Hur arrangeras och fungerar oavbruten strömförsörjning (UPS)?

Kraven på elkvalitet föreskrivs lagligen i statliga standarder och ganska stränga standarder. Elförsörjningsorganisationer gör många ansträngningar för att följa dem, men de genomförs inte alltid.

I våra lägenheter och i produktion uppstår med jämna mellanrum:

• komplettera blackouts för en obestämd tid;

• aperiodiska kortvariga (10 ÷ 100 ms) högspänningsspänningar (upp till 6 kV);

• överspänningar och spänningsfall med olika varaktigheter;

• överläggningar av högfrekvent brus;

• frekvensavgångar.

Alla dessa funktionsstörningar påverkar hushållens och kontorskonsumenternas elverk negativt. Mikroprocessor- och datorenheter, som inte bara misslyckas utan helt kan tappa prestanda, påverkas särskilt av kvaliteten på strömförsörjningen.

Syfte och typer av oavbruten strömförsörjning

För att minska riskerna från fel i nätaggregatet används redundanta enheter, som vanligtvis kallas avbrottsfri strömförsörjning (UPS) eller UPS (bildad från förkortningen för den engelska frasen "Uninterruptible Power Supply").

De är tillverkade med olika design för att lösa specifika konsumentproblem. Till exempel kan kraftfulla UPS med heliumbatterier stödja strömförsörjningen i en hel stuga i flera timmar.

Deras batterier får laddning från en kraftledning, en vindgenerator, solpaneler eller andra energibärare genom likriktarenheten på växelriktaren. De matar de elektriska konsumenterna i stugan.

När den externa källan stängs av, laddas batterierna ut till den belastning som är ansluten till deras nätverk. Ju större batterikapacitet och desto lägre urladdningsström, desto längre arbetar de.

Avbrottsfri strömförsörjning med medelkraft kan reservera strömförsörjning för elpannor, inomhusklimatsystem och liknande utrustning.

Samtidigt kan de enklaste UPS-modellerna bara slutföra ett datorens nödstoppsprogram. Dessutom kommer varaktigheten för hela deras arbete inte att överstiga 9-15 minuter.

Datoravbrottsfri strömförsörjning är:

1. inbyggt i enhetens hölje;

2. externt.

De första konstruktionerna är vanliga i bärbara datorer, netbooks, surfplattor och liknande mobila enheter som drivs av ett inbyggt batteri, som är utrustat med en ström- och lastomkopplingskrets.

Laptopbatteri med integrerad styrenhet är en oavbruten strömförsörjning. Dess krets i automatiskt läge skyddar driftsutrustningen från strömavbrott.

Externa UPS-mönsterkonstruerade för normal avslutning av program på en stationär dator görs i en separat enhet.

De är anslutna via en nätadapter till ett eluttag. Endast enheter som ansvarar för programmens drift drivs från dem:

• systemenhet med anslutet tangentbord;

• monitor som visar pågående processer.

Andra kringutrustning: skannrar, skrivare, högtalare och annan utrustning från UPS har inte ström. Annars, vid nödavslutande av programmen, kommer de att ta över en del av energin lagrad i batterierna.

UPS-alternativ för arbetsflödesdesign

Datorer och industriella UPS: er tillverkas i tre huvudalternativ:

1. power backups;

2. interaktiva kretsar;

3. dubbel omvandling av el.

Med den första metoden reservkrets, betecknad med de engelska termerna "Standby" eller "Off-Line", matas spänningen från nätverket till datorn via UPS, där elektromagnetisk störning elimineras av de inbyggda filtren. Ställ in här batterivars kapacitet stöds av laddningsströmmen som regleras av styrenheten.

När den externa strömförsörjningen försvinner eller överskrider de fastställda standarderna, styr styrenheten batterienergin till strömkonsumenterna. En enkel inverter är ansluten för att konvertera DC till AC.

Fördelarna med UPS Standby

Avbrottsfri strömförsörjning från Off-Line-kretsen har hög verkningsgrad, när spänningen ansluts till dem arbetar de tyst, producerar lite värme och är relativt billiga.

brister

UPS Standby sticker ut:

• en lång övergång till batterikraft 4 ÷ 13 ms;

• en förvrängd form av utsignalen som ges ut av omformaren i form av en slingrare, och inte en harmonisk sinusvåg;

• brist på justering av spänning och frekvens.

Sådana enheter är vanligast på persondatorer.

UPS interaktiv krets

De betecknas med den engelska termen "Line-Interactive". De utförs enligt det tidigare, men mer komplicerade schemat på grund av införandet av en spänningsstabilisator med användning av en autotransformator med stegreglering.

Detta ger en justering av utgångsspänningen, men de kan inte styra signalens frekvens.

Filtrering av brus i normalt läge och växling till växelriktareffekt i händelse av en olycka inträffar enligt UPS Standby-algoritmer.

Genom att lägga till en spänningsstabilisator för olika modeller med kontrollmetoder, tillät de att skapa inverterare med en vågform av inte bara slingan, utan också sinusoiderna. Ett litet antal styrsteg baserat på reläomkoppling tillåter emellertid inte fullständiga stabiliseringsfunktioner.

Detta är särskilt sant för billiga modeller, som vid övergång till batterikraft inte bara överskattar frekvensen över nominella, utan också förvränger sinusvågens form. Störningen görs av den inbyggda transformatorn, i vilken kärnan som hysteresprocesser inträffar.

I dyra modeller fungerar växelriktare på halvledaromkopplare. UPS Line-Interactive har högre prestanda när du byter till batterikraft än Off-Line UPS. Det säkerställs genom funktionen av synkroniseringsalgoritmer mellan den inkommande spänningen och de genererade signalerna. Men samtidigt finns det en viss underskattning av effektiviteten.

Line-Interactive UPS kan inte användas för att driva induktionsmotorer, som är massivt installerade på alla hushållsapparater, inklusive värmesystem. De används för att använda enheter med impulsblockdär kraften filtreras och korrigeras samtidigt: datorer och konsumentelektronik.

Dubbelkonvertering UPS

Denna UPS-krets kallas den engelska frasen “On-line” och fungerar på utrustning som kräver hög kvalitet. Den producerar en dubbelomvandling av elektricitet, när växelströmens sinusformiga harmoniska konstant omvandlas av likriktaren till ett konstant värde, som passerar genom växelriktaren för att skapa en upprepad sinus vid utgången.

Här är batteriet ständigt anslutet till kretsen, vilket eliminerar behovet av koppling. Denna metod eliminerar praktiskt taget förberedelseperioden för en oavbruten strömförsörjning för omkoppling.

Funktionen av on-line UPS med batteriets tillstånd kan delas in i tre steg:

1. laddningsstadium;

2. väntetillstånd;

3. urladdning till datorn.

Laddningsperiod

Sinusvågens ingångs- och utgångskretsar bryts av en intern UPS-switch.

Ett batteri anslutet till likriktaren får laddningsenergi tills dess kapacitet återställs till optimala värden.

Beredskapsperiod

Efter avslutad batteriladdning stänger den avbrottsfri automatikförsörjningen automatiskt den interna omkopplaren.

Batteriet upprätthåller ett standby-läge i buffertläget.

Utsläppsperiod

Batteriet överförs automatiskt till datorns ström.

Avbrottsfri kraftförsörjning som arbetar med metoden för dubbel elektrisk kraftomvandling har lägre effektivitet i linjeförsörjningsläget än andra modeller på grund av energiförbrukningen för värme och brus. Men i komplexa konstruktioner används tekniker för att öka effektiviteten.

UPS On-line kan inte bara korrigera spänningens storlek utan också dess svängningsfrekvens. Detta jämför dem fördelaktigt med tidigare modeller och gör att du kan använda för att driva olika komplexa enheter med induktionsmotorer. Kostnaden för sådana enheter är dock mycket högre än tidigare modeller.

UPS-sammansättning

Beroende på typ av arbetskrets inkluderar den avbrottsfria strömförsörjningssatsen:

• batterier för energilagring;

• laddare, säkerställa upprätthållandet av batteriets prestanda;

• inverterare för att bilda en sinusvåg,

• processkontrollschema;

• programvara.

För fjärråtkomst till enheten kan ett lokalt nätverk användas, och du kan öka kretsens tillförlitlighet på grund av dess redundans.

I en del avbrottsfri strömförsörjning används omkopplingsläget när lasten matas av den filtrerade nätspänningen utan drift av enhetens huvudkrets.

En del av UPS har en steg-för-steg spänningsregulator "Booster", styrd av automatisering.

Beroende på behovet av att utföra komplexa tekniska lösningar kan avbrottsfria strömförsörjningar utrustas med ytterligare specialfunktioner.

Läs också om detta ämne:Hur man väljer en UPS för pannan