Hoe werken UPS-systemen (Uninterruptible Power Supplies)?

Vereisten voor de kwaliteit van elektriciteit zijn wettelijk voorgeschreven door nationale normen en vrij strenge normen. Organisaties voor elektriciteitsvoorziening leveren veel inspanningen om hieraan te voldoen, maar ze worden niet altijd geïmplementeerd.

In onze appartementen en in productie ontstaan ​​periodiek:

• complete black-outs voor onbepaalde tijd;

• aperiodische kortstondige (10 - 100 ms) hoogspanningspulsen (tot 6 kV);

• spanningspieken en spanningsvallen met verschillende looptijden;

• overlays van hoogfrequente ruis;

• frequentie vertrek.

Al deze storingen hebben een negatieve invloed op het werk van huishoudens en kantoorgebruikers van elektriciteit. Microprocessor- en computerapparaten, die niet alleen falen, maar hun prestaties volledig kunnen verliezen, worden vooral beïnvloed door de kwaliteit van de stroomvoorziening.

Doel en soorten ononderbroken voedingen

Om de risico's van storingen in het stroomnet te verminderen, worden vaak redundante apparaten gebruikt Uninterruptible Power Supplies (UPS) of UPS (gevormd door de afkorting van de Engelse uitdrukking "Uninterruptible Power Supply").

Ze zijn gemaakt met verschillende ontwerpen om specifieke consumentenproblemen op te lossen. Krachtige UPS'en met heliumbatterijen kunnen bijvoorbeeld de voeding van een hele cottage meerdere uren ondersteunen.

Hun batterijen worden opgeladen door een elektriciteitsleiding, een windgenerator, zonnepanelen of andere energiedragers via de gelijkrichter van de omvormer. Ze voeden de elektrische verbruikers van het huisje.

Wanneer de externe bron is uitgeschakeld, worden de batterijen ontladen tot de belasting die is aangesloten op hun netwerk. Hoe groter de batterijcapaciteit en hoe lager hun ontlaadstroom, hoe langer ze werken.

Middelzware ononderbroken voedingen kunnen reserveren voeding voor elektrische ketels, klimaatbeheersingssystemen binnen en soortgelijke apparatuur.

Tegelijkertijd kunnen de eenvoudigste UPS-modellen alleen een computer-noodstopprogramma voltooien. Bovendien zal de duur van het hele proces van hun werk niet langer zijn dan 9-15 minuten.

Computer-ononderbreekbare voedingen zijn:

1. ingebouwd in de behuizing van het apparaat;

2. extern.

De eerste ontwerpen komen vaak voor bij laptops, netbooks, tablets en vergelijkbare mobiele apparaten die worden aangedreven door een ingebouwde batterij, die is uitgerust met een stroom- en belastingschakeling.

Laptop batterij met geïntegreerde controller is een ononderbroken stroomvoorziening. Het circuit in de automatische modus beschermt de werkende apparatuur tegen stroomuitval.

Externe UPS-ontwerpenontworpen voor de normale voltooiing van programma's op een stationaire computer worden gemaakt in een afzonderlijke eenheid.

Ze zijn via een stroomadapter aangesloten op een stopcontact. Alleen apparaten die verantwoordelijk zijn voor de werking van de programma's worden van stroom voorzien:

• systeemeenheid met een aangesloten toetsenbord;

• monitor die lopende processen toont.

Andere randapparatuur: scanners, printers, luidsprekers en andere apparatuur van UPS worden niet gevoed. Anders nemen de programma's bij het beëindigen van de noodsituatie een deel van de in de batterijen opgeslagen energie over.

UPS Workflow Design Options

Computer- en industriële UPS'en worden in drie hoofdopties vervaardigd:

1. power back-ups;

2. interactieve schakelingen;

3. dubbele conversie van elektriciteit.

Met de eerste methode backup circuit, aangeduid met de Engelse termen "Standby" of "Off-Line", wordt de spanning van het netwerk naar de computer geleid via de UPS, waarbij elektromagnetische interferentie wordt geëlimineerd door de ingebouwde filters. Stel hier in batterijwaarvan de capaciteit wordt ondersteund door de laadstroom die wordt geregeld door de controller.

Wanneer de externe voeding verdwijnt of de vastgestelde normen overschrijdt, stuurt de controller de batterijenergie naar stroomverbruikers. Een eenvoudige omvormer is aangesloten om DC naar AC te converteren.

Voordelen van UPS Standby

Ononderbroken voedingen van het Off-Line-circuit hebben een hoog rendement, wanneer de spanning daarop wordt aangelegd, werken ze stil, produceren ze weinig warmte en zijn ze relatief goedkoop.

tekortkomingen

UPS Standby valt op:

• een lange overgang naar batterijvermogen 4 - 13 ms;

• een vervormde vorm van het uitgangssignaal afgegeven door de omvormer in de vorm van een meander, en geen harmonieuze sinusgolf;

• gebrek aan aanpassing van spanning en frequentie.

Dergelijke apparaten komen het meest voor op pc's.

UPS interactief circuit

Ze worden aangeduid met de Engelse term "Line-Interactive". Ze worden uitgevoerd volgens het vorige, maar meer gecompliceerde schema vanwege de opname van een spanningsstabilisator met behulp van een autotransformator met stapregeling.

Dit biedt een aanpassing van de uitgangsspanning, maar ze kunnen de frequentie van het signaal niet regelen.

Ruis filteren in de normale modus en overschakelen naar omvormervoeding in geval van een ongeluk vindt plaats volgens UPS Standby-algoritmen.

Door een spanningsstabilisator van verschillende modellen met besturingsmethoden toe te voegen, konden ze omvormers maken met een golfvorm van niet alleen de meander, maar ook de sinusoïden. Een klein aantal stuurtrappen op basis van relaisschakeling maakt het echter niet mogelijk om de volledige stabilisatiefuncties te realiseren.

Dit geldt met name voor goedkope modellen, die bij het overschakelen op batterijvoeding niet alleen de frequentie boven de nominale waarde overschatten, maar ook de vorm van de sinusgolf vervormen. De interferentie wordt veroorzaakt door de ingebouwde transformator, in de kern waarvan hysteresisprocessen optreden.

In dure modellen werken omvormers op halfgeleiderschakelaars. UPS Line-Interactive presteert beter bij het overschakelen op batterijvoeding dan offline UPS'en. Het wordt gewaarborgd door de werking van synchronisatie-algoritmen tussen de inkomende spanning en de gegenereerde signalen. Maar tegelijkertijd wordt de efficiëntie enigszins onderschat.

Line-Interactive UPS kan niet worden gebruikt om inductiemotoren van stroom te voorzien, die massaal worden geïnstalleerd op alle huishoudelijke apparaten, inclusief verwarmingssystemen. Ze worden gebruikt om apparaten mee te bedienen impulsblokkenwaarbij de stroom tegelijkertijd wordt gefilterd en gecorrigeerd: computers en consumentenelektronica.

Dubbele conversie UPS

Dit UPS-circuit wordt de Engelse uitdrukking "On-line" genoemd en werkt op apparatuur die stroom van hoge kwaliteit vereist. Het produceert een dubbele conversie van elektriciteit, wanneer de sinusvormige harmonischen van de wisselstroom constant worden omgezet door de gelijkrichter in een constante waarde, die door de omvormer wordt geleid om een ​​herhaalde sinusoïde aan de uitgang te creëren.

Hier is de batterij constant verbonden met het circuit, waardoor schakelen niet meer nodig is. Deze methode elimineert vrijwel de voorbereidingstijd van een ononderbreekbare voeding voor het schakelen.

De werking van de online UPS door de status van de batterij kan worden onderverdeeld in drie fasen:

1. laadfase;

2. wachtende staat;

3. ontladen naar de computer.

Oplaadperiode

De sinusgolfingangen en -uitgangscircuits worden verbroken door een interne UPS-schakelaar.

Een batterij die is aangesloten op de gelijkrichter ontvangt laadenergie totdat de capaciteit ervan weer optimaal is.

Gereedheidsperiode

Na het einde van de batterijlading sluit de ononderbroken stroomvoorzieningautomatisering de interne schakelaar.

De batterij handhaaft een stand-bystatus in de buffermodus.

Lossingsperiode

De batterij wordt automatisch overgebracht naar de stroom van het computerstation.

Ononderbroken voedingen die werken volgens de methode van dubbele elektrische stroomconversie hebben een lager rendement in de lijntoevoermodus dan andere modellen vanwege het energieverbruik voor warmte en geluid. Maar in complexe ontwerpen worden technieken gebruikt om de efficiëntie te verhogen.

UPS On-line kan niet alleen de grootte van de spanning corrigeren, maar ook de oscillatiefrequentie. Hiermee worden ze gunstig vergeleken met eerdere modellen en kunt u verschillende complexe apparaten van inductiemotoren voorzien. De kosten van dergelijke apparaten zijn echter veel hoger dan bij eerdere modellen.

UPS-samenstelling

Afhankelijk van het type werkcircuit omvat de noodvoedingkit:

• batterijen voor energieopslag;

• lader, zorgen voor het onderhoud van de batterijprestaties;

• omvormer voor het vormen van een sinusgolf,

• procesbesturingsschema;

• software.

Voor externe toegang tot het apparaat kan een lokaal netwerk worden gebruikt en kunt u de betrouwbaarheid van het circuit verhogen vanwege de redundantie.

In sommige ononderbreekbare voedingen wordt de bypass-modus gebruikt, wanneer de belasting wordt geleverd door de gefilterde netspanning zonder werking van het hoofdcircuit van het apparaat.

Een deel van de UPS heeft een stapsgewijze spanningsregelaar "Booster", bestuurd door automatisering.

Afhankelijk van de noodzaak om complexe technische oplossingen uit te voeren, kunnen ononderbroken voedingen worden uitgerust met extra speciale functies.

Lees ook over dit onderwerp:Hoe een UPS voor de ketel te kiezen