Как работят и как работят непрекъсваемите захранвания (UPS). Предназначение и видове непрекъсваеми захранвания. Електрически вибрации и техните характеристики

Битовото електрозахранване се характеризира с ниска надеждност и незадоволително. Това се дължи на остарели електропреносни мрежи, износване на оборудването, лоша работа на енергийните преобразуватели, преходни процеси при източници и потребители на електроенергия, природни и климатични фактори. При такива условия спешно са необходими системи за непрекъсваемо захранване, за да се осигури работата на потребителите както от първата, така и от другите категории.

За собствениците на апартаменти и къщи стабилната работа на електрическата мрежа също е важна. Спирането на домакински уреди не е най-големият проблем. Много по-важно е безпроблемното функциониране на животоподдържащите системи, по-специално на отоплителната система, ако тя пряко зависи от захранването. На помощ идва непрекъсваемо захранване UPS (UPS) - устройство, което предпазва електрическите приемници от изключване поради натрупване на електроенергия в акумулаторни батерии (AKB) и гарантира необходимото качество на енергията (EC) в автономни и мрежови режими на работа .

Преди да очертаете подход за захранване на товари без повреди, трябва да разберете какви повреди могат да се очакват от домашните електропреносни мрежи.

Неизправности в електрозахранването в електрическите мрежи

Поднапрежението е често явление в захранването. Но не преобладава особено над увеличената, която също е често срещана. През нощта напрежението е стабилно, през деня намалява, а вечер, когато повечето товари са изключени, се увеличава.

Нестабилната честота също е проблем, макар и доста рядка. При голямо натоварване на мрежата тя може да падне до 45 Hz, което води до значителни изкривявания на сигнала, които влияят негативно на работата на UPS. Някои устройства тълкуват спада на честотата като инцидент и батерията може да се изтощи бързо.

Пълното затъмнение не е толкова рядък случай. Електротехниците не са много загрижени за това как работи електрониката и могат внезапно да обеззахранват сграда. Моментално прекъсване на захранването е достатъчно за загуба на информация на компютъра. Когато мрежите са претоварени, могат да възникнат прекъсвания на захранването. Ето защо е важно как UPS системата надеждно осигурява непрекъснато захранване.

UPS класификация

Те са групирани в три групи:

1. UPS с ниска мощност за свързване през електрически контакти. Изпълнението може да бъде настолно или подово, а мощността варира от 0,25 до 3 kW.
2. Устройствата със средна мощност - от 3 до 30 kW - съдържат вграден блок от изводи или се включват и чрез групи изводи в захранващата мрежа на консуматорите от контролния панел. Устройствата се произвеждат за поставяне както в офиси, така и в отделни оборудвани помещения.
3. UPS с висока мощност - от 10 до 800 kW. Разположени са в електромашините. Те се сглобяват в групи и създават енергийни системи с висока мощност - до няколко хиляди kW.

Типове UPS

В днешно време има 4 вида UPS (UPS). Общите за всички свойства са:

• филтриране от импулси и шум;
• елиминиране на изкривяването на формата на вълната;
• стабилизиране на напрежението (не за всички модели);
• поддържане на батерията заредена;
• когато батерията на UPS е разредена, тя първо дава сигнал и след това изключва консуматора.

Офлайн UPS

Принципът на работа на устройствата от тази модификация се състои в захранване на потребителя от съществуващата мрежа и незабавно превключване към автономно резервно захранване при аварийни ситуации (4-12 ms). Те са по-прости и по-евтини от другите видове.

UPS обикновено преминава към работа от вградената батерия.

При работа от електрическата мрежа устройството потиска шума с импулси и поддържа напрежението на дадено ниво. Част от енергията се изразходва за презареждане на батерията. Ако мрежата работи в нестандартен режим, потребителят преминава към работа на батерия. Всеки модел UPS определя необходимостта от преминаване към този режим по свой собствен начин. Животът на батерията зависи от характеристиките на батерията и консумацията на енергия на товара. При разреждане на резервното захранване се изпраща команда за изключване на консуматора. Ако мрежовото напрежение достигне нормалното ниво, UPS преминава към нормална работа в мрежата и батерията започва да се зарежда.

Линеен интерактивен

Линейните интерактивни модели са оборудвани със стабилизатори, които работят постоянно и осигуряват рядкото свързване на батериите.

Устройството взаимодейства с мрежата, контролирайки амплитудата и формата на мрежовото напрежение.

Когато напрежението намалява или се увеличава, уредът коригира стойността си чрез превключване на крановете на автотрансформатора. По този начин се запазва номиналната му стойност. Ако параметърът е извън обхвата и диапазонът на превключване вече не е достатъчен, UPS се прехвърля към резервна батерия. Устройството може да бъде изключено от основното захранване, когато пристигне изкривен сигнал. Има модели, които коригират формата на вълната на напрежението, без да превключват на работа с батерия.

Ферорезонансен UPS

Устройството съдържа ферорезонансен трансформатор, който действа като стабилизатор на напрежението. Предимството му е натрупването на енергия в магнитното поле, която се освобождава при превключване в рамките на 8-16 ms. Този период от време е достатъчен, за да влезе UPS в новия режим на работа.

Трансформаторът изпълнява допълнителна функция на филтър за шум. Изкривяването на входното напрежение не влияе на изходната форма на вълната, която остава синусоидална.

UPS с двойно преобразуване

Устройството за двойно преобразуване на енергия работи на принципа на изправяне на мрежовото напрежение и след това отново го преобразува в променливо стабилизирано. Тук се използва по-мощен токоизправител, който не само презарежда батерията, но и захранва инвертора със стабилизирано постоянно напрежение.

От изхода на устройството към товара се подава променливо стабилизирано напрежение.

Когато двойното преобразуване не е достатъчно за коригиране на мрежовото напрежение, допълнителен заряд се доставя от батерията към инвертора. Не се извършва превключване, но режимът е различен.

Ако инверторът се повреди, той преминава към работа от мрежата чрез байпас. Изборът на UPS с двойно преобразуване за лична употреба не е рационален поради големите загуби на енергия. Този тип защита се използва от организации, където се изисква висока надеждност на оборудването.

Видове системи

Системите за непрекъсваемо захранване могат да бъдат централизирани или разпределени. В първия случай един UPS работи за цялата сграда или отделен етаж, който може да поеме всички натоварвания.

Непрекъсваемите захранвания включват множество защитни устройства, всяко от които работи на един компютър или друго оборудване. Те са доста ефективни.

Предимствата на разпределената система са както следва:

1. UPS е избран специално за най-критичната или тежка среда на отделното устройство.
2. Системата може постепенно да се разширява, като се започне със защита на сървъра и се премине към работни станции.
3. Неуспешните UPS могат да бъдат заменени с други, с по-малко важни елементи от системата.
4. UPS с ниска мощност не изисква инсталиране и поддръжка от специализиран персонал.
5. Възможност за свързване към редовно захранване през гнездата.
6. UPS се използват независимо един от друг.

Централизираните системи за непрекъсваемо захранване включват UPS от висок клас, които защитават по-добре оборудването. Въпреки високата им цена, общите спестявания се постигат, тъй като едно устройство е по-евтино от няколко. Но за обикновените компютри системата ще струва повече, тъй като нейната поддръжка изисква висококвалифициран персонал или услугите на специализирани фирми, които инсталират системи за непрекъсваемо захранване и тяхната поддръжка.

Необходимо е в следните случаи:

• компютрите са основното натоварване на мрежата;
• някои организации се нуждаят от много надеждни системи, като банките;
• консуматорите се различават значително по мощност: компютърна система, комуникации, система за сигурност.

Какво да търсите при избора на UPS?

Има няколко важни фактора, които трябва да имате предвид при избора на система за непрекъсваемо захранване. Нека изброим основните.

От какво е защитено оборудването?

На първо място е необходимо да се измери напрежението в електрическата мрежа. Минималната продължителност на цикъла ще бъде един ден. Той най-точно отразява работата на електрическата мрежа. Ако трябва да работите през почивните дни, трябва да получите информация за седмичния цикъл, през деня и нощта.

Важно е да се определи максималното и минималното напрежение, както и мощността и честотата на импулса в мрежата. Устройството може да бъде или рекордер.

Най-простият начин за потребителя е да измери напрежението, по време на което според него напрежението достига своя максимум и минимум. Уикендите не трябва да се пренебрегват.

Ако наемодателят разполага с мощно оборудване, е необходимо да се измери напрежението в домашната мрежа при включване и изключване. Необходимо е да разберете колко често напрежението в електрическата мрежа у дома се прекъсва и по какви причини. Важно е да има заземяващ проводник в апартамента. В този случай трябва да разберете колко сигурно е свързан към шината на подовия панел.

Вид защитено оборудване

Съставя се списък на оборудването, за което се изисква UPS. В този случай е необходимо да се знае консумираното от всеки.Достатъчно е да се определи неговата номинална стойност, която е в техническите характеристики. Някои съоръжения понякога консумират максимална мощност няколко пъти по-висока от номиналната. За него трябва да зададете резерв на мощност.

Живот на батерията

Тук е важно да се определи за какъв период е възможно безопасно запазване на данни или извършване на необходимите технологични операции (прехвърляне на информация, запазване на файлове, получаване на съобщение).

Необходим персонал

В зависимост от сложността на системата се изисква определен персонал от специалисти за нейната експлоатация. Това трябва да бъде изяснено, за да се изчислят правилно всички разходи. Цената на защитната система не трябва да надвишава 10% от цената на основното оборудване.

UPS за дома

За една средна вила е удобна система за непрекъсваемо захранване UPS (UPS) с капацитет от около 15 kW. За осигуряване на автономна работа за 2-3 часа са необходими 4 батерии с общ капацитет 2000 Ah. Те ви позволяват да съхранявате около 7 kWh електроенергия.

Най-важните в къщата са отоплителната система и домакинските уреди с компютър. Цената на UPS зависи от капацитета, броя на батериите и производителя. За котела можете да закупите източник с мощност 360 W на цена от 7 хил. За цялата къща ще ви е необходим UPS мощност до 15 kW, чиято цена е повече от 70 хиляди рубли.

Освен преобразуватели са необходими и батерии, които периодично трябва да се сменят. UPS за дома се предлага на еднократна сума. Системите за непрекъсваемо захранване с батерии са особено скъпи.

Въпреки това можете да спестите от ремонта на останалата част от оборудването. Освен това има алтернативи с генератори. Понякога можете да се справите с инсталирането на стабилизатори на напрежението, които се справят с много задачи, включително правилното изключване на оборудването.

Съвременните UPS са оборудвани с интуитивен интерфейс. Дисплеят може да се използва за наблюдение на работата на системата, където основните параметри са напрежението на входа и изхода, консумацията на енергия, схемата на работа, заряда на батерията.

Кой UPS да изберете зависи от нуждите на потребителя. Вашият домашен компютър може да има достатъчно мощност, докато е изключен. За непрекъсната работа на котела в продължение на 8-9 часа е необходимо защитно устройство 1 kW с три батерии по 65 A / h всяка.

Заключение

Системите са предназначени да осигурят автономна работа на електрически уреди и електронно оборудване за кратко време. Основният индикатор е мощността на UPS и капацитета на батерията. Препоръчително е да изберете оборудване, съдържащо стабилизатор на напрежението.

Животът на батерията зависи от характеристиките на батерията и консумацията на енергия на товара. При разреждане на резервното захранване се изпраща команда за изключване на консуматора. Ако напрежението на мрежата достигне нормалното ниво, UPS преминава в нормален режим на помощ и започва да зарежда батерията.

Ефективността - коефициентът на ефективност - е една от най-важните характеристики на всяко оборудване и непрекъсваемите захранвания не са изключение. И ефективността на UPS не се отразява само на енергийната система.

94 до 96

Наскоро стандартната оценка на ефективност за UPS от много производители беше 94%. Днес, благодарение на новите технологии (по-специално, IGBT транзистори), на пазара се появиха UPS с ефективност от 96%.

Еко режими

Друга стъпка, предприета от повечето производители, е разработването на UPS алгоритъм, използващ еко режим. Следователно, еко режимът се разбира като икономически изгоден режим, при който основните функционални части на UPS (изправител, инвертор) по същество са изключени, а товарът се захранва през линията на контролиран, а понякога и коригиран байпас.

В резултат на това ефективността се увеличава до 99%. Трябва обаче да се разбере, че ефективността в този случай е стъпаловидна. Факт е, че еко режимът се активира само ако външното захранване отговаря на всички изисквания. Ако някои параметри надхвърлят препоръчителните, тогава, в зависимост от производителя, незабавно се активира режимът на двойно преобразуване, или механизмите за коригиране на параметрите на електрическата мрежа са включени в работата. Ако тяхното влияние е недостатъчно, UPS също преминава в режим на двойно преобразуване.

По този начин, в общия случай, има три етапа на ефективност на UPS: максималната стойност е 99%, 97-98% в режим на корекция и все пак 96% в режим на двойно преобразуване.

Влияние върху климатика

Между другото, съвременните климатични системи с плавно регулиране на хладилния капацитет имат повишена ефективност при ниски натоварвания, следователно увеличаването на ефективността на UPS също повишава ефективността на климатиците.

Реално изчисление

На практика това означава следното. Нека сравним моделите UPS с ефективност 94% и 96%, работещи при същите условия със същото натоварване.

В случай на ефективност от 94%, мощността на входа към UPS ще бъде 1000 / 0,85 / 0,94 = 1251,5 kW. В случай на ефективност от 96%: 1000 / 0,85 / 0,96 = 1225,5 kW.

Увеличаването на ефективността от 2% в абсолютно изражение намалява захранването на UPS с 2,21% (= 1 / 0,94 - 1 / 0,96).

Натоварването на климатичната система се намалява от 6% от капацитета на UPS на 4% от капацитета на UPS, т.е. с една трета. Ако приемем, че климатичната система консумира 1 kW електричество, за да отстрани 3 kW топлина, тогава консумираната от климатиците мощност ще намалее от 2% от мощността на UPS на 1,33% от мощността на UPS, т.е. с 0,67%.

Общото намаление на захранването на UPS ще бъде 2,21 + 0,67 = 2,88%.

Непрекъсваемото захранване е важен елемент при изграждането на сложни системи, които се нуждаят от непрекъсната работа и гарантират безопасността на оборудването от възможни проблеми в електрическата мрежа. Сега пазарът предлага голямо разнообразие от продукти от различни категории цена, качество и география на производство. Трудно е да се реши, особено ако нямате необходимия опит зад гърба си. Финансите предполагат, че си струва да се подходи към въпроса за избор с оглед на собствения си бюджет. Ето защо, преди да инвестирате в закупуване на непрекъсваемо захранване, трябва да отговорите на няколко важни въпроса:

• Колко критично смятате да защитите оборудването?
• Какъв е оптималният живот на батерията на оборудването в случай на прекъсване на захранването?

За да отговорим на горните въпроси, е необходимо да се задълбочим в класовете на непрекъсваемите захранвания на пазара днес. И също така да се определят основните критерии, които трябва да се вземат предвид, за да се направи балансиран избор.

UPS класове

Цялото разнообразие от съвременни непрекъсваеми захранвания на пазара днес може да бъде разделено на няколко класа, които се различават един от друг по схеми, както и по поведение както при нормална работа, така и при работа на батерия.

Разпределете:

• резервно копие или (резервно копие),
• Линеен интерактивен UPS (),
• UPS с двойно преобразуване (, двойно преобразуване).

Разглеждат се най-простите и непретенциозни. При нормална работа на мрежата електричеството влиза на входа на UPS и, преминавайки през него, се подава към основния товар. В случай на загуби и спад на напрежението в мрежата, "непрекъсваемото захранване" автоматично преминава към батерията. Основните недостатъци на тази схема са, че отнема от 4 до 10 милисекунди за прехвърляне на мощност от UPS към батериите. Когато работи в режим на батерия, изходът на UPS не е обичайният синус за мрежата, а приблизителен синус.

Непрекъсваемото захранване с вградени батерии ще бъде правилното решение, когато при проблеми с напрежението в мрежата е важно само правилното изключване на оборудването, което отнема от 5 до 10 минути.

Ако е необходимо по-дълго време на работа на оборудването, трябва да се изчисли необходимият ток на разреждане на батерията. Това може да стане по следния начин:

От казаното по-горе става ясно, че при избора на непрекъсваемо захранване е необходимо да се вземат предвид много технически и чисто физически нюанси, които се определят както от конкретното местоположение на UPS и свързаното към него оборудване, така и от редица други фактори.

За да улесни изчисленията при избора на UPS, NAG разполага с удобен инструмент - с който можете да определите всички необходими параметри.

Изискванията за качеството на електроенергията са законово предписани от държавните стандарти и доста строги разпоредби. Електроснабдителните организации полагат много усилия, за да ги спазват, но те не винаги се изпълняват.

В нашите апартаменти и в производството периодично има:

пълно прекъсване на електрозахранването за неопределено време;

апериодични краткотрайни (10 ÷ 100 ms) импулси на напрежение с високо напрежение (до 6 kV);

пикове и спадове на напрежението с различна продължителност;

високочестотни шумови подложки;

честотни дрейфове.

Всички тези неизправности влияят неблагоприятно върху работата на битови и офис потребители на електроенергия. Особено засегнати от качеството на захранването са микропроцесорните и компютърните устройства, които не само се отказват, но и могат напълно да загубят производителността си.

Предназначение и видове непрекъсваеми захранвания

За да се намалят рисковете от възникване на неизправности в захранващата мрежа, се използват резервни устройства, които обикновено се наричат ​​непрекъсваеми захранвания (UPS) или UPS (произлизащи от съкращението на английската фраза „Uniinterruptible Power Supply“).

Произвеждат се с различни дизайни, за да отговорят на специфичните нужди на клиентите. Например, мощни UPS с хелиеви батерии са в състояние да поддържат цяла вила за няколко часа.

Техните батерии получават заряд от електропровод, вятърен генератор или други носители на електричество чрез инверторен токоизправител. Те също така захранват електрическите консуматори на вилата.

Когато външният източник е изключен, батериите се разреждат до товара, свързан към тяхната мрежа. Колкото по-голям е капацитетът на батерията и колкото по-нисък е токът на разреждане, толкова по-дълго работят.

Непрекъсваемите захранващи устройства със средна мощност могат да поддържат системи за контрол на вътрешната климатизация и подобно оборудване.

В същото време най-простите модели UPS са в състояние само да завършат програмата за аварийно изключване на компютъра. В този случай продължителността на целия процес на тяхната работа няма да надвишава 9-15 минути.

Компютърните непрекъсваеми захранвания са:

вградени в тялото на устройството;

външен.

Първите дизайни са често срещани при лаптопи, нетбуци, таблети и подобни мобилни устройства, захранвани от вградена батерия, която е оборудвана с верига за превключване на захранването и натоварването.

батерия за лаптопс вграден контролер е непрекъсваемо захранване. Неговата верига автоматично защитава работещото оборудване от прекъсване на захранването.

UPS външни структури, предназначени за нормалното завършване на програми на стационарен компютър, се произвеждат в отделен блок.

Включват се в електрически контакт чрез променливотоковия адаптер. От тях се захранват само онези устройства, които отговарят за работата на програмите:

системен блок със свързана клавиатура;

монитор, показващ текущи процеси.

Останалите периферни устройства: скенери, принтери, високоговорители и друго оборудване не се захранват от UPS. В противен случай, в случай на аварийно прекратяване на програмите, те ще поемат част от енергията, натрупана в батериите.

Опции за изграждане на работни диаграми на UPS

Компютърните и индустриалните UPS се произвеждат в три основни варианта:

резервиране на захранване;

интерактивна схема;

двойно преобразуване на електричеството.

При първия метод резервна схема, обозначаван с английските термини "Standby" или "Off-Line", напрежението се подава от мрежата към компютъра чрез UPS, в който електромагнитните смущения се елиминират чрез вградени филтри. Тук също е инсталиран, чийто капацитет се поддържа от тока на зареждане, регулиран от контролера.

Когато външното захранване изчезне или излезе извън установените стандарти, контролерът насочва енергията на батерията за захранване на консуматорите. Прост инвертор е свързан за преобразуване на DC в AC.

Предимства в режим на готовност за UPS

Непрекъсваемите захранвания на Off-Line веригата имат висока ефективност, когато към тях се подаде напрежение, те работят тихо, генерират малко топлина и са сравнително евтини.

недостатъци

UPS Standby се откроява:

дълъг преход към батерия 4 ÷ 13 ms;

изкривена форма на изходния сигнал, произведен от инвертора под формата на квадратна вълна, а не хармонична синусоида;

липса на регулиране на напрежението и честотата.

Такива устройства са най-често срещани на персонални компютри.

UPS интерактивна схема

Те са обозначени с английския термин "Line-Interactive". Те се изпълняват съгласно предишната, но по-сложна схема чрез включване на стабилизатор на напрежението с помощта на стъпково управляван автотрансформатор.

Това осигурява корекция за стойността на изходното напрежение, но те не са в състояние да контролират честотата на сигнала.

Филтрирането на шума в нормален режим и преминаването към инверторно захранване в случай на извънредни ситуации се извършва съгласно алгоритмите на UPS Standby.

Добавянето на стабилизатор на напрежението на различни модели с методи за управление направи възможно създаването на инвертори с форма на вълната не само на квадратна вълна, но и на синусоида. Въпреки това, малък брой стъпала на управление, базирани на превключване на реле, не позволяват да се реализират пълни стабилизационни функции.

Това е особено характерно за евтините модели, които при преминаване към батерията не само надценяват честотата над номиналната, но и изкривяват формата на синусоидата. Смущенията се внасят от вграден трансформатор, в чието ядро ​​протичат хистерезисни процеси.

В скъпите модели инверторите работят на полупроводникови превключватели. UPS Line-Interactive имат по-бърз преход към захранване от батерия от Off-Line UPS. Осигурява се от работата на алгоритмите за синхронизация между входното напрежение и изходните сигнали. Но в същото време има известно подценяване на ефективността.

Line-Interactive UPS не може да се използва за захранване на асинхронни двигатели, които са масово инсталирани във всички домакински уреди, включително отоплителни системи. Използват се за работа с устройства, където мощността се филтрира и поправя едновременно: компютри и потребителска електроника.

UPS с двойно преобразуване

Тази UPS схема е кръстена на английската фраза "On-line" и работи на оборудване, което изисква висококачествено захранване. Той извършва двойно преобразуване на електричество, когато синусоидалните хармоници на променливия ток постоянно се преобразуват от токоизправителя в постоянна стойност, която се пропуска през инвертора, за да се създаде повтаряща се синусоида на изхода.

Тук батерията е постоянно свързана към веригата, което елиминира необходимостта от нейната комутация. Този метод практически елиминира периода на подготовка на непрекъсваемото захранване за превключване.

Работата на UPS On-line според състоянието на батерията може да бъде разделена на три етапа:

етап на зареждане;

състояние на изчакване;

разреждане на компютъра.

Период на зареждане

Синусоидалните входни и изходни вериги се прекъсват от вътрешен UPS превключвател.

Батерията, свързана към токоизправителя, получава енергия за зареждане, докато капацитетът й се възстанови до оптимални стойности.

Период на наличност

След края на зареждането на батерията автоматизацията на непрекъсваемото захранване затваря вътрешния превключвател.

Батерията поддържа състояние на готовност за работа в буферен режим.

Период на освобождаване от отговорност

Батерията автоматично се прехвърля към захранването на компютърната станция.

Непрекъсваемите захранвания, използващи метода на двойно преобразуване, имат по-ниска ефективност при захранване от линията в сравнение с други модели поради консумацията на енергия за генериране на топлина и шум. Но в сложните структури се използват техники за повишаване на ефективността.

UPS On-line е в състояние да коригира не само стойността на напрежението, но и неговата честота на трептене. Това ги отличава благоприятно от предишните модели и им позволява да се използват за захранване на различни сложни устройства с асинхронни двигатели. Въпреки това, цената на такива устройства е много по-висока от предишните модели.

UPS състав

В зависимост от вида на работната схема, комплектът за непрекъсваемо захранване включва:

Батерии за съхранение на електричество;

Осигуряване на поддръжка на работата на батерията;

инвертор за образуване на синусоида,

схема за управление на процеса;

софтуер.

За отдалечен достъп до устройството може да се използва локална мрежа, като надеждността на веригата може да се увеличи поради нейното резервиране.

При отделни непрекъсваеми захранвания се използва режимът "Байпас", когато товарът се захранва от филтрираното мрежово напрежение без работа на основната верига на устройството.

Част от UPS има стъпаловиден регулатор на напрежение “Booster”, управляван от автоматиката.

В зависимост от необходимостта от извършване на сложни технически решения, непрекъсваемите захранвания могат да бъдат оборудвани с допълнителни специални функции.