Záložní zdroj (UPS) – typy, schéma a princip činnosti

Výpadky proudu, změny napětí – to vše může, ne-li „zabít“, pak způsobit vážné poškození domácích spotřebičů. Co můžeme říci o složitých topných instalacích, kde i krátkodobé přepětí může poškodit celý systém?k němu. Zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) jsou navrženy tak, aby tato rizika minimalizovaly. V tomto článku vám řekneme, co je UPS, rozebereme jejich klasifikaci a zvážíme oblíbené modely zařízení od společnosti Bastion, kterým můžete při ochraně vašeho domova rozhodně věřit.

<strong>co řešíme?</strong>

Nepřerušitelné zdroje napájení jsou zařízení, která mohou udržovat a poskytovat nepřetržité napájení v případě rušení sítě. UPS není schopna zcela vyřešit problém s výpadkem napájení. Zařízení však získá čas, což uživateli umožní například uložit semestrální práci do počítače nebo důležitou zprávu, připravit další zařízení na výpadky proudu a udržet jej v provozuschopném stavu.

Hlavní komponenty obsažené ve většině modelů jsou:

– Řídící jednotka. Zodpovídá za automatizaci provozu zařízení a baterií (AKB), nezbytných pro nastavení celého systému zařízení.

– baterie. Akumuluje a ukládá elektřinu pro autonomní provoz a napájení připojených zařízení.

– nabíječka. Podporuje provoz na baterie.

– Měnič. Generuje výkonový signál pro zátěž na výstupu přeměnou stejnosměrného napětí na střídavé napětí.

<strong>Typy UPS</strong>

Díky pokroku v technologii jsou moderní UPS spolehlivější a efektivnější než jejich předchůdci. Ale zároveň se design zařízení během několika desetiletí změnil jen málo. Jedná se o malou krabičku, která vizuálně připomíná systémovou jednotku, s baterií a elektronikou pro podporu provozu.

Na základě mezinárodní normy IEC 62040-3 „Uninterruptible Power Supply Systems (UPS)“ budeme analyzovat typy UPS:

Provozní schéma tohoto typu zdroje nepřerušitelného napájení je velmi jednoduché. Nestabilizují napětí, ale při výpadku proudu přenášejí energii do baterie.

Záložní UPS se vyznačují relativně dostupnou cenou. Často se používají ve spojení s domácími spotřebiči, počítači a různými typy multimédií k ochraně zařízení před menšími přepětími nebo krátkodobými výpadky proudu.

Zařízení tohoto typu poskytují hladší stabilizaci napětí a mohou také pracovat v rozšířeném rozsahu vstupních signálů. Line-interactive UPS stabilizují napětí s odchylkou až 10% a přejdou na bateriový provoz, pokud napětí výrazně klesne/vzroste. V případě výpadku proudu je napájení napájeno bateriemi.

Zařízení tohoto typu se doporučuje pro použití v kancelářích, venkovských domech a prostorách se silnými výkyvy v elektrické síti. Tato zařízení jsou doporučena pro ochranu počítačového vybavení, pracovních stanic a dalších zařízení s pulzním napájením.

Dnes jsou UPS tohoto typu pokročilé a nejdokonalejší ve srovnání s jinými podobnými zařízeními. Vyznačují se okamžitým přepínáním funkčnosti a nezávislostí parametrů výstupního signálu na parametrech na vstupu UPS. Poskytuje ideální výstupní napětí i v případech se silným rušením v síti.

Záložní zdroje tohoto typu jsou vytvořeny speciálně pro zařízení, která vyžadují vysoce kvalitní napájení.

Online UPS není levné potěšení. Jejich cena je mnohem vyšší než u předchozích typů zařízení. To je však zcela oprávněné, protože dvojitá konverze je nezbytná pro složité elektrické spotřebiče, jako jsou topné systémy, jejichž odpojení může způsobit vážnou nehodu nebo poruchu. U jednoduchých domácích spotřebičů budou schopnosti takového „nepřerušitelného napájení“ nadměrné.

Typy obvodů UPS

<strong>Dá se věřit</strong>

Ruská společnost Bastion vyvíjí a vyrábí komplexní elektrická zařízení již přes 30 let. Sortiment zahrnuje asi 700 modelů zařízení včetně UPS.

Záložní zdroje Bastion se v průběhu let osvědčily na elektrotechnickém trhu jako vysoce kvalitní a účinná zařízení určená pro provoz v různých podmínkách. Pro domácí použití jsou vhodné řady RAPAN-UPS, SKAT-UPS a TEPLOCOM (pro topné kotle). Jedná se o spolehlivá zařízení, která zajišťují nepřetržitý provoz domácích spotřebičů.

Cenově dostupná řada nepřerušitelných napájecích zdrojů řady RAPAN-UPS je doporučena pro ochranu požárních poplachů, kamerového dohledu, systémů kontroly přístupu, počítačového vybavení atd. Charakteristickým rysem těchto zařízení je nepřetržitý provoz UPS.

Pro zařízení citlivá na kvalitu elektřiny vyvinuli inženýři Bastion řadu SKAT-UPS. Taková zařízení jsou vhodná pro ochranu serverových, telekomunikačních a lékařských zařízení.

Bastion ve svých zařízeních kombinuje spolehlivost ruské výroby a nejpokročilejší technologie. Na oficiálních stránkách jsou prezentována i další zařízení pro domácí a průmyslové použití, která mají často lepší vlastnosti než zahraniční analogy.

<strong>Shrnout</strong>

Jakákoli elektrická síť obsahuje deformace, které negativně ovlivňují kvalitu elektřiny. To se projevuje napěťovými rázy, výpadky proudu, elektromagnetickým a vysokofrekvenčním rušením, vysokonapěťovými a vysokofrekvenčními impulsy atd. Tyto a další poruchy mohou způsobit poruchu jak jednoduchých domácích spotřebičů, tak složitých drahých systémů. UPS byly vytvořeny speciálně pro eliminaci negativních faktorů.

Existuje názor, že pouze systémová jednotka nebo řídicí systémy by měly být chráněny před problémy s elektrickou sítí. Tento názor je však chybný. Je důležité zajistit správnou funkci všech zařízení, včetně periferií (modem, routery, přístupové body, monitor, skener a další). Přece jen nákup nového vybavení v případě poruchy nebude levný.

V ideálním případě technici Bastion doporučují nainstalovat několik UPS najednou, z nichž každá bude pracovat se svou vlastní skupinou zařízení.

UPS (nepřerušitelný zdroj napájení) je automatické zařízení instalované mezi zdrojem energie a chráněným zařízením. Hlavní funkcí UPS je zajistit nepřerušitelné napájení zátěže, která je k ní připojena, pomocí energie z baterií, když dojde k výpadku elektrické sítě nebo její parametry (napětí, frekvence) překročí přijatelné meze. Když je síťové napětí v přijatelných mezích, nepřerušitelný zdroj napájení v závislosti na typu a provedení koriguje nebo převádí parametry elektrické sítě.

• online (on-line) s dvojí konverzí
• interaktivní (line-interactive)
• záloha (offline)

Online UPS s dvojitou konverzí

Blokové schéma online UPS s dvojitou konverzí

Princip činnosti online UPS je založen na dvojí transformaci elektrické sítě: vstupní napětí je pomocí usměrňovače transformováno na stejnosměrný proud a následně zpět na střídavý proud pomocí zpětného měniče – invertoru. Stejnosměrné napětí na výstupu usměrňovače slouží také k nabíjení baterií.

Díky tomuto provoznímu schématu je na rozdíl od záložních a interaktivních typů UPS zátěž nepřerušitelného zdroje s dvojitou konverzí vždy napájena z invertoru, který generuje skutečně „čistý“ sinusový napájecí zdroj, stabilizovaný v napětí, frekvenci a tvaru vlny. Toto provozní schéma také zajišťuje okamžité (čas se rovná „0“) přepnutí zátěže na baterie, když dojde k poruše elektrické sítě nebo překročí přípustné limity pro napětí a frekvenci.

Charakteristickým rysem online UPS je jejich schopnost kompenzovat výrazné poklesy ve vstupní napájecí síti částečným využitím bateriového napájení, v tomto případě je pokles napětí na výstupu usměrňovače kompenzován napětím baterie, tzn. jeho celková hodnota na vstupu měniče zůstává co do velikosti nezměněna.

UPS s dvojitou konverzí má dvě bypassová vedení: statický bypass a údržbový bypass. V případě výpadku zdroje nepřerušitelného napájení statický bypass automaticky přepne zátěž na napájení ze sítě, čímž se zvýší spolehlivost napájecího systému. Technický bypass umožňuje online údržbu UPS bez odpojení zátěže od síťového napájení.

Online zdroje nepřerušitelného napájení jsou dosud nejpokročilejším řešením, které vám umožní plně chránit zátěž před všemi stávajícími poruchami elektrické sítě.

Doporučují se pro napájení zvláště kritických zařízení: plynových topných kotlů, souborových serverů, pracovních stanic, místních sítí a dalších zařízení, která kladou zvýšené nároky na kvalitu síťového napětí.

Typickým představitelem takové online UPS je Shtil STR1101SL.

• maximální filtrování síťového napětí od rušení a přepětí; rušení generované zátěží se nepřenáší zpět do elektrické sítě;
• napájení zátěže „čistým“ sinusovým zdrojem, stabilizovaným co do velikosti, frekvence a tvaru napětí, jak při provozu ze sítě, tak při provozu z baterií;
• přepnutí na baterie probíhá okamžitě, bez jakýchkoli přechodných procesů;
• Nejpokročilejší modely mají schopnost „horké“ výměny baterií bez odpojení samotného zdroje nepřerušitelného napájení.

• relativní složitost a vyšší náklady;
• přítomnost dodatečných nákladů na energii pro dvojí konverzi napětí, což snižuje celkovou účinnost systému.

Záložní UPS

Strukturální schéma záložního UPS

Princip činnosti záložních UPS spočívá v napájení zátěže síťovým napětím, když je k dispozici, a rychlém přepnutí na rezervu (baterie a invertor) při její ztrátě. Baterie se automaticky dobíjejí, když je zdroj nepřerušitelného napájení připojen k síti. Tento typ UPS je účinný v 55 % případů problémů s napájením.

Většina počítačů dnes používá takzvané spínané zdroje, které vydrží krátké výpadky napájení tím, že ukládají relativně malé množství energie do vestavěných kondenzátorů. To znamená, že použití záložních UPS je povoleno, protože krátká doba zpoždění (řádově několik milisekund) při přepnutí napájení z hlavní rozvodné sítě na baterii zdroje nepřerušitelného napájení není kritickým faktorem.

Pohotovostní UPS, používané hlavně v nízkopříkonové řadě, jsou nejjednodušší a nejúspornější. Zajišťují pouze částečnou filtraci elektrické sítě, což znamená, že pro připojenou zátěž neexistuje skutečně „čisté“ napájení. Pokud vstupní napětí klesne pod určitou úroveň, spínač zabudovaný v UPS připojí baterii k invertoru, který převede stejnosměrné napětí baterie na střídavé napětí, které je přiváděno do zátěže.

Doba odezvy spínače je 2-20 milisekund, během kterých není do zátěže dodáváno žádné napájení. To může mít nepříznivý vliv na citlivou zátěž, ale většina počítačů taková přerušení zvládne.

Záložní UPS jsou proto nejlepším řešením pro podporu nízkoenergetických zařízení, která nejsou kritická pro napájecí napětí, jako jsou pokladny, PC a periferie a další „dubová“ elektrická zařízení.

• kompaktnost, hospodárnost, lehkost, relativní levnost.

• výstupní napětí není stabilizováno;
• neúplné filtrování síťového napětí od rušení a přepětí; rušení generované zátěží je předáváno zpět do elektrické sítě;
• náhlá změna výstupního napětí, jeho frekvence a tvaru, při přechodu na bateriové napájení (doba spínání ~4 ms);
• obdélníkové výstupní napětí místo sinusového.

Interaktivní UPS

Strukturální schéma interaktivní UPS

Princip činnosti interaktivních UPS je zcela identický jako u záložních UPS, až na to, že provádí postupnou stabilizaci napětí přepínáním vinutí autotransformátoru. Tyto UPS jsou účinné v 85 % problémů s napájením.

Interaktivní UPS zajišťují stabilizaci síťového napětí a jeho filtraci, tzn. potlačení jeho výbuchů a do určité míry deformace jeho tvaru. Jednou z důležitých vlastností tohoto typu UPS je přítomnost autotransformátoru na vstupu, který stabilizuje vstupní napětí v rozmezí ±25 % jeho odchylek, zatímco na výstupu zůstává relativně konstantní. Když jsou parametry elektrické sítě stabilní, baterie se automaticky nabíjí. Když vstupní napětí selže nebo překročí povolené limity, statický spínač připojí napájecí obvod zátěže ke střídači.

Díky tomu je interaktivní UPS lepším řešením než standby typy a také ekonomičtější než online typ, pokud není tak důležité kvalitní filtrování napájecího napětí.

Jsou vhodnější pro podporu síťových a vzdálených zařízení než pohotovostní UPS a mohou sloužit jako prostředek k ochraně kritických pracovních stanic, serverů a síťových zařízení, jako jsou směrovače a přepínače.

• kompaktnost, hospodárnost;
• kroková stabilizace;
• sinusové výstupní napětí;
• nízké náklady.

• nedostatečná přesnost stabilizace;
• neúplné filtrování síťového napětí od rušení a přepětí; rušení generované zátěží je předáváno zpět do elektrické sítě;
• náhlá změna výstupního napětí, jeho frekvence a tvaru při přechodu na bateriové napájení (doba přepnutí ~4 ms).

Online UPS Shtil

od 1 do 20 kVA,
1-fázový a 3-fázový,
stěna, podlaha
a postav se