prvním způsobem záložní schéma, označované anglickými výrazy „Standby“ nebo „Off-Line“, je napětí přiváděno ze sítě do počítače prostřednictvím UPS, ve které je elektromagnetické rušení eliminováno vestavěnými filtry. Je zde také instalována baterie, jejíž kapacita je udržována nabíjecím proudem regulovaným regulátorem.
Když externí napájení zmizí nebo překročí stanovené standardy, regulátor nasměruje energii baterie na napájení spotřebitelů. Pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý je připojen jednoduchý střídač.
Výhody pohotovostního režimu UPS
Off-Line nepřerušitelné zdroje napájení jsou vysoce účinné, když jsou pod napětím, pracují tiše, vydávají málo tepla a jsou relativně levné.
Omezení
Vyniká pohotovostní režim UPS:
dlouhý přechod na bateriové napájení 4÷13 ms;
zkreslená forma výstupního signálu produkovaného měničem ve formě meandru a nikoli harmonické sinusoidy;
nedostatek nastavení napětí a frekvence.
Taková zařízení jsou nejběžnější na osobních počítačích.
Interaktivní obvod UPS
Jsou označeny anglickým termínem “Line-Interactive”. Provádějí se podle předchozího, ale složitějšího schématu zařazením stabilizátoru napětí pomocí autotransformátoru se stupňovitou regulací.
To zajišťuje úpravu výstupního napětí, ale nejsou schopny ovládat frekvenci signálu.
Filtrování hluku v normálním režimu a přepnutí na napájení měniče v případě nehod probíhá podle algoritmů pohotovostního režimu UPS.
Přidáním napěťového stabilizátoru různých modelů se způsoby řízení umožnilo vytvořit měniče s průběhem nejen meandru, ale i sinusoidy. Malý počet regulačních stupňů založených na spínání relé však neumožňuje realizovat plné stabilizační funkce.
To platí zejména pro levné modely, které při přechodu na bateriové napájení nejen nadhodnocují frekvenci nad nominální hodnotu, ale také deformují tvar sinusoidy. Rušení je vnášeno vestavěným transformátorem, v jehož jádru dochází k hysterezním procesům.
U drahých modelů fungují měniče na polovodičových spínačích. UPS Line-Interactive jsou rychlejší při přepnutí na bateriové napájení než UPS Off-Line. Je to zajištěno provozem synchronizačních algoritmů mezi příchozím napětím a výstupními signály. Zároveň ale dochází k určitému podcenění účinnosti.
Line-Interactive UPS nelze použít k napájení asynchronních motorů, které jsou masivně instalovány na všech domácích spotřebičích včetně topných systémů. Používají se k provozu zařízení s impulsními bloky, kde je výkon filtrován a zároveň usměrňován: počítače a spotřební elektronika.
UPS s dvojitou konverzí
Tento obvod UPS je pojmenován podle anglické fráze On-line „a funguje na zařízení, která vyžadují vysoce kvalitní napájení. Vyrábí dvojitou přeměnu elektřiny, kdy sinusové harmonické střídavého proudu jsou neustále převáděny usměrňovačem na konstantní hodnotu, která je vedena přes měnič, aby na výstupu vznikla opakovaná sinusoida.
Zde je baterie neustále zapojena do obvodu, čímž odpadá nutnost jejího spínání. Tento způsob prakticky eliminuje dobu přípravy zdroje nepřerušitelného napájení ke spínání.
Provoz UPS On-line podle stavu baterie lze rozdělit do tří fází:
vybití do počítače.
Doba nabíjení
Vstupní a výstupní obvody sinusové vlny jsou přerušeny vnitřním spínačem UPS.
Baterie připojená k usměrňovači přijímá nabíjecí energii, dokud není její kapacita obnovena na optimální hodnoty.
Připravené období
Po ukončení nabíjení baterie automatika nepřerušitelného napájení sepne vnitřní spínač.
Baterie udržuje stav připravenosti vyrovnávací paměti.
Období vypouštění
Baterie se automaticky přepne na napájení počítačové stanice.
Záložní zdroje s dvojitou konverzí mají nižší účinnost v linkovém režimu než jiné modely kvůli spotřebě energie na generování tepla a hluku. Ale ve složitých strukturách se používají techniky ke zvýšení účinnosti.
UPS On-line je schopna korigovat nejen velikost napětí, ale i frekvenci jeho oscilací. To je odlišuje od předchozích modelů a umožňuje jejich použití pro napájení různých složitých zařízení s asynchronními motory. Náklady na taková zařízení jsou však mnohem vyšší než u předchozích modelů.
Složení UPS
V závislosti na typu provozního obvodu obsahuje sada nepřerušitelného napájení:
Akumulátory pro akumulaci elektrické energie;
nabíječka, která zajišťuje údržbu baterie;
schéma řízení procesu;
Pro vzdálený přístup k zařízení lze využít lokální síť a díky redundanci lze zvýšit spolehlivost obvodu.
Některé zdroje nepřerušitelného napájení využívají režim “Bypass”, kdy je zátěž napájena filtrovaným síťovým napětím bez provozu hlavního obvodu zařízení.
Součástí UPS je krokový regulátor napětí “Booster”, řízený automatizací.
V závislosti na potřebě provedení složitých technických řešení mohou být zdroje nepřerušitelného napájení vybaveny dalšími speciálními funkcemi.
12 nejlepších zdrojů nepřerušitelného napájení (UPS)
UPS je navržena tak, aby zabránila výpadku kritických zařízení, nouzovému vypnutí složitých zařízení a selhání jejich elektroniky v případě problémů s hlavním napájením. V této recenzi budeme hovořit o nejlepších zdrojích nepřerušitelného napájení a o tom, jak vybrat správnou UPS pro váš domov.
Jak vybrat nepřerušitelný zdroj napájení?
Při výběru UPS byste měli vzít v úvahu vlastnosti výbavy, který se k němu plánuje připojit a povaha elektrického problému.
Pokud se problémy netýkají nízkého nebo vysokého napětí a potřebujete zabezpečit různá síťová zařízení (modem, router, přístupový bod) nebo nízkopříkonové PC s periferiemi, bude stačit nejjednodušší záložní UPS (jinak Standby nebo off-line). Nevýhody této možnosti jsou spojeny s příliš dlouhou dobou přepínání na baterii a zpět. Zejména zařízení s nekvalitním napájením se mohou přetížit nebo zamrznout.
Povolte normalizaci “plovoucí” hodnoty síťového napětí modely s automatickým nastavením (AVR). Už k nim patří interaktivní UPS (obvykle typu Smart UPS), a protože tam probíhá stabilizace v krocích, měli byste při výběru UPS vycházet z citlivosti vašeho zařízení na pokles napájecího napětí. Pokud například vlastní napájecí zdroj počítače “nedrží” 180 V, musíte vybrat UPS s nižší prahovou hodnotou (pevnou nebo nastavitelnou) nad touto hodnotou. Nejjednodušší zdroje nepřerušitelného napájení mají jeden stupňovitý, chladnější modely – dva nebo tři. Jinými slovy, ten druhý přesněji provádí normalizaci.
Herní počítače středního a vysokého výkonu mají své vlastní vlastnosti. Téměř bez výjimky jsou všechny vybaveny napájecími zdroji s aktivní korekcí účiníku (APFC). Aniž bychom zacházeli do podrobností, poznamenáváme, že takové PSU nejsou „přátelské“ se záložními a levnými interaktivními UPS (ve kterých má výstupní signál postupnou aproximaci). Případně by se člověk měl zaměřit na nepřerušitelné napájecí zdroje s dvojnásobnou rezervou výkonu. Nebo na nepřerušitelné zdroje s „čistou“ sinusovkou, včetně typu online.
Krátce o tom druhém. UPS s dvojitou konverzí (UPS s dvojitou konverzí) poskytují nejlepší ochranu proti všem druhům problémů s napájením a v některých případech prostě nemají jinou alternativu. Za všechno se musí platit. Jak doslova, tak obrazně. Náklady na online modely jsou vysoké, přitom mají nejnižší účinnost a neustále běžící chladicí systém. Nemají však spínací čas jako takový, protože výstupní napětí je vždy tvořeno z baterie a vstup, pokud existuje, se používá k neustálému dobíjení baterií (s výjimkou režimu bypass).
Poté, co jste se rozhodli pro typ budoucí UPS, musíte vypočítat jakou celkový výkon spotřebovává zařízení, které potřebuje ochranu. Nadměrné zásoby jsou zde nadbytečné, ale vyplatí se „zastavit“ pravděpodobnost vyšší moci. Výstupní výkon zdrojů nepřerušitelného napájení se obvykle udává ve voltampérech. Chcete-li přejít na obvyklé watty, odpovídající indikátor se dělí 1,4.
Nejlepší zdroje nepřerušitelného napájení jsou uvedeny v našem hodnocení na základě recenzí odborníků a běžných zákazníků.
