La parola "inverter" in relazione all'ingegneria elettrica significa dispositivo che converte la tensione continua in corrente alternata. In questo caso, l'ampiezza della tensione può variare verso l'alto o verso il basso.
Gli inverter possono essere dispositivi separati (una saldatrice o un convertitore della tensione di bordo dell'auto in 220 V CA), oppure un'unità separata o parte di un circuito (l'alimentazione di un computer, TV). Parleremo ora dei dispositivi utilizzati per l'alimentazione in situazioni di emergenza legate alla perdita della tensione di rete.
Dove va la tensione e quando tornerà?
Non esistono reti con affidabilità al 100%.. All'improvviso le luci dell'appartamento o della casa si spengono. Ciò è dovuto a danni ai cavi o alle linee aeree, alle apparecchiature elettriche delle sottostazioni. Gli incidenti all'interno della città, se non legati a disastri naturali, vengono eliminati in tempi relativamente brevi. A questo scopo lavorano i servizi di spedizione e le squadre operative. Ed è possibile escludere l'area danneggiata e sostituirla con un'altra a causa della loro reciproca ridondanza.
Nelle zone rurali e nelle fattorie delle dacie, tutto è diverso. C'è solo una linea elettrica, la squadra ha molta strada da fare. Dopo gli uragani o i temporali, il numero di alberi abbattuti sulle linee elettriche aumenta le probabilità di rimanere a lungo al buio. E se il trasformatore di alimentazione è danneggiato, dovrai aspettare più di un giorno.
Il tempo passa, il cibo nel frigorifero si deteriora. Non far bollire il bollitore: è elettrico. Non c'è niente con cui cucinare la cena. La batteria del cellulare è scarica: è impossibile chiamare il Ministero delle situazioni di emergenza. Non puoi trovare le medicine per la nonna al buio. I dispositivi di riscaldamento si raffreddano e con essi la casa stessa.
Per evitare che ciò accada, hai bisogno di una fonte di alimentazione personale e indipendente dalla rete. A questo scopo viene utilizzato un inverter.
Principio di funzionamento di un gruppo di continuità
L'inverter più semplice - Gruppo di continuità (UPS) per computer. All'interno c'è una batteria che immagazzina energia. Funziona in modalità di ricarica costante. A questo scopo l'UPS include un caricabatterie che monitora il livello di tensione della batteria. A seconda di ciò, regola la corrente di carica o spegne la batteria.
Non appena scompare la tensione di alimentazione, il dispositivo di controllo scollega il carico dalla rete. Allo stesso tempo, è collegato alla batteria tramite un inverter, che fa parte dell'UPS.
Esistono batterie da 220 V, ma occupano uno spazio grande quanto una stanza. Pertanto, tutte le batterie degli UPS sono prodotte per la bassa tensione. L'inverter, convertendolo in sinusoidale, aumenta contemporaneamente questo valore alla tensione di rete nominale.
Questa fonte di energia è buona perché Sempre pronto all'uso e cambia istantaneamente. Ma ecco i suoi principali svantaggi che non consentono di utilizzare un UPS per l'alimentazione ininterrotta di una casa o parte di essa:
Inverter per la fornitura di energia elettrica ininterrotta a casa
L'inverter è uno sviluppo logico del gruppo di continuità di un computer, privo dei suoi svantaggi intrinseci.
L'aumento della capacità della batteria è direttamente correlato alle sue dimensioni complessive. Posizionarlo nell'alloggiamento dell'inverter diventa poco pratico. Pertanto, si distingue come un dispositivo indipendente che risolve tre compiti principali:
- controllo carica batteria e tensione di rete;
- cambiare le fonti di approvvigionamento;
- conversione della tensione della batteria a 220 V CA.
La caratteristica principale dell'inverter è la sua energia. Ma quando lo si sceglie, viene presa in considerazione una sfumatura. Abbiamo già detto che l'UPS non può funzionare con sovraccarico. Lo stesso vale per l'inverter. Se come parte del carico sono previsti un frigorifero e motori elettrici delle pompe della caldaia per il riscaldamento, allora vengono prese in considerazione le loro correnti di spunto. Al momento dell'avviamento i motori elettrici consumano corrente 3-5 volte superiore alla corrente nominale. Se la corrente di carico totale all'accensione del frigorifero supera la corrente nominale dell'inverter, la protezione lo spegnerà.
Un'altra caratteristica dell'inverter su cui vale la pena concentrarsi è la qualità della conversione da CC a CA. La tensione di rete varia nel tempo secondo una legge sinusoidale. Nessun dispositivo a semiconduttore domestico genererà una tensione sinusoidale in modo da replicare esattamente la tensione di rete. La tensione di uscita non cambia in modo fluido, ma discretamente, gradualmente. Quanto più spesso si verifica questo cambiamento (tanto più alto frequenza di campionamento), tanto più accuratamente il segnale generato ripete quello sinusoidale.
Ma aumentare la frequenza di campionamento porta ad un aumento del costo del dispositivo. E la forma della tensione a gradini è inaccettabile per il funzionamento dei motori elettrici e di alcuni dispositivi a semiconduttore. Tali inverter producono il cosiddetto onda sinusoidale modificata, vengono utilizzati solo per alimentare carichi attivi: elementi riscaldanti, lampade ad incandescenza. Per i dispositivi critici per la forma della tensione di alimentazione sarà necessario acquistare un inverter più costoso.
Selezione delle batterie per l'inverter
Le batterie per l'inverter sono acquistabili separatamente. Ma qui c'è una particolarità: le batterie possono essere acide o alcaline. Hanno principi di ricarica diversi, quindi Ogni inverter è adatto solo per funzionare con un determinato tipo di batteria. In caso contrario, non determinerà correttamente il livello di carica delle batterie e non le caricherà.
L'uso delle batterie per auto come parte degli inverter non è giustificato. Sebbene siano in grado di fornire un potente impulso di corrente per un breve periodo (in un'auto questo è necessario affinché il motorino di avviamento funzioni), non possono tollerare scariche profonde. E le scariche sono inevitabili quando l'inverter funziona per lungo tempo. Pertanto, la risorsa di tali batterie nei sistemi di alimentazione è limitata.
Ideale per l'utilizzo con inverter gel O fibra di vetro batterie. Sono prodotti utilizzando una tecnologia speciale e sono in grado di resistere più volte a scariche profonde senza perdite. E ancora: il caricabatterie dell'inverter deve supportare la modalità di ricarica di tali batterie.
Quando si sceglie la capacità della batteria, procedere da durata della batteria desiderata dispositivi (T). È facile calcolare, conoscendo la capacità (C), la potenza del carico previsto (P) e la tensione della batteria (U):
| Esempio di calcolo della durata della batteria | |||
| Voltaggio della batteria, V | Capacità della batteria, A∙h | Tempo di funzionamento, h | |
| 12 | 55 | 150 | 4 |
| 12 | 190 | 150 | 15 |
I numeri nell’ultima colonna non sono impressionanti. E il costo degli inverter e delle batterie per loro non è così piccolo.
Quindi ha senso avere un inverter?
Vantaggi e svantaggi degli inverter
Un'alternativa agli inverter sono i generatori diesel o benzina. Pertanto, identificheremo i loro vantaggi confrontandoli con la generazione di elettricità utilizzando motori a combustione interna. Elenchiamo svantaggi dei generatori che possono essere eliminati utilizzando gli inverter:
- la necessità di costruire una stanza separata con ventilazione e riscaldamento in inverno;
- stoccaggio delle riserve di carburante (e per i motori diesel - sostituzione del carburante estivo con carburante invernale quando arriva il freddo);
- rumore durante il funzionamento, causando disagi non solo ai proprietari, ma anche ai vicini;
- la necessità di manutenzione periodica (controllo livello olio, sostituzione candele, filtri);
- avvio manuale, necessità di controllare i parametri durante il funzionamento.
L'inverter non necessita di locale separato, non crea rumore durante il funzionamento (non conta il funzionamento delle ventole di raffreddamento). Non è richiesto l'intervento dell'utente nel processo operativo. Quando la batteria è scarica (la tensione della batteria scende al livello minimo possibile), il dispositivo si spegnerà e si bloccherà in attesa del ripristino della tensione di rete. Quindi caricherà la batteria e attenderà finché non potrà essere nuovamente utile.
E il passaggio automatico dall'alimentazione di rete all'alimentazione a batteria è impressionante. Ma La durata della batteria dell'inverter è breve. Anche se riduci il carico al minimo possibile, prima o poi la batteria si esaurirà. La "fine del mondo" è ritardata ma inevitabile.
Pertanto, quando si decide se utilizzare un generatore o un inverter per l'alimentazione di emergenza di un'abitazione, viene considerato un complesso di fattori.
Convertitore o generatore?
Iniziare raccogliere dati statistici su quanto spesso e per quanto tempo scompare la tensione in una città o in un paese. Se questi eventi accadono molto raramente, non ha senso acquistare un generatore o costruire una stanza separata dove rimarrà inattivo, in attesa dietro le quinte.
Poi determinare la potenza totale degli apparecchi elettrici, la cui alimentazione è prevista dall'inverter in modalità di funzionamento di emergenza. Non ha senso includere in questa lista l’illuminazione esterna e quella del seminterrato, ma se in casa ci sono tre televisori, ne basta uno. Per risparmiare sacrificano gli elettrodomestici senza i quali possono sopravvivere un giorno o due. Il resto dovrà essere disconnesso manualmente dalla rete quando scompare la tensione di alimentazione, oppure dovranno essere previste apparecchiature automatiche a tale scopo.
Ma tengono conto del sistema di fornitura di calore (caldaia di riscaldamento), se presente. Inoltre, tenendo conto di tutte le correnti di avviamento dei suoi motori elettrici, è possibile che debba avviarsi quando la casa è alimentata da un inverter.
E non dimenticare la cosa principale: il frigorifero con la sua corrente di avviamento, se è un compressore. Aggiungi anche un forno a microonde o un fornello elettrico, un bollitore elettrico all'elenco.
Per potenza di carico totale scegli il modello di inverter, tenendo conto inoltre della qualità della tensione sinusoidale che produrrà.
Poi le batterie sono selezionate tenendo conto del tempo di funzionamento desiderato dell'inverter per il carico precedentemente calcolato. E qui abbiamo bisogno di un approccio ragionevole. Se le finanze non bastano, dovrai pensare in anticipo a cosa puoi sacrificare. L'attenzione si concentra su quei carichi che richiedono un funzionamento costante: frigorifero, caldaia, apparecchi di riscaldamento. I computer e la TV dovranno essere spenti prima o poi affinché la batteria dell'inverter duri più a lungo.
Non resta che sommare i prezzi per ottenere il totale. E fai lo stesso calcolo per gruppo elettrogeno. Puoi anche risparmiare denaro qui: se hai disconnessioni rare dalla rete, non è affatto necessario costruire una stanza per questo. Puoi riporlo in un capannone e, se necessario, portarlo fuori e collegarlo alla rete tramite un cavo flessibile e una connessione plug-in. Assicurarsi di aggiungere all'elenco le parti di ricambio necessarie per mantenere l'installazione per tutta la vita dell'inverter alternativo. Questo è l'unico modo per calcolare l'effetto economico e non i costi iniziali per l'acquisto dell'attrezzatura. L'inverter non richiederà ulteriori investimenti di capitale per tutta la sua vita utile, ma il motore a combustione interna richiede sempre manutenzione.
Ora confrontiamo gli importi risultanti e prendiamo una decisione. E ricorda: devi sempre pagare un extra per il comfort. Che tu sia pronto o meno per questo dipende da te.
Un gruppo di continuità è un dispositivo piuttosto complesso, che può essere approssimativamente suddiviso in due blocchi: un convertitore di rete da 12 V a 220 V e un caricabatterie che svolge la funzione opposta: da 220 V a 12 V per ricaricare la batteria. Nella maggior parte dei casi, la riparazione di un gruppo di continuità è molto problematica e costosa. Ma vale comunque la pena provare: ovviamente c'è sempre la possibilità di ricevere un omaggio sotto forma di un fusibile bruciato :)
Un mio amico in azienda ha buttato via un UPS modello APC 500 non funzionante. Ma prima di utilizzarlo per i pezzi di ricambio, ho deciso di provare a ripristinarlo. E come si è scoperto, non è stato invano. Innanzitutto misuriamo la tensione sulla batteria al gel ricaricabile. Perché il gruppo di continuità funzioni, deve essere compreso tra 10 e 14 V. La tensione è normale, quindi non ci sono problemi con la batteria.
Ora ispezioniamo la scheda stessa e misuriamo la potenza nei punti chiave del circuito. Non sono riuscito a trovare uno schema elettrico nativo per il gruppo di continuità APC500, ma ecco qualcosa di simile. Per maggiore chiarezza, scarica la versione completa qui. Controlliamo i potenti transistor di sinistra: la norma. L'alimentazione alla parte di controllo elettronico del gruppo di continuità proviene da un piccolo trasformatore di rete da 15 V. Misuriamo questa tensione prima del ponte a diodi, dopo e dopo lo stabilizzatore da 9 V.
Ed ecco la prima rondine. La tensione di 16 V dopo che il filtro entra nel chip stabilizzatore e l'uscita è solo di un paio di volt. Lo sostituiamo con un modello di voltaggio simile e ripristiniamo l'alimentazione al circuito della centralina.
Il gruppo di continuità cominciò a crepitare e ronzare, ma l'uscita da 220 V non era ancora visibile. Continuiamo a ispezionare attentamente il circuito stampato.
Un altro problema: uno dei binari sottili si è bruciato ed è stato necessario sostituirlo con un filo sottile. Ora il gruppo di continuità APC500 funziona senza problemi.
Testandolo in condizioni reali, sono giunto alla conclusione che il cicalino integrato che segnala l'assenza di rete urla come un matto, e non sarebbe male calmarlo un po'. Non puoi spegnerlo completamente, poiché non sarai in grado di sentire lo stato della batteria in modalità di emergenza (determinato dalla frequenza dei segnali), ma puoi e dovresti renderlo più silenzioso.
Ciò si ottiene collegando una resistenza da 500-800 Ohm in serie all'emettitore sonoro. E infine qualche consiglio ai possessori di sistemi di continuità. Se a volte spegne il carico, potrebbe esserci un problema con i condensatori "secchi". Collegare l'UPS all'ingresso di un computer sicuramente funzionante e verificare se gli allarmi si interrompono.
Il gruppo di continuità a volte determina erroneamente la capacità delle batterie al piombo che mostrano lo stato OK, ma non appena passa a esse, queste si scaricano improvvisamente e il carico viene “eliminato”. Assicurarsi che i terminali si adattino perfettamente e non siano allentati. Non scollegarlo dalla rete per lungo tempo, rendendo impossibile mantenere le batterie costantemente cariche. Evitare scariche profonde delle batterie, lasciando almeno il 10% della capacità, dopodiché è opportuno disattivare il gruppo di continuità fino al ripristino della tensione di alimentazione. Almeno una volta ogni tre mesi, effettuare una “sessione di allenamento”, scaricando la batteria al 10% e ricaricando nuovamente la batteria alla massima capacità.
Discuti l'articolo RIPARAZIONE DI UN UPS
L'articolo discute i tipi di UPS, i principi di funzionamento dell'UPS e fornisce anche veri e propri oscillogrammi delle tensioni di uscita.
Per cominciare, un po’ di terminologia generale. I gruppi di continuità (abbreviati in UPS) sono anche detti UPS, dall'abbreviazione inglese Uninterruptable Power Supply (gruppo di continuità). Pertanto, dicono sia UPS che UPS, a seconda di quale è più conveniente per te. Nell'articolo lo chiamerò in questo modo e in quel modo.
Perché hai bisogno di un UPS (UPS)
Il principio di funzionamento dell'UPS è rivelato nel nome: è una fonte la cui uscita c'è sempre tensione. Ma noi siamo realisti tecnici qui riuniti e comprendiamo che nulla è eterno, quindi di seguito comprenderemo il principio di funzionamento.
Gli UPS vengono utilizzati principalmente laddove un'interruzione di corrente può causare conseguenze negative. Ad esempio, alimentazione per computer e server, alimentazione per dispositivi di comunicazione e distribuzione del segnale (router), alimentazione per dispositivi il cui riavvio automatico (riavvio) è impossibile senza l'intervento umano.
Come il mio lettore ha modificato l'UPS per un sistema strategicamente importante (2 server, ecc.). Inoltre, ho migliorato il circuito e ho aggiunto la possibilità di utilizzare una normale batteria per auto.
Per quanto riguarda gli articoli per la casa si tratta principalmente di computer e sistemi di riscaldamento.
Dovrebbe essere chiaro che gli UPS vengono selezionati per un tempo di funzionamento del carico di 10-15 minuti, raramente fino a mezz'ora. Si presume che durante questo periodo apparirà la corrente o che la persona (operatore) intraprenderà le azioni necessarie (salvare i dati, chiamare il servizio energetico dell'impresa, completare il processo tecnologico).
L'UPS non deve essere considerato una fonte di alimentazione di backup. È solo una fonte di emergenza, e nella migliore delle ipotesi viene utilizzata molto raramente, per un totale di non più di 10 minuti all'anno (più volte, per un periodo non superiore a un minuto). Se questo tempo è più lungo, dovresti pensare a migliorare la qualità dell'alimentazione.
Una fonte di alimentazione di riserva può essere considerata quella fonte che può sostituire completamente l'alimentazione principale per un lungo periodo, da diverse ore a diversi giorni. Potrebbe trattarsi di un'altra linea (vedi articolo su), un generatore eolico. In teoria, un UPS può servire a questi scopi, ma ciò richiede batterie di enorme capacità, che influenzeranno in modo significativo il prezzo di un tale sistema.
Tipologie di gruppi di continuità
I tipi (tipi) di UPS hanno molti nomi, ma ce ne sono ancora esattamente tre. Scopriamolo.
Quindi, ci sono tre tipi principali di UPS:
Indietro UPS
Altri nomi equivalenti sono UPS offline, UPS standby, UPS standby. Gli UPS più comuni vengono utilizzati per la maggior parte dei tipi di apparecchiature domestiche e informatiche.
Back commuta semplicemente il carico sull'alimentazione a batteria quando la tensione di ingresso esce dal range. Il limite inferiore per i diversi modelli è di circa 180 V, il limite superiore è di circa 250 V. Le transizioni verso la batteria e viceversa avvengono con isteresi. Cioè, ad esempio, quando si diminuisce, il passaggio alla batteria avverrà a 180 V o meno e di nuovo a 185 o più. Lo stesso principio si applica a tutti i tipi di UPS.
Mi ricorda qualcosa di ciò disabilita caricare, ma Back UPS non si disconnette, ma interruttori sulla batteria, che gli consente di funzionare per qualche tempo.
Gruppo di continuità intelligente
Altri nomi: Line-Interactive, UPS di tipo interattivo. Il principio di funzionamento non è molto lontano da Back.
Gli UPS intelligenti funzionano in modo più intelligente, come suggerisce il nome. Inoltre commutano ulteriormente l'autotrasformatore interno, in un certo senso stabilizzando la tensione di ingresso. E solo come ultima risorsa passano alla batteria.
Pertanto, la norma della tensione di uscita viene mantenuta anche con deviazioni maggiori all'ingresso (150...300 V). L'autotrasformatore ha diverse fasi di commutazione, quindi lo Smart UPS commuta i terminali dell'autotrasformatore fino all'ultimo momento, accendendo la batteria solo all'ultimo momento. Ciò consente di risparmiare la batteria accendendola solo in caso di interruzione completa dell'alimentazione.
Questo dispositivo ricorda la commutazione graduale degli avvolgimenti di un autotrasformatore. L'unica differenza è che quando supera i limiti operativi, lo stabilizzatore sarà impotente e la nostra "ragazza intelligente" metterà in funzione la batteria e la potenza non andrà persa.
UPS in linea
Altri nomi: online, gruppo di continuità a doppia conversione, inverter. Un principio di funzionamento completamente diverso, per gli amanti del seno puro. L'energia in ingresso viene convertita in tensione continua e fornita all'inverter, che genera un'onda sinusoidale pura. E allo stesso tempo mantiene la batteria pronta al 100%. Se necessario, l'inverter continua a funzionare allo stesso modo, solo che riceve energia dalla batteria.
Utilizzato per l'alimentazione di emergenza di apparecchiature sensibili alla forma della tensione di uscita, ad esempio caldaie a gas, server, apparecchiature audio-video professionali e altre apparecchiature di importanza strategica.
Ci sono due svantaggi degli UPS online: prezzo ed efficienza. L'efficienza è bassa, perché un UPS di questo tipo è costantemente acceso, come suggerisce il nome. A differenza delle altre due tipologie.
Cosa c'è di nuovo nel gruppo VK? SamElectric.ru ?
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Esistono varietà di UPS online che utilizzano il cosiddetto “through zero” per il corretto funzionamento delle caldaie elettriche a gas. Ciò è dovuto al fatto che tali caldaie sono sensibili alla presenza dello zero reale per una corretta accensione.
Esaminare un UPS utilizzando un oscilloscopio
E ora... la parte più interessante.
Tensione in uscita UPS posteriore
Ho condotto uno studio utilizzando un oscilloscopio Fluke 124. Presento e commento gli oscillogrammi (la forma degli impulsi e delle oscillazioni all'uscita dell'UPS) di seguito.
Cosa puoi vedere da questo diagramma temporale? Periodo 20ms, frequenza 50Hz, ampiezza 315V. Vale la pena notare che la fase del seno e gli impulsi generati coincidono, il che è positivo. Quando viene a mancare la tensione di rete, l'UPS esita per 5-7 ms, poi si verificano degli impulsi detti “quasi sinusoidali”. Eccoli:
Indietro UPS. Tensione di uscita quando alimentato da batterie.
L'oscilloscopio ha misurato la tensione RMS (radice quadratica media), che corrisponde alla norma. Tuttavia, quando ho misurato la stessa tensione con un multimetro, ho ottenuto un valore di 155 V. Perché la tensione in uscita dall'UPS è bassa?
Il fatto è che il multimetro misura solo la prima armonica con una frequenza di 50 Hz. Per il seno tutto è liscio. Ma se si misura la tensione di tali impulsi, è necessario misurare il valore efficace, valore quadratico medio, altrimenti le seguenti armoniche non verranno prese in considerazione: 100, 150, 200 Hz. E costituiscono una parte significativa dell'energia, fino al 30%. I produttori di UPS conoscono questa caratteristica e, per non disturbare (e non aumentare il prezzo dei loro prodotti), emettono tali impulsi con un'ampiezza di circa 370 V ai nostri dispositivi.
Scopri di più sulla misurazione della tensione quadratica media non sinusoidale nel video:
Ecco un grafico ingrandito, dove puoi vedere che la tensione dopo la commutazione aumenta prima per mezzo secondo a 400 V, quindi si stabilizza:
Indietro UPS. Uscita, durata 2 secondi
Ed ecco come cambia la forma della tensione all'uscita del Back-UPS quando si passa dalla batteria all'alimentazione di rete:
Back UPS, – Tensione all'uscita dell'UPS quando si passa dalla batteria alla rete. Aumenta la forma dell'impulso di uscita
Anche la fase non cambia, va tutto bene. Ho collegato un UPS all'uscita, ho cambiato modalità di alimentazione avanti e indietro: l'avviatore è stato inserito in modo affidabile, senza problemi.
Il soggetto del test era un UPS APC Back-500-RS, parametri nella foto sotto:
Indietro Parametri UPS - pannello posteriore
Tensione di uscita dell'UPS intelligente
Ora, per completezza, fornirò un oscillogramma della tensione all'uscita dello Smart UPS. L'UPS Ippon Smart Power Pro 1000 è stato testato.
Smart UPS_batteria di rete
Anche il tempo di commutazione è insignificante per tutte le apparecchiature moderne: inferiore a 7 ms.
Non ho modificato facilmente la tensione di ingresso, poiché non esisteva un obiettivo del genere. Credo che in questo caso lo Smart UPS si comporti esattamente come uno stabilizzatore di tensione a relè.
Questi studi sono stati condotti nell'ambito di un progetto su un frigorifero industriale.
I requisiti per la qualità dell'elettricità sono prescritti legalmente da standard statali e normative abbastanza rigorose. Le organizzazioni fornitrici di energia elettrica fanno molti sforzi per rispettarle, ma non sempre vengono implementate.
Nei nostri appartamenti, e in produzione, periodicamente si presentano:
interruzioni complete di energia elettrica per un periodo di tempo indefinito;
impulsi di tensione ad alta tensione (fino a 6 kV) aperiodici di breve durata (10÷100 ms);
picchi e cadute di tensione di durata variabile;
sovrapposizioni di rumore ad alta frequenza;
derive di frequenza.
Tutti questi problemi influiscono negativamente sul lavoro dei consumatori di elettricità per uso domestico e per ufficio. I microprocessori e i dispositivi informatici sono particolarmente influenzati dalla qualità dell'alimentazione: non solo si guastano, ma possono anche perdere completamente la loro funzionalità.
Scopo e tipologie di gruppi di continuità
Per ridurre il rischio di malfunzionamenti della rete di alimentazione vengono utilizzati dispositivi di backup, comunemente chiamati gruppi di continuità (UPS) o UPS (derivato dall'abbreviazione della frase inglese “Uninterruptible Power Supply”).
Sono prodotti con design diversi per risolvere problemi specifici dei consumatori. Ad esempio, i potenti UPS con batterie al gel possono mantenere l'alimentazione elettrica a un intero cottage per diverse ore.
Le loro batterie ricevono una carica dalla linea elettrica, dal generatore eolico o da altri vettori di elettricità attraverso il dispositivo raddrizzatore dell'inverter. Alimentano anche i consumatori elettrici del cottage.
Quando la fonte esterna viene spenta, le batterie si scaricano al carico collegato alla loro rete. Maggiore è la capacità della batteria e minore è la corrente di scarica, più a lungo funzionano.
I gruppi di continuità di media potenza possono supportare i sistemi di climatizzazione interna e apparecchiature simili.
Allo stesso tempo, i modelli UPS più semplici sono in grado di completare solo il programma di arresto di emergenza del computer. Allo stesso tempo, la durata dell'intero processo del loro lavoro non supererà i 9÷15 minuti.
I gruppi di continuità per computer sono:
integrato nel corpo del dispositivo;
esterno.
I primi progetti sono comuni in laptop, netbook, tablet e dispositivi mobili simili alimentati da una batteria integrata, dotata di un circuito di commutazione di alimentazione e carico.
Batteria del portatile con un controller integrato è un gruppo di continuità. Il suo circuito protegge automaticamente le apparecchiature in funzione dai guasti elettrici.
Progetti di UPS esterni, destinati al normale completamento dei programmi per computer desktop, sono fabbricati come un'unità separata.
Si collegano tramite un alimentatore a una presa elettrica. Alimentano solo i dispositivi responsabili dell'esecuzione dei programmi:
unità di sistema con tastiera collegata;
un monitor che mostra i processi in corso.
Altri dispositivi periferici: scanner, stampanti, altoparlanti e altre apparecchiature non sono alimentati da UPS. Altrimenti, in caso di interruzione di emergenza dei programmi, questi assorbiranno parte dell'energia accumulata nelle batterie.
Opzioni per la costruzione degli schemi operativi dell'UPS
Gli UPS per computer e industriali sono prodotti in tre opzioni principali:
riserva di energia;
diagramma interattivo;
doppia conversione dell'energia elettrica.
Con il primo metodo schema di backup, indicato con i termini inglesi "Standby" o "Off-Line", la tensione viene fornita dalla rete al computer tramite un UPS, in cui le interferenze elettromagnetiche vengono eliminate mediante filtri integrati. Qui è installato anche, la cui capacità è mantenuta dalla corrente di carica regolata dal controller.
Quando l'alimentazione esterna scompare o va oltre gli standard stabiliti, il controller dirige l'energia della batteria verso le utenze. Un semplice inverter viene collegato per convertire la corrente continua in corrente alternata.
Vantaggi dell'UPS Standby
I gruppi di continuità off-line hanno un'elevata efficienza quando viene applicata la tensione, funzionano silenziosamente, emettono poco calore e sono relativamente economici.
Screpolatura
UPS Standby si distingue:
transizione lunga all'alimentazione da batteria 4÷13 ms;
forma distorta del segnale di uscita prodotto dall'inverter sotto forma di meandro anziché di sinusoide armonica;
mancanza di regolazione della tensione e della frequenza.
Tali dispositivi sono più comuni sui personal computer.
UPS a circuito interattivo
Sono designati con il termine inglese “Line-Interactive”. Vengono eseguiti secondo lo schema precedente, ma più complicato, includendo uno stabilizzatore di tensione utilizzando un autotrasformatore con regolazione a gradini.
Ciò fornisce regolazioni alla tensione di uscita, ma non sono in grado di controllare la frequenza del segnale.
Il filtraggio delle interferenze in modalità normale e il passaggio all'alimentazione dell'inverter in caso di emergenza avvengono secondo gli algoritmi di standby dell'UPS.
L'aggiunta di uno stabilizzatore di tensione di vari modelli con tecniche di controllo ha permesso di creare inverter con una forma del segnale non solo di onda quadra, ma anche di sinusoide. Tuttavia, un numero limitato di stadi di controllo basati sulla commutazione di relè non consente l'implementazione di funzioni di stabilizzazione complete.
Ciò è particolarmente vero per i modelli economici che, quando si passa all'alimentazione a batteria, non solo aumentano la frequenza al di sopra di quella nominale, ma distorcono anche la forma dell'onda sinusoidale. L'interferenza viene introdotta da un trasformatore integrato, nel nucleo del quale si verificano processi di isteresi.
I modelli costosi utilizzano inverter basati su interruttori a semiconduttore. Gli UPS Line-Interactive offrono prestazioni più veloci quando si passa all'alimentazione a batteria rispetto agli UPS Off-Line. È assicurato dal funzionamento di algoritmi di sincronizzazione tra la tensione in ingresso e i segnali in uscita. Ma allo stesso tempo si sottovaluta l’efficienza.
L'UPS Line-Interactive non può essere utilizzato per alimentare motori asincroni, che sono ampiamente installati su tutti gli elettrodomestici, compresi gli impianti di riscaldamento. Sono utilizzati per azionare dispositivi con potenza in cui la potenza viene filtrata e raddrizzata allo stesso tempo: computer ed elettronica di consumo.
UPS doppia conversione
Questo schema UPS prende il nome dalla frase inglese "On-line" e funziona su apparecchiature che richiedono alimentazione di alta qualità. Produce una doppia conversione dell'elettricità, quando le armoniche sinusoidali della corrente alternata vengono costantemente convertite dal raddrizzatore in un valore costante, fatto passare attraverso l'inverter per creare una sinusoide ripetuta in uscita.
Qui la batteria è permanentemente collegata al circuito, il che elimina la necessità di cambiarla. Questo metodo elimina praticamente il periodo di preparazione del gruppo di continuità per la commutazione.
Il funzionamento di un UPS On-line in base allo stato della batteria può essere suddiviso in tre fasi:
fase di carica;
stato di attesa;
scarico per il funzionamento del computer.
Periodo di ricarica
I circuiti di ingresso e uscita dell'onda sinusoidale vengono interrotti dall'interruttore interno dell'UPS.
La batteria collegata al raddrizzatore riceve energia di carica fino a quando la sua capacità non viene ripristinata a valori ottimali.
Periodo di preparazione
Dopo che la batteria è stata caricata, il gruppo di continuità automatico chiude l'interruttore interno.
La batteria mantiene uno stato di disponibilità per il funzionamento in modalità buffer.
Periodo di scarico
La batteria viene trasferita automaticamente per alimentare la postazione computer.
I gruppi di continuità che funzionano utilizzando il metodo a doppia conversione hanno un'efficienza inferiore in modalità di alimentazione di linea rispetto ad altri modelli a causa del consumo di energia per il calore e il rumore. Ma nelle strutture complesse vengono utilizzate tecniche per aumentare l’efficienza.
UPS On-line è in grado di correggere non solo il valore della tensione, ma anche la sua frequenza di oscillazione. Ciò li distingue dai modelli precedenti e consente loro di essere utilizzati per alimentare vari dispositivi complessi con motori asincroni. Tuttavia, il costo di tali dispositivi è significativamente più elevato rispetto ai modelli precedenti.
Composizione dell'UPS
A seconda del tipo di circuito di funzionamento, il kit gruppo di continuità comprende:
batterie per immagazzinare elettricità;
Garantire il mantenimento delle prestazioni della batteria;
inverter per generare una sinusoide,
diagramma di controllo del processo;
Software.
È possibile utilizzare una rete locale per l'accesso remoto al dispositivo e l'affidabilità del circuito può essere aumentata attraverso la sua ridondanza.
Alcuni gruppi di continuità utilizzano la modalità “Bypass”, quando il carico viene alimentato dalla tensione di rete filtrata senza azionare il circuito principale del dispositivo.
La parte UPS è dotata di un regolatore di tensione a gradini “Booster”, controllato automaticamente.
A seconda della necessità di implementare soluzioni tecniche complesse, gli alimentatori di continuità possono essere dotati di funzioni speciali aggiuntive.
L'approvvigionamento elettrico domestico è caratterizzato da scarsa affidabilità e insoddisfacente. Ciò è dovuto a reti elettriche obsolete, usura delle apparecchiature, basse prestazioni dei convertitori di energia, processi transitori alle fonti e agli utenti di elettricità, fattori naturali e climatici. In tali condizioni, i sistemi di continuità sono estremamente necessari per garantire il funzionamento dei consumatori sia della prima che di altre categorie.
Per i proprietari di appartamenti e case è importante anche il funzionamento stabile della rete elettrica. Fermare il funzionamento degli elettrodomestici non è il peggiore dei problemi. Molto più importante è il funzionamento senza problemi dei sistemi di supporto vitale, in particolare del sistema di riscaldamento, se dipende direttamente dall'alimentazione elettrica. Viene in soccorso il gruppo di continuità UPS (UPS), un dispositivo che protegge i ricevitori elettrici dagli arresti immagazzinando elettricità in batterie ricaricabili (AB) e garantisce la qualità di energia richiesta (QE) nelle modalità operative autonome e di rete.
Prima di delineare un approccio per creare un'alimentazione elettrica ai carichi senza guasti, è necessario scoprire quali guasti possono verificarsi nelle reti elettriche domestiche.
Interruzioni di corrente nelle reti elettriche
La bassa tensione è un evento comune nell'alimentatore. Ma non è particolarmente dominante su quello elevato, anch'esso comune. Di notte la tensione è stabile, di giorno diminuisce e di sera, quando la maggior parte dei carichi è spenta, aumenta.
Anche la frequenza instabile è un fallimento, sebbene piuttosto rara. Quando la rete è molto caricata, può scendere fino a 45 Hz, il che porta a una significativa distorsione del segnale che influisce negativamente sul funzionamento dell'UPS. Alcuni dispositivi percepiscono una diminuzione della frequenza come un'emergenza e la batteria può scaricarsi rapidamente.
Una completa interruzione di corrente non è un evento così raro. Gli elettricisti non sono molto attenti al funzionamento dei dispositivi elettronici e possono interrompere inaspettatamente l'alimentazione a un edificio. È sufficiente una momentanea interruzione di corrente per causare la perdita di informazioni su un computer. Quando le reti sono sovraccariche, possono verificarsi interruzioni di corrente. Pertanto, è importante l'affidabilità con cui il sistema UPS fornisce un gruppo di continuità.
Classificazione dell'UPS
Sono divisi in tre gruppi:
- UPS a basso consumo per il collegamento tramite prese elettriche. Il design può essere da tavolo o da pavimento e la potenza varia da 0,25 a 3 kW.
- Gli apparecchi di media potenza - da 3 a 30 kW - contengono un blocco di prese integrato al loro interno, oppure sono anche collegati tramite gruppi di prese nella rete di alimentazione dell'utenza dal pannello di controllo. I dispositivi sono realizzati per il posizionamento sia negli uffici che in locali attrezzati separati.
- UPS ad alta potenza - da 10 a 800 kW. Situato nelle sale macchine elettriche. Vengono raccolti in gruppi e creati sistemi energetici ad alta potenza, fino a diverse migliaia di kW.
Tipi di UPS
Attualmente esistono 4 tipi di UPS (UPS). Le proprietà comuni a tutti sono:
- filtraggio degli impulsi e del rumore;
- eliminazione delle distorsioni della forma del segnale;
- stabilizzazione della tensione (non disponibile per tutti i modelli);
- mantenere la batteria carica;
- Quando la batteria dell'UPS è scarica, prima segnalerà e poi spegnerà l'utenza.
UPS non in linea
Il principio di funzionamento dei dispositivi di questa modifica è quello di alimentare il consumatore dalla rete esistente e passare immediatamente a un alimentatore di riserva autonomo in situazioni di emergenza (4-12 ms). Sono più semplici ed economici rispetto ad altri tipi.
L'UPS solitamente passa al funzionamento dalla batteria integrata.
Quando funziona dalla rete, il dispositivo sopprime il rumore con impulsi e mantiene la tensione a un determinato livello. Parte dell'energia viene spesa per ricaricare la batteria. Se la rete funziona in modalità non standard, il consumatore passa al funzionamento a batteria. Ogni modello di UPS determina a modo suo la necessità di passare a questa modalità. Il tempo di funzionamento della batteria dipende dalle sue caratteristiche e dalla potenza consumata dal carico. Se l'alimentazione di riserva viene scaricata, viene dato il comando di spegnere l'utenza. Se la tensione di rete raggiunge un livello normale, l'UPS passa alla modalità di funzionamento di rete normale e inizia la ricarica della batteria.
Interattivo lineare
I modelli Line Interactive Ups sono dotati di stabilizzatori che funzionano continuamente e garantiscono che le batterie vengano collegate raramente.
Il dispositivo interagisce con la rete, controllando l'ampiezza e la forma della tensione di rete.
Quando la tensione diminuisce o aumenta, l'unità regola il suo valore commutando le prese dell'autotrasformatore. In questo modo viene mantenuto il suo valore nominale. Se il parametro supera i limiti consentiti e l'intervallo di commutazione non è più sufficiente, l'UPS passa all'alimentazione di backup da batteria. L'unità può essere scollegata dall'alimentazione principale quando viene ricevuto un segnale distorto. Esistono modelli che regolano la forma d'onda della tensione senza passare al funzionamento a batteria.
UPS ferrorisonante
Il dispositivo contiene un trasformatore ferrorisonante, che funziona come stabilizzatore di tensione. Il suo vantaggio è l'accumulo di energia nel campo magnetico, che viene rilasciata durante la commutazione entro 8-16 ms. Questo periodo di tempo è sufficiente affinché l'UPS entri in una nuova modalità operativa.
Il trasformatore svolge la funzione aggiuntiva di un filtro antirumore. La distorsione della tensione di ingresso non influisce sulla forma d'onda di uscita, che rimane sinusoidale.
UPS a doppia conversione
Il dispositivo a doppia conversione di energia funziona secondo il principio del raddrizzamento della tensione di rete e della successiva conversione in tensione alternata stabilizzata. Qui viene utilizzato un raddrizzatore più potente, che non solo ricarica la batteria, ma fornisce anche all'inverter una tensione costante stabilizzata.
Dall'uscita del dispositivo viene fornita al carico una tensione alternata stabilizzata.
Quando la doppia conversione non è sufficiente per regolare la tensione di rete, viene fornita una carica aggiuntiva dalla batteria all'inverter. Non ci sono interruttori, ma la modalità è diversa.
In caso di guasto l'inverter passa al funzionamento dalla rete tramite bypass. Scegliere un UPS a doppia conversione per uso privato è irrazionale a causa delle elevate perdite di energia. Questo tipo di protezione viene utilizzato dalle organizzazioni che richiedono un'elevata affidabilità delle apparecchiature.
Tipi di sistemi
I sistemi di continuità possono essere centralizzati o distribuiti. Nel primo caso, un UPS funziona per l'intero edificio o per un piano separato, che fa fronte a tutti i carichi.
I gruppi di continuità comprendono diversi dispositivi di protezione, ciascuno dei quali opera su un singolo computer o altra apparecchiatura. Sono abbastanza efficaci.
I vantaggi di un sistema distribuito sono i seguenti:
- L'UPS viene selezionato specificatamente per un singolo dispositivo che è il più critico o funziona in condizioni difficili.
- Il sistema può essere gradualmente ampliato, iniziando con la protezione dei server e passando alle postazioni di lavoro.
- Gli UPS guasti possono essere sostituiti con altri provenienti da elementi di sistema meno importanti.
- L'UPS a basso consumo non richiede installazione e manutenzione da parte di personale specializzato.
- Possibilità di collegamento ad una normale alimentazione elettrica tramite prese.
- Gli UPS vengono utilizzati indipendentemente l'uno dall'altro.
I sistemi di continuità centralizzati includono UPS di alto livello che proteggono meglio le apparecchiature. Nonostante il costo elevato, si ottengono risparmi complessivi poiché un dispositivo è più economico di diversi. Ma per i computer semplici, il sistema costerà di più, poiché la sua manutenzione richiede personale altamente qualificato o i servizi di aziende specializzate che installano sistemi di continuità e li riparano.
È necessario nei seguenti casi:
- i computer rappresentano il carico principale della rete;
- alcune organizzazioni necessitano di sistemi molto affidabili, come le banche;
- i consumatori variano in modo significativo in termini di potere: sistema informatico, comunicazioni, sistema di sicurezza.
Cosa cercare quando si sceglie un UPS?
Quando si sceglie un sistema di continuità, ci sono diversi fattori importanti da considerare. Elenchiamo i principali.
Da cosa è protetta l'attrezzatura?
Prima di tutto è necessario misurare la tensione nella rete elettrica. La durata minima del ciclo sarà di un giorno. Riflette al meglio il funzionamento della rete elettrica. Se devi lavorare nei fine settimana, devi informarti su un ciclo settimanale, durante il giorno e la notte.
È importante determinare la tensione massima e minima, nonché la potenza e la frequenza degli impulsi nella rete. Il dispositivo può essere un registratore.
Il modo più semplice per l'utente è misurare la tensione, durante la quale, a suo avviso, la tensione raggiunge il massimo e il minimo. Non ignorare i fine settimana.
Se il proprietario dell'appartamento dispone di apparecchiature potenti, è necessario misurare la tensione nella rete domestica quando viene accesa e spenta. Dovresti scoprire quanto spesso viene interrotta l'alimentazione elettrica a casa e per quali motivi. È importante avere un filo di terra nell'appartamento. In questo caso, dovresti scoprire quanto è affidabile il collegamento al bus del pannello di pavimento.
Tipologia di apparecchiatura protetta
Viene compilato un elenco di apparecchiature che richiedono l'uso di un UPS. In questo caso, è necessario sapere cosa consuma ciascuno. È sufficiente determinarne il valore nominale, che si trova nelle specifiche tecniche. Alcune apparecchiature a volte consumano un'energia massima che supera di parecchie volte il valore nominale. Dovrebbe essere impostata una riserva di carica.
Durata della batteria
Qui è importante determinare per quale periodo è possibile salvare in sicurezza i dati o completare le operazioni tecnologiche necessarie (trasferimento di informazioni, salvataggio di file, ricezione di messaggi).
Personale richiesto
A seconda della complessità del sistema, per il suo funzionamento è necessario un determinato staff di specialisti. Questo deve essere chiarito per poter calcolare correttamente tutti i costi. Il prezzo del sistema di protezione non deve superare il 10% del costo dell'attrezzatura principale.
UPS per casa
Per un cottage medio, è conveniente un gruppo di continuità UPS (UPS) con una potenza di circa 15 kW. Per garantire un funzionamento autonomo per 2-3 ore sono necessarie 4 batterie con una capacità totale di 2000 Ah. Permettono di accumulare energia elettrica per circa 7 kWh.
Nella casa i più importanti sono il riscaldamento e gli elettrodomestici con computer. Il costo di un UPS dipende dalla potenza, dal numero di batterie e dal produttore. Per una caldaia è possibile acquistare una fonte con una potenza di 360 W al prezzo di 7mila. Per tutta la casa sarà necessaria una potenza UPS fino a 15 kW, il cui prezzo è superiore a 70mila rubli.
Oltre ai convertitori, sono necessarie le batterie, che devono essere sostituite periodicamente. Un UPS per una casa costa un sacco di soldi. I sistemi di continuità a batteria sono particolarmente costosi.
Nonostante ciò, puoi risparmiare sulla riparazione di altre apparecchiature. Inoltre, ci sono opzioni alternative che utilizzano i generatori. A volte puoi cavartela installando stabilizzatori di tensione, che affrontano molte attività, incluso lo spegnimento corretto delle apparecchiature.
Gli UPS moderni sono dotati di un'interfaccia chiara. Utilizzando il display, è possibile monitorare il funzionamento del sistema, dove i parametri principali sono tensione di ingresso e uscita, consumo energetico, circuito operativo, carica della batteria.
Quale UPS scegliere dipende dalle esigenze dell'utente. Un computer di casa potrebbe avere energia sufficiente per tutta la durata del suo spegnimento. Per un funzionamento ininterrotto della caldaia per 8-9 ore è necessario un dispositivo di protezione da 1 kW con tre batterie da 65 A/h.
Conclusione
I sistemi sono progettati per garantire il funzionamento autonomo degli elettrodomestici e delle apparecchiature elettroniche per un breve periodo. L'indicatore principale è la potenza dell'UPS e la capacità della batteria. Si consiglia di scegliere un'apparecchiatura che contenga uno stabilizzatore di tensione.
Il tempo di funzionamento della batteria dipende dalle sue caratteristiche e dalla potenza consumata dal carico. Se l'alimentazione di riserva viene scaricata, viene dato il comando di spegnere l'utenza. Se la tensione di rete raggiunge un livello normale, l'UPS passa alla modalità di funzionamento di rete normale e la batteria inizia a caricarsi.
