Zasilacz UPS: cel i specyfika działania domowego zasilacza UPS

Aby zachować funkcjonalność urządzeń podczas awarii sieci, stosuje się zasilacz awaryjny.W zależności od rodzaju obsługiwanych odbiorców i parametrów mocy należy wybierać różne modele. Urządzenia te są poszukiwane, więc zakup kopii o wymaganych cechach nie jest trudny.

Ale przed zakupem musisz sam zrozumieć jego funkcje i nie powierzać tej kwestii menedżerom zainteresowanym sprzedażą.

W tym materiale przyjrzymy się konstrukcji i funkcjom operacyjnym UPS, a także porozmawiamy o zasadach jego użytkowania.

Obwody UPS prądu przemiennego

Na potrzeby domowe stosuje się urządzenia zasilania awaryjnego, podłączone do jednofazowej sieci 220 V, które mogą zasilać odbiorców wymagających tego samego napięcia przez pewien czas w przypadku braku prądu.

Istnieją również UPS-y, które są podłączone do wejścia do sieci trójfazowej, a napięcie wyjściowe wynosi 380 V lub 220 V. Są jednak drogie, stosuje się je, gdy konieczne jest uzyskanie autonomicznej mocy z 10 kVA A, co nie jest wymagane na potrzeby domowe.

Zasilacze UPS prądu przemiennego dla gospodarstw domowych dzielą się na następujące typy w zależności od schematu działania:

• kopia zapasowa (offline);
• interaktywne (liniowo-interaktywne);
• podwójna konwersja (online).

Różnią się jakością napięcia wyjściowego i ceną.Najtańsze to te w trybie standby, a najdroższe to te z podwójną konwersją.

Najprostsza konstrukcja zasilania rezerwowego obejmuje przekaźnik przełączający i pasywne filtrowanie w celu tłumienia zakłóceń.

Aby przekształcić prąd przemienny w prąd stały, w ładowarce stosuje się prostownik. Odwrotna transformacja odbywa się za pomocą falownika.

W systemach zasilania bezprzerwowego zwykle instaluje się zwykłe przekaźniki elektromechaniczne w celu przełączania obwodu z sieci na akumulator. Jeśli ta część jest wysokiej jakości, jej zasoby wystarczą na całą pracę UPS. Ale najczęściej, gdy blok się psuje, problem leży właśnie w tym elemencie konstrukcyjnym.

Obwód interaktywny różni się od obwodu rezerwowego obecnością stabilizatora napięcia. Zaprojektowany jest jako typowy autotransformator z bezpośrednio połączonymi uzwojeniami

Stabilizacja napięcia występuje także w wielu urządzeniach gospodarstwa domowego, więc jeśli odchyłki są nieznaczne, to nie ma sensu kupować droższego modelu liniowo-interaktywnego.

Obecność transformatora często zmusza producenta do stosowania wymuszonego chłodzenia, dlatego takie UPS-y wyposażane są w chłodnice. Emitują hałas o natężeniu porównywalnym do pracy jednostki systemowej komputera.

W schemacie online falownik jest zasilany w sposób ciągły z akumulatorów. Dlatego w przypadku awarii zasilania czas przełączenia na zasilanie rezerwowe wynosi zero

Najbardziej złożone i drogie urządzenia z podwójną konwersją mają również najniższą wydajność. Energia elektryczna zamienia się w ciepło, które emituje urządzenie. Dlatego ich stosowanie musi być uzasadnione.

Najważniejszą zaletą tego typu zasilaczy UPS jest natychmiastowa reakcja na zanik zasilania. Ale w przypadku większości urządzeń gospodarstwa domowego nie jest to tak ważne. Te same komputery są zwykle wyposażone w zapasowy lub interaktywny UPS.

Najważniejsze parametry

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele ofert sprzedaży domowych zasilaczy awaryjnych. Aby poprawnie określić ich cel i nie popełnić błędu przy wyborze, musisz zrozumieć, na jakie parametry należy zwrócić uwagę w pierwszej kolejności.

Główne cechy techniczne

Moc wyjściowa urządzenia określa maksymalną dopuszczalną wartość, którą urządzenie może niezawodnie dostarczyć konsumentowi. Mierzy się go w woltoamperach (VA). Dla wygody użytkowników wartość ta jest często podawana i w watach.

Aby zmierzyć obciążenie urządzeń, możesz użyć amperomierza lub obliczyć go na podstawie odczytów licznika zainstalowanego w mieszkaniu.

Pobór prądu można mierzyć za pomocą domowego amperomierza (watomierza) z gniazdkiem. Podłączone urządzenie musi zostać przełączone w tryb maksymalnego zużycia

Określając rzeczywistą moc komputera, nie należy kierować się mocą znamionową zasilacza, ponieważ zawsze kupuje się go z rezerwą.

Jeśli nie masz amperomierza, musisz wykonać następujące czynności:

1. Odłącz wszystkie obwody w panelu oprócz tego, który zasila komputer.
2. Wyłącz wszystkie urządzenia w tym obwodzie.
3. Włącz komputer i uruchom na nim typowy program (na przykład film z YouTube).
4. Poczekaj, aż licznik zmieni wartość jednej dziesiątej kilowata.
5. Czas do kolejnej zmiany.

Średnie zużycie energii (P, wat) dla tego okresu (T, minuty) można obliczyć korzystając ze wzoru:

P = 100 * (60 / t)

Następną ważną cechą jest żywotność baterii. Wskaźnik ten zależy od obciążenia, jakiego w danym momencie doświadcza UPS. Przy maksymalnej dopuszczalnej mocy baterie urządzenia gospodarstwa domowego działają przez 1-3 minuty. A w połowie - znacznie dłużej (do 10 minut).

Wykres zależności żywotności baterii od średniego obciążenia pokazuje, że zależność ta jest nieliniowa. Dzieje się tak ze względu na sposób rozładowywania akumulatorów.

Prowadzi to do dwóch wniosków:

• podczas przerwy w dostawie prądu konieczne jest maksymalne zmniejszenie obciążenia pobieranego przez urządzenia;
• Wskazane jest zakupienie UPS o mocy przekraczającej obliczoną o co najmniej 30%.

Zakres napięcia wejściowego pokazuje minimalne i maksymalne dopuszczalne napięcie sieciowe, przy którym zasilanie nie zostanie przełączone na akumulatory. Z reguły wszystkie zasilacze UPS wytrzymują zakres 180–260 V.

Niektórzy producenci mają bardzo dobre (reklamowe) wskaźniki, na przykład dolna wartość to 110 V. Tutaj należy upewnić się, że liczby te są brane specjalnie dla maksymalnego obciążenia, a nie dla połowy.

Kolejnym ważnym wskaźnikiem technicznym jest poziom hałasu. UPS-y wykonane w technologii line-interactive lub online generują dużo ciepła, dlatego producenci instalują na nich wentylatory. Jeśli chłodnice są tanie, z biegiem czasu wydadzą hałas, który jest niepożądany w przestrzeni życiowej.

Interfejs i konfiguracja

Wygląd bloków może być bardzo różnorodny. Zwykle mają klasyczny prostokątny kształt, ze wskaźnikami lub wyświetlaczem z przodu i złączami zasilania z tyłu. Ich liczba nie jest tak ważna, ponieważ do wyjścia można podłączyć przedłużacz z trójnikiem.Nie będzie to w żaden sposób sprzeczne z koncepcją UPS.

Model może posiadać wyświetlacz LCD, który pokaże sytuację z zasilaniem podłączonych urządzeń: dostępność prądu, liczbę odbiorników, poziom naładowania baterii itp.

System ekspozycyjny obniża koszt sprzętu. Ponadto jest bardziej praktyczny. Jeśli potrzebujesz poznać jakieś parametry, wiele modeli posiada funkcję podłączenia do komputera

Aby sprawdzić parametry zasilacza, stan akumulatorów UPS i sposób ich działania, można podłączyć go do komputera. W wielu modelach zaimplementowano tę funkcję i opracowano oprogramowanie.

Istnieją trzy główne typy interfejsów:

• USB. Najpopularniejsze połączenie komputera z zasilaczem UPS.
• RS-232 (port COM). Rzadko spotykany w modelach domowych.
• Ethernet 10/100. Służy do zdalnego sterowania zasilaczami awaryjnymi.

Oprogramowanie do uzyskiwania charakterystyki UPS i zarządzania nim jest opracowywane nie tylko dla różnych wersji systemu Windows. Przykładowo znany producent Powercom posiada wersję oprogramowania na Androida, która pozwala na zdalne monitorowanie stanu zasilania i w razie potrzeby dostosowanie pracy zasilacza awaryjnego.

Oprogramowanie umożliwia monitorowanie głównych charakterystyk sieci elektrycznej, takich jak napięcie wejściowe i wyjściowe, częstotliwość. Możesz także sprawdzić poziom naładowania baterii i temperaturę urządzenia

Zasilacze UPS umieszczane są w pobliżu chronionych odbiorców energii elektrycznej. Zazwyczaj umieszcza się je na podłodze lub na półkach. Niektóre modele wyposażone są w mocowania umożliwiające montaż na ścianach.

Jakość prądu wyjściowego

Zasilacze UPS muszą dostarczać prąd o odpowiedniej jakości.Przy pracy na akumulatorach odpowiada za to falownik, a w przypadku zasilania sieciowego problematyczne obszary należy wygładzić filtrami i stabilizatorem. Zakłócenia występujące w obwodzie elektrycznym mają różne pochodzenie i konsekwencje dla elektroniki. Dlatego i tę kwestię należy dokładnie zbadać.

Zakłócenia i ochrona sieci

Wszystkie nowoczesne zasilacze UPS wyposażone są w zabezpieczenia przed problemami związanymi z serwisowanymi urządzeniami. Jeśli całkowite obciążenie przekroczy maksymalne dopuszczalne lub nastąpi zwarcie, zasilacz awaryjny natychmiast wyłączy zasilanie.

Zakłócenia w sieci można podzielić na częstotliwościowe i impulsowe. Te pierwsze nie są tak niebezpieczne, szczególnie w przypadku zasilaczy komputerowych lub telewizyjnych, które przekształcają prąd przemienny na prąd stały. To ostatnie może powodować problemy z dowolną elektroniką.

Dlatego większość zasilaczy UPS jest wyposażona w ochronę przed przepięciami i harmonicznymi za pomocą warystorów i filtrów wysokiej częstotliwości.

Usuwanie zakłóceń na linii odbywa się w dwóch etapach. Najpierw warystory odcinają impulsy o wysokiej częstotliwości, a następnie filtr wygładza małe skoki

Problem pojawiania się impulsów wysokiego napięcia jest charakterystyczny nie tylko dla kabli zasilających, ale także dla sieci transmisji danych – komputerowych czy telefonicznych. Mogą wystąpić w wyniku narażenia na elektryczność atmosferyczną, awarii pobliskiego okablowania, zakłóceń elektrycznych i innych przyczyn.

Wielu producentów produkuje modele z możliwością ochrony sieci lokalnej. W tym celu UPS ma dwa Złącze RJ-45 - jeden do wejścia i jeden do wyjścia. Sygnał przechodzi przez filtr, który tłumi skoki napięcia. W przypadku linii telefonicznych układ jest taki sam, jedynie złącza są w formacie RJ-11.

Niskie i wysokie napięcie

Regulacja napięcia odbywa się za pomocą automatycznego regulatora napięcia (AVR), którego głównym elementem jest autotransformator. Zasada jego działania polega na zmianie liczby zwojów jednego z uzwojeń, w wyniku czego napięcie zmienia się w kierunku zwiększania lub zmniejszania swojej wartości.

Obecność AVR w UPS pozwala nie włączać trybu autonomicznego za każdym razem, gdy napięcie nieznacznie odbiega od wartości standardowych. To znacznie zwiększa żywotność baterii.

Profesjonalne multimetry takie jak CEM DT 9909 są w stanie rejestrować wartość napięcia przez długi czas. Zastosowanie takiego urządzenia może pomóc w wyborze stabilizatora lub UPS

Zgodnie z GOST 29322-2014 dopuszczalne jest 10-procentowe odchylenie napięcia od wartości odniesienia przez okres nie dłuższy niż 1 godzina. Wszystkie nowoczesne zasilacze UPS z regulatorami radzą sobie z takimi wahaniami.

Czystość wyjściowa

Rodzaj sygnału wyjściowego zależy od modelu falownika zamontowanego w zasilaczu awaryjnym. Idealnie, kształt fali napięcia AC powinien być falą sinusoidalną. Ale po konwersji przez falownik przyjmuje formę schodkową.

Im większa liczba kroków na krzywej napięcia chwilowego w funkcji czasu, tym lepsza jakość prądu przemiennego. Jest to ważne w przypadku niektórych urządzeń

W przypadku sprzętu zawierającego asynchroniczne silniki elektryczne (lodówka, klimatyzator), zasilacze transformatorowe (wysokiej jakości sprzęt audio), zasilacze APFC (serwery i wydajne komputery komputerowe) potrzebna jest czysta lub dobrze przybliżona fala sinusoidalna.

Żaden falownik, a co za tym idzie, żaden UPS nie wytwarza czystej fali sinusoidalnej, niezależnie od tego, co producenci sprzętu piszą w broszurach reklamowych. Przybliżenie sygnału wyjściowego do sinusoidy ocenia się poprzez całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD).

Sygnał wyjściowy urządzenia można uznać za sinusoidalny przy THD<5%. W przypadku niektórych modeli, takich jak IMV NetPro 2000, liczba ta wynosi tylko 2%.

Zasady korzystania z UPS

Kupując zasilacz awaryjny w celu zorganizowania zasilania rezerwowego, musisz zrozumieć, z jakimi urządzeniami można go używać. Czasami nie da się obejść się bez samego UPS i wtedy trzeba podjąć dodatkowe działania, aby zapewnić domowi prąd.

Podłączanie sprzętu AGD

Komputery, modemy, routery, sprzęt wideo i audio to typowe urządzenia domowe lub biurowe, do których podłączane są zasilacze awaryjne. Jeśli w tej technice stosowane są zwykłe zasilacze impulsowe, wystarczy kupić stosunkowo tanie modele, które nie wytwarzają czystej fali sinusoidalnej.

Nowoczesne modele są kompaktowe i mają atrakcyjny wygląd, który harmonijnie komponuje się z innymi urządzeniami we wnętrzu salonu.

Nie ma również potrzeby kupowania drogich produktów do oświetlenia. Najważniejsze tutaj jest prawidłowe obliczenie maksymalnej mocy i żywotności baterii.

Przy częstych awariach istotny jest problem nieplanowanego rozmrażania lodówek i psucia się żywności. Do ochrony takiego sprzętu za pomocą silników asynchronicznych potrzebne będą zasilacze UPS o bardziej złożonej konstrukcji, ponieważ wymagany będzie „czysty” sygnał sinusoidalny.

Ponadto należy wziąć pod uwagę obecność prądów rozruchowych powstających podczas uruchamiania silnika.W uproszczeniu dla urządzeń chłodniczych ich wartość można określić, mnożąc wartość mocy przez 5.

Jeśli np. w kuchni znajduje się lodówka o łącznej mocy 300 W (przy uruchomieniu - 1500 W) i zamrażarka o mocy 200 W (przy uruchomieniu - 1000 W), to potrzebny jest zasilacz o czystej fali sinusoidalnej i maksymalna moc co najmniej 1700 W. Wartość tę uzyskano dla przypadku, gdy zamrażarka pracuje i w tym czasie lodówka jest włączona. Jednoczesne uruchomienie obu silników jest mało prawdopodobne, a taki UPS wytrzyma jednosekundowy skok o mocy 2,7 ​​kW.

Jednostka typu online o maksymalnej mocy 2000 W może pracować około pół godziny przy całkowitym poborze mocy 500 W. Ponieważ tryb chłodzenia trwa około 5 minut, gwarantowane jest zasilanie awaryjne, które wystarczy na 6 uruchomień obu urządzeń.

W domach prywatnych i domkach ważne jest również zastosowanie UPS do wspomagania systemu grzewczego z wymuszonym obiegiem. Pompy również potrzebują czystego sinusa

Systemy zasilania awaryjnego są również aktywnie wykorzystywane do pracy gazowe kotły grzewcze. Biorąc pod uwagę koszt podłączonego sprzętu, nie należy w tym przypadku oszczędzać na jakości UPS.

Zasilanie awaryjne i dodatkowe

W przypadku wielu urządzeń gospodarstwa domowego nie można wybrać niedrogiego zasilacza UPS, ponieważ przy długim okresie autonomicznej pracy wymagana będzie znaczna moc maksymalna. Pralki, piekarniki elektryczne i rozproszone systemy klimatyzacji zużywają dużo energii elektrycznej.

Możesz oczywiście obejść się bez tych urządzeń podczas przerwy w dostawie prądu. Jest to wskazane, jeśli przerwy takie występują rzadko i przez krótki czas.Ale jeśli zostanie podjęta decyzja o zapewnieniu potężnym odbiorcom autonomicznej mocy, lepiej zastosować generator benzynowy lub wysokoprężny. Aby szybko je uruchomić w przypadku braku napięcia, stosuje się automatyczny system przesyłu (ATS).

Jeśli masz dodatkowe źródło zasilania, nadal warto skorzystać z UPS, przynajmniej w przypadku komputerów. Niemożliwe jest natychmiastowe uruchomienie agregatu i przywrócenie zasilania.

Stabilizacja niskiego napięcia

Problem niskiego napięcia dotyczy obiektów podłączonych do starych lub małej mocy sieci elektrycznych. Jeśli taka sytuacja występuje stale, lepiej skorzystać z wejścia stabilizator.

Jeśli istnieje stabilizator, napięcie sieci wewnętrznej zostanie doprowadzone do standardowych wartości. Będzie to miało również wpływ na urządzenia, które nie są podłączone do UPS.

Kiedy napięcie spada, wzrasta prąd przepływający przez sieć domową. Załóżmy na przykład, że całkowita moc odbiorników podłączonych do UPS będzie wynosić 1,5 kW, a dostarczane napięcie będzie wynosić 190 V.

Następnie przez Prawo Ohma:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – prąd w obwodzie do UPS bez stabilizatora;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – natężenie prądu w obwodzie do zasilacza UPS ze stabilizatorem.

Tym samym sieć domowa bez stabilizatora będzie doświadczać zwiększonego obciążenia, czego być może nie wzięto pod uwagę przy wyborze przekroju przewodów.

Dlatego przy stałym niskim napięciu lepiej zainstalować stabilizator. W takim przypadku obciążenie autotransformatora UPS będzie mniejsze, co wydłuży jego żywotność. Ponadto biorąc pod uwagę wyrównanie napięcia, można kupić tańsze zasilacze awaryjne.

Bezprzerwowe zasilanie odbiorników prądu stałego

Dla niektórych urządzeń konieczne jest zapewnienie nieprzerwanego zasilania napięciem stałym 12, 24 lub 48 V. W sprzedaży dostępny jest również UPS tego typu. Ich oznaczenia zawierają skrót „DC”. Istnieją również jednostki o napięciu zasilania 60, 110 lub 220 V, ale znajdują one zastosowanie w przemyśle lub energetyce.

Różnica między zasilaczami bezprzerwowymi prądu stałego DC w strukturze wewnętrznej od modeli klasycznych polega na braku falownika. Akumulatory są podłączone bezpośrednio do wyjścia poprzez stycznik z bocznikiem pomiarowym ograniczającym prąd, aby zapobiec niedopuszczalnie głębokiemu rozładowaniu akumulatorów.

Czasami na wyjściu może znajdować się przetwornica stabilizująca, jeżeli urządzenia zasilane z UPS-a są wrażliwe na niewielkie wahania napięcia.

Wraz z przetwornicami napięcia zasilacz UPS DC o mocy 48 W jest w stanie zasilić system monitoringu wizyjnego o obwodzie do 1 km

Te zasilacze rezerwowe służą do ochrony następujących urządzeń gospodarstwa domowego zasilanych prądem stałym:

• Systemy CCTV i bezpieczeństwo;
• wszelkiego rodzaju czujniki (wycieku, dymu, pożaru, ruchu itp.);
• systemy oświetleniowe;
• urządzenia telekomunikacyjne;
• systemy komunikacji;
• elementy systemu sterowania "inteligentny dom".

Wiele UPS-ów DC ma możliwość podłączenia akumulatorów zewnętrznych. W takim przypadku autonomiczne funkcjonowanie urządzeń, którym służą, może być bardzo długie.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Krótko o głównych cechach UPS-ów domowych:

Różnorodność typów zasilaczy UPS i ich charakterystyk jest konsekwencją odmiennych warunków ich użytkowania: mocy i rodzaju podłączonych urządzeń, parametrów i typowych problemów danej sieci elektrycznej.Zasilacz UPS z reguły nie jest najdroższym elementem systemu, ale od niego zależy stabilność jego pracy. Dlatego musisz określić warunki pracy i dokładnie wybrać model.

Masz jeszcze pytania dotyczące tematu artykułu? A może możesz uzupełnić ten materiał o ciekawe informacje na temat UPS? Napisz swoje uwagi, zadawaj pytania i podziel się swoimi doświadczeniami w bloku poniżej.