Cuvântul „invertor” în legătură cu inginerie electrică înseamnă dispozitiv care convertește tensiunea continuă în curent alternativ. În acest caz, amplitudinea tensiunii se poate modifica în sus sau în jos.
Invertoarele pot fi fie dispozitive separate (un sudor sau convertor al tensiunii de bord a mașinii în 220 V AC), fie o unitate separată sau o parte a unui circuit (sursa de alimentare a unui computer, televizor). Vom vorbi acum despre dispozitivele utilizate pentru alimentarea cu energie în situații de urgență asociate cu pierderea tensiunii de rețea.
Unde se duce tensiunea și când va reveni?
Nu există rețele cu fiabilitate 100%.. Dintr-o dată se sting luminile din apartament sau casă. Acest lucru se datorează deteriorării cablurilor sau liniilor aeriene, echipamentelor electrice ale substațiilor. Accidentele din interiorul orașului, dacă nu sunt legate de dezastre naturale, sunt eliminate relativ rapid. În acest scop funcționează serviciile de dispecer și echipele operaționale. Și este posibil să excludeți zona deteriorată și să o înlocuiți cu alta datorită redundanței lor reciproce.
În zonele rurale și fermele dacha, totul este diferit. Există o singură linie electrică, echipa are un drum lung de parcurs. După uragane sau furtuni, numărul copacilor doborâți pe liniile electrice crește șansele de a rămâne în întuneric pentru o perioadă lungă de timp. Și dacă transformatorul de putere este deteriorat, va trebui să așteptați mai mult de o zi.
Timpul trece, mâncarea din frigider se strică. Nu fierbeți fierbătorul - este electric. Nu există cu ce să gătești cina. Bateria telefonului mobil este descărcată - este imposibil să sunați la Ministerul Situațiilor de Urgență. Nu poți găsi medicamente pentru bunica în întuneric. Dispozitivele de încălzire se răcesc, iar odată cu ele, casa în sine.
Pentru a preveni acest lucru, aveți nevoie de o sursă de alimentare personală, independentă de rețea. În acest scop este utilizat un invertor.
Principiul de funcționare al unei surse de alimentare neîntreruptibile
Cel mai simplu invertor - Sursă de alimentare neîntreruptibilă (UPS) pentru computer. Înăuntru există o baterie care stochează energie. Funcționează în modul de încărcare constantă. În acest scop, UPS-ul include un încărcător care monitorizează nivelul de tensiune de pe baterie. În funcție de acesta, reglează curentul de încărcare sau oprește bateria.
Imediat ce tensiunea de alimentare dispare, dispozitivul de control deconectează sarcina de la rețea. În același timp, este conectat la baterie printr-un invertor, care face parte din UPS.
Bateriile de 220V există, dar ocupă un spațiu de dimensiunea unei camere. Prin urmare, toate bateriile UPS sunt fabricate pentru tensiune joasă. Invertorul, transformându-l într-unul sinusoidal, crește simultan această valoare la tensiunea nominală a rețelei.
Această sursă de energie este bună pentru că Întotdeauna gata de plecare și comută instantaneu. Dar iată principalele sale dezavantaje care nu permit utilizarea unui UPS pentru alimentarea neîntreruptă a unei case sau a unei părți a acesteia:
Invertor pentru alimentare neîntreruptă acasă
Invertorul este o dezvoltare logică a sursei de alimentare neîntreruptibile a unui computer, lipsită de dezavantajele sale inerente.
Creșterea capacității bateriei este direct legată de dimensiunile sale totale. Plasarea acestuia în carcasa invertorului devine nepractică. Prin urmare, se remarcă ca un dispozitiv independent care rezolvă trei sarcini principale:
- controlul încărcării bateriei și al tensiunii de rețea;
- comutarea surselor de alimentare;
- conversia tensiunii bateriei la 220 VAC.
Caracteristica principală a invertorului este sa putere. Dar atunci când o alegeți, se ia în considerare o nuanță. Am spus deja că UPS-ul nu poate funcționa cu suprasarcină. Același lucru este valabil și pentru invertor. Dacă un frigider și motoare electrice ale pompelor cazanului de încălzire sunt planificate ca parte a sarcinii, atunci se iau în considerare curenţii lor de pornire. În momentul pornirii, motoarele electrice consumă curent de 3-5 ori mai mare decât curentul nominal. Dacă curentul total de sarcină atunci când frigiderul este pornit depășește curentul nominal al invertorului, protecția îl va opri.
O altă caracteristică a invertorului pe care merită să ne concentrăm este calitatea conversiei DC în AC. Tensiunea din rețea se modifică în timp conform unei legi sinusoidale. Niciun dispozitiv semiconductor de uz casnic nu va genera o tensiune sinusoidală, astfel încât să reproducă exact tensiunea rețelei. Tensiunea de ieșire nu se schimbă fără probleme, ci discret, în trepte. Cu cât această schimbare are loc mai des (cu atât este mai mare frecvența de eșantionare), cu atât semnalul generat îl repetă pe cel sinusoidal mai precis.
Dar creșterea frecvenței de eșantionare duce la o creștere a costului dispozitivului. Și forma de tensiune în trepte este inacceptabilă pentru funcționarea motoarelor electrice și a unor dispozitive semiconductoare. Astfel de invertoare produc așa-numitele undă sinusoidală modificată, sunt utilizate numai pentru alimentarea sarcinilor active: elemente de încălzire, lămpi cu incandescență. Pentru dispozitivele care sunt critice pentru forma tensiunii de alimentare, va trebui să achiziționați un invertor mai scump.
Selectarea bateriilor pentru invertor
Bateriile pentru invertor se achiziționează separat. Dar există o particularitate aici: bateriile pot fi acide sau alcaline. Au principii de încărcare diferite, deci Fiecare invertor este potrivit doar pentru a lucra cu un anumit tip de baterie. În caz contrar, nu va determina corect nivelul de încărcare al bateriilor și le va încărca.
Utilizarea bateriilor auto ca parte a invertoarelor nu este justificată. Deși sunt capabili să furnizeze un impuls de curent puternic pentru o perioadă scurtă de timp (într-o mașină acest lucru este necesar pentru ca demarorul să funcționeze), nu pot tolera descărcări profunde. Iar descărcările sunt inevitabile atunci când invertorul funcționează mult timp. Prin urmare, resursele unor astfel de baterii în sistemele de alimentare cu energie sunt limitate.
Ideal pentru utilizare cu invertoare gel sau fibra de sticla baterii. Sunt fabricate folosind o tehnologie specială și sunt capabile să reziste de multe ori la descărcări adânci fără pierderi. Și din nou: încărcătorul cu invertor trebuie să suporte modul de încărcare a unor astfel de baterii.
Când alegeți capacitatea bateriei, procedați de la durata de viață dorită a bateriei dispozitive (T). Este ușor de calculat, cunoscând capacitatea (C), puterea sarcinii planificate (P) și tensiunea bateriei (U):
| Exemplu de calcul al duratei de viață a bateriei | |||
| Tensiunea bateriei, V | Capacitatea bateriei, A∙h | Timp de funcționare, h | |
| 12 | 55 | 150 | 4 |
| 12 | 190 | 150 | 15 |
Cifrele din ultima coloană nu sunt impresionante. Și costul invertoarelor și bateriilor pentru ei nu este atât de mic.
Deci, are rost să ai un invertor?
Avantajele și dezavantajele invertoarelor
O alternativă la invertoare sunt generatoarele diesel sau pe benzină. Prin urmare, le vom identifica avantajele comparându-le cu generarea de energie electrică folosind motoare cu ardere internă. Să facem o listă dezavantajele generatoarelor care pot fi eliminate cu ajutorul invertoarelor:
- necesitatea de a construi o cameră separată cu ventilație și încălzire iarna;
- stocarea rezervelor de combustibil (și pentru motoarele diesel - înlocuirea combustibilului de vară cu combustibil de iarnă când se instalează vremea rece);
- zgomot în timpul funcționării, provocând neplăceri nu numai proprietarilor, ci și vecinilor;
- necesitatea intretinerii periodice (verificarea nivelului uleiului, inlocuirea bujiilor, filtrelor);
- pornire manuală, necesitatea controlului parametrilor în timpul funcționării.
Invertorul nu necesită o cameră separată, nu creează zgomot în timpul funcționării (funcționarea ventilatoarelor de răcire nu contează). Intervenția utilizatorului în procesul de operare nu este necesară. Când bateria este descărcată (tensiunea bateriei scade la nivelul minim posibil), dispozitivul se va opri singur și se va îngheța în timp ce așteaptă ca tensiunea de la rețea să fie restabilită. Apoi va încărca bateria și va aștepta până când poate fi util din nou.
Iar trecerea automată de la alimentarea de la rețea la alimentarea bateriei este impresionantă. Dar Durata de viață a bateriei invertorului este scurtă. Chiar dacă reduceți sarcina la minimum posibil, mai devreme sau mai târziu bateria se va epuiza. „Sfârșitul lumii” este întârziat, dar inevitabil.
Prin urmare, atunci când decideți dacă să utilizați un generator sau un invertor pentru alimentarea cu energie de urgență a unei locuințe, se iau în considerare un set de factori.
Invertor sau generator?
A începe colectează date statistice despre cât de des și pentru ce perioadă dispare tensiunea dintr-un oraș sau oraș. Dacă aceste evenimente se întâmplă foarte rar, atunci nu are rost să cumpărați un generator sau să construiți o cameră separată pentru acesta, unde va sta inactiv, așteptând în aripi.
Apoi determina puterea totală a aparatelor electrice, a cărei alimentare este planificată de la invertor în regim de funcționare de urgență. Nu are sens să includă pe această listă iluminatul de exterior și de la subsol, dar dacă există trei televizoare în casă, unul este suficient. Pentru a economisi bani, ei sacrifică acele aparate electrice fără de care pot supraviețui o zi sau două. Restul va trebui deconectat manual de la rețea atunci când tensiunea de alimentare dispare, sau se vor asigura echipamente automate în acest scop.
Dar ele iau în considerare sistemul de alimentare cu căldură (cazanul de încălzire), dacă există. Mai mult, ținând cont de toți curenții de pornire ai motoarelor sale electrice, este posibil ca acesta să fie nevoit să pornească atunci când casa este alimentată de un invertor.
Și nu uitați principalul lucru - frigiderul cu curentul său de pornire, dacă este un compresor. De asemenea, adăugați un cuptor cu microunde sau aragaz electric, fierbător electric la listă.
Prin puterea totală a sarcinii alege modelul de invertor, ținând cont suplimentar de calitatea tensiunii sinusoidale pe care o va produce.
Apoi bateriile sunt selectateținând cont de timpul de funcționare dorit al invertorului pentru sarcina calculată anterior. Și aici avem nevoie de o abordare rezonabilă. Dacă finanțele nu sunt suficiente, atunci va trebui să te gândești din timp ce poți sacrifica. Accentul este pus pe acele sarcini care necesită funcționare constantă: frigider, boiler, aparate de încălzire. Calculatoarele și televizorul vor trebui oprite la un moment dat pentru ca bateria invertorului să dureze mai mult.
Tot ce rămâne este să adunăm prețurile pentru a obține totalul. Și fă același lucru calcul pentru grupul electrogen. Și aici poți economisi bani: dacă ai deconectări rare de la rețea, nu este deloc necesar să-i construiești o cameră. Îl poți depozita într-un șopron și, dacă este necesar, îl scoți afară și îl conectezi la rețea folosind un cablu flexibil și o conexiune plug-in. Asigurați-vă că adăugați pe listă piesele de schimb necesare pentru a menține instalația pe toată durata de viață a invertorului alternativ. Acesta este singurul mod de a calcula efectul economic, și nu costurile inițiale ale achiziției de echipamente. Invertorul nu va necesita investiții de capital suplimentare pe toată durata de viață, dar motorul cu ardere internă necesită întotdeauna întreținere.
Acum comparăm sumele rezultate și luăm o decizie. Si amintesteti: trebuie să plătiți întotdeauna în plus pentru confort. Dacă ești pregătit pentru asta sau nu, depinde de tine.
O sursă de alimentare neîntreruptibilă este un dispozitiv destul de complex, care poate fi împărțit aproximativ în două blocuri - un convertor de rețea de la 12V la 220V și un încărcător care îndeplinește funcția opusă: 220V la 12V pentru a reîncărca bateria. În cele mai multe cazuri, repararea unei surse de alimentare neîntreruptibilă este foarte problematică și costisitoare. Dar merită totuși încercat - desigur, există întotdeauna o șansă pentru un freebie sub forma unei siguranțe ars :)
Un prieten de-al meu de la companie a aruncat un UPS care nu funcționează model APC 500. Dar înainte de a-l folosi pentru piese de schimb, am decis să încerc să-l reînvie. Și după cum s-a dovedit, nu a fost în zadar. În primul rând, măsurăm tensiunea bateriei reîncărcabile cu gel. Pentru ca sursa de alimentare neîntreruptibilă să funcționeze, aceasta trebuie să fie între 10-14V. Tensiunea este normală, deci nu există nicio problemă cu bateria.
Acum să inspectăm placa în sine și să măsurăm puterea în punctele cheie ale circuitului. Nu am putut găsi o diagramă de circuit nativă pentru sursa de alimentare neîntreruptibilă APC500, dar iată ceva similar. Pentru o mai bună claritate, descărcați versiunea completă aici. Verificăm tranzistoarele puternice din câmpul stâng - norma. Alimentarea părții de control electronic a sursei de alimentare neîntreruptibilă provine de la un mic transformator de rețea de 15V. Măsurăm această tensiune înainte de puntea diodei, după și după stabilizatorul de 9V.
Și iată prima rândunică. Tensiunea de 16 V după ce filtrul intră în cipul stabilizator, iar ieșirea este de doar câțiva volți. Îl înlocuim cu un model de tensiune similară și restabilim alimentarea circuitului unității de control.
Sursa de alimentare neîntreruptibilă a început să trosnească și să bâzâie, dar ieșirea de 220 V încă nu era vizibilă. Continuăm să inspectăm cu atenție placa de circuit imprimat.
O altă problemă - una dintre pistele subțiri s-a ars și a trebuit să fie înlocuită cu un fir subțire. Acum, dispozitivul de alimentare neîntreruptibilă APC500 funcționează fără probleme.
Testând-o în condiții reale, am ajuns la concluzia că soneria încorporată care semnalează absența unei rețele țipă ca nebun și nu ar strica să-l calmezi puțin. Nu îl puteți opri complet - deoarece nu veți putea auzi starea bateriei în modul de urgență (determinat de frecvența semnalelor), dar puteți și ar trebui să o faceți mai silențioasă.
Acest lucru se realizează prin conectarea unui rezistor de 500-800 Ohm în serie cu emițătorul de sunet. Și, în sfârșit, câteva sfaturi pentru proprietarii de sisteme de alimentare neîntreruptibilă. Dacă uneori oprește sarcina, poate exista o problemă cu condensatoarele „uscate”. Conectați UPS-ul la intrarea unui computer bun cunoscut și vedeți dacă alarmele se opresc.
Sursa de alimentare neîntreruptibilă determină uneori incorect capacitatea bateriilor cu plumb arătând starea OK, dar de îndată ce trece la ele, acestea se epuizează brusc și sarcina este „eliminată”. Asigurați-vă că bornele se potrivesc bine și că nu sunt slăbite. Nu-l deconectați de la rețea pentru o perioadă lungă de timp, ceea ce face imposibilă menținerea bateriilor în mod constant încărcate. Evitați descărcările profunde ale bateriilor, lăsând cel puțin 10% din capacitate, după care trebuie să opriți alimentarea neîntreruptibilă până la restabilirea tensiunii de alimentare. Cel puțin o dată la trei luni, faceți o „ședință de antrenament”, descarcând bateria la 10% și încărcând din nou bateria la capacitate maximă.
Discutați articolul REPARAREA UNUI UPS
Articolul discută tipurile de UPS, principiile de funcționare ale UPS-ului și oferă, de asemenea, oscilograme reale ale tensiunilor de ieșire.
Pentru început, ceva terminologie generală. Sursele de alimentare neîntreruptibilă (abreviate ca UPS) se mai numesc și UPS, de la abrevierea în limba engleză Uninterruptable Power Supply (alimentare neîntreruptibilă). Prin urmare, ei spun atât UPS, cât și UPS, oricare este mai convenabil pentru dvs. În articol o voi numi așa și așa.
De ce aveți nevoie de un UPS (UPS)
Principiul de funcționare a unui UPS este dezvăluit în nume - este o sursă a cărei ieșire întotdeauna există tensiune. Dar suntem realiști tehnici adunați aici și înțelegem că nimic nu este etern, așa că mai jos vom înțelege principiul acțiunii.
UPS-urile sunt utilizate în principal acolo unde o întrerupere de curent poate provoca consecințe negative. De exemplu, sursă de alimentare pentru calculatoare și servere, sursă de alimentare pentru dispozitivele de comunicații și distribuție a semnalului (routere), sursă de alimentare pentru dispozitivele a căror repornire automată (repornire) este imposibilă fără intervenția umană.
Cum a modificat cititorul meu UPS-ul pentru un sistem important din punct de vedere strategic (2 servere etc.). În plus, am îmbunătățit circuitul și am adăugat posibilitatea de a folosi o baterie obișnuită de mașină.
Pentru articolele de uz casnic, acestea sunt în primul rând computere și sisteme de încălzire.
Trebuie înțeles că UPS-urile sunt selectate pentru o durată de funcționare a sarcinii de 10-15 minute, rareori până la o jumătate de oră. Se presupune că în acest timp va apărea puterea sau persoana (operatorul) va întreprinde acțiunile necesare (salvați datele, apelați serviciul energetic al întreprinderii, finalizați procesul tehnologic).
UPS-ul nu trebuie considerat o sursă de alimentare de rezervă. Este doar o sursă de urgență și, în cel mai bun caz, este folosit foarte rar, în total nu mai mult de 10 minute pe an (de mai multe ori, pentru o perioadă de cel mult un minut). Dacă acest timp este mai lung, atunci ar trebui să vă gândiți la îmbunătățirea calității sursei de alimentare.
O sursă de alimentare de rezervă poate fi considerată acele surse care pot înlocui complet sursa principală de alimentare pentru o perioadă lungă de timp, de la câteva ore până la câteva zile. Aceasta ar putea fi o altă linie (vezi articolul despre), un generator eolian. Teoretic, un UPS poate servi în aceste scopuri, dar acest lucru necesită baterii de capacitate uriașă, ceea ce va afecta semnificativ prețul unui astfel de sistem.
Tipuri de surse de alimentare neîntreruptibile
Tipurile (tipurile) de UPS au multe nume, dar există încă exact trei dintre ele. Să ne dăm seama.
Deci, există trei tipuri principale de UPS:
Back UPS
Alte nume echivalente sunt Off-line UPS, Standby UPS, standby UPS. Cele mai comune UPS sunt utilizate pentru majoritatea tipurilor de echipamente de uz casnic și computer.
Înapoi pur și simplu comută sarcina la puterea bateriei atunci când tensiunea de intrare iese din interval. Limita inferioară pentru diferite modele este de aproximativ 180V, limita superioară este de aproximativ 250V. Tranzițiile la baterie și înapoi sunt cu histerezis. Adică, de exemplu, la scădere, trecerea la baterie va avea loc la 180 V sau mai puțin și înapoi la 185 V sau mai mult. Același principiu se aplică tuturor tipurilor de UPS.
Îmi amintește ceva despre care dezactiveazăîncărcă, dar Back UPS nu se deconectează, dar întrerupătoare pe baterie, ceea ce îi permite să funcționeze ceva timp.
UPS inteligent
Alte denumiri: Line-Interactive, UPS de tip interactiv. Principiul de funcționare nu este departe de Back.
UPS-urile inteligente funcționează mai inteligent, așa cum sugerează și numele. De asemenea, comută suplimentar autotransformatorul intern, stabilizând într-un fel tensiunea de intrare. Și doar ca ultimă soluție trec la o baterie.
Astfel, norma tensiunii de ieșire se menține chiar și cu abateri mai mari la intrare (150...300V). Autotransformatorul are mai multe trepte de comutare, astfel încât Smart UPS comută bornele autotransformatorului până în ultimul moment, pornind bateria doar în ultimul moment. Acest lucru vă permite să economisiți bateria pornindu-l numai atunci când există o întrerupere completă a curentului.
Acest dispozitiv seamănă cu comutarea treptată a înfășurărilor unui autotransformator. Singura diferență este că atunci când depășește limitele de funcționare, stabilizatorul va fi neputincios, iar „fata noastră inteligentă” va pune bateria în funcțiune, iar puterea nu se va pierde.
UPS online
Alte denumiri: online, sursă neîntreruptibilă dublă conversie, invertor. Un cu totul alt principiu de funcționare, pentru iubitorii de sinus pur. Energia de la intrare este convertită în tensiune continuă și furnizată invertorului, care generează undă sinusoidală pură. Și, în același timp, menține bateria la 100% pregătire. Dacă este necesar, invertorul continuă să funcționeze în același mod, doar că primește energie de la baterie.
Folosit pentru alimentarea cu energie de urgență a echipamentelor care sunt sensibile la forma tensiunii de ieșire - de exemplu, cazane pe gaz, servere, echipamente audio-video profesionale și alte echipamente importante din punct de vedere strategic.
Există două dezavantaje ale UPS-ului online - prețul și eficiența. Eficiența este scăzută, deoarece un astfel de UPS este pornit constant, după cum sugerează și numele. Spre deosebire de celelalte două tipuri.
Ce este nou în grupul VK? SamElectric.ru ?
Abonați-vă și citiți articolul în continuare:
Există varietăți de UPS online care folosesc așa-numitul „prin zero” pentru funcționarea corectă a cazanelor electrice pe gaz. Acest lucru se datorează faptului că astfel de cazane sunt sensibile la prezența zero real pentru aprinderea corectă.
Examinarea unui UPS folosind un osciloscop
Și acum - partea cea mai interesantă.
Tensiune de ieșire Back UPS
Am realizat un studiu folosind un osciloscop Fluke 124. Prezent și comentez oscilogramele (forma impulsurilor și oscilațiilor la ieșirea ups-ului) de mai jos.
Ce puteți vedea din această diagramă de timp? Perioada 20ms, frecventa 50Hz, amplitudine 315V. Este de remarcat faptul că faza sinusului și impulsurile generate coincid, ceea ce este bine. Când tensiunea de rețea cade, UPS-ul ezită timp de 5-7 ms, apoi apar impulsuri numite „cvasi-sinus”. Aici sunt ei:
Back UPS. Tensiunea de ieșire când este alimentată de baterii.
Osciloscopul a măsurat tensiunea RMS (rădăcină medie pătrată), aceasta corespunde normei. Totuși, când am măsurat aceeași tensiune cu un multimetru, am obținut o valoare de 155 V. De ce ieșirea UPS-ului este de joasă tensiune?
Cert este că multimetrul măsoară doar prima armonică cu o frecvență de 50 Hz. Pentru sinus totul este neted. Dar dacă măsurați tensiunea unor astfel de impulsuri, este necesar să măsurați RMS, pătratul mediu, altfel nu vor fi luate în considerare următoarele armonici - 100, 150, 200 Hz. Și ele reprezintă o parte semnificativă a energiei, până la 30%. Producătorii de UPS cunosc această caracteristică și pentru a nu deranja (și nu crește prețul produselor lor), emit astfel de impulsuri cu o amplitudine de aproximativ 370V dispozitivelor noastre.
Aflați mai multe despre măsurarea tensiunii non-sinusoidale pătrate medii în videoclip:
Iată un grafic mărit, în care puteți vedea că tensiunea după comutare crește mai întâi timp de o jumătate de secundă la 400V și apoi se stabilizează:
Back UPS. Ieșire, durata 2 secunde
Și iată cum se schimbă forma tensiunii la ieșirea Back-UPS atunci când treceți de la baterie la alimentarea de la rețea:
Back UPS, – Tensiune la ieșirea UPS la trecerea de la baterie la rețea. Ieșire UPS formă de impuls
Nici faza nu se schimbă, totul este bine. Am conectat un UPS la ieșire, am schimbat modurile de alimentare înainte și înapoi - demarorul a fost tras în mod fiabil, fără probleme.
Subiectul de testare a fost un UPS APC Back-500-RS, parametri din fotografia de mai jos:
Parametrii UPS din spate - panoul din spate
Tensiune de ieșire UPS inteligentă
Acum, pentru a fi complet, voi da o oscilogramă a tensiunii la ieșirea UPS-ului Smart. UPS-ul Ippon Smart Power Pro 1000 a fost testat.
UPS inteligent_Baterie de rețea
Timpul de comutare este, de asemenea, nesemnificativ pentru toate echipamentele moderne - mai puțin de 7 ms.
Nu am schimbat fără probleme tensiunea de intrare, deoarece nu exista un astfel de obiectiv. Cred că în acest caz Smart UPS-ul se comportă exact la fel ca un stabilizator de tensiune cu releu.
Aceste studii au fost realizate ca parte a unui proiect asupra unui frigider industrial.
Cerințele privind calitatea energiei electrice sunt prevăzute legal de standardele de stat și de reglementări destul de stricte. Organizațiile de furnizare a energiei electrice depun multe eforturi pentru a le respecta, dar nu sunt întotdeauna implementate.
În apartamentele noastre și în producție, apar periodic următoarele:
întreruperi complete de curent pentru o perioadă nedeterminată de timp;
impulsuri de tensiune aperiodice de scurtă durată (10÷100 ms) de înaltă tensiune (până la 6 kV);
supratensiuni și căderi de tensiune cu durate diferite;
suprapuneri de zgomot de înaltă frecvență;
derive de frecvență.
Toate aceste probleme afectează negativ munca consumatorilor de energie electrică casnică și de birou. Dispozitivele microprocesoarelor și computerelor sunt afectate în special de calitatea sursei de alimentare; nu numai că eșuează, dar își pot pierde complet funcționalitatea.
Scopul și tipurile de surse de alimentare neîntreruptibile
Pentru a reduce riscul defecțiunilor în rețeaua de alimentare, se folosesc dispozitive de rezervă, care sunt denumite în mod obișnuit surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS) sau UPS (derivată din abrevierea expresiei în limba engleză „Sursa de alimentare neîntreruptibilă”).
Sunt fabricate cu diferite modele pentru a rezolva probleme specifice ale consumatorilor. De exemplu, UPS-urile puternice cu baterii cu gel pot menține alimentarea cu energie a unei întregi căsuțe timp de câteva ore.
Bateriile lor primesc o încărcare de la o linie electrică, un generator eolian sau alți purtători de energie electrică prin dispozitivul redresor cu invertor. De asemenea, hrănesc consumatorii de electricitate ai cabanei.
Când sursa externă este oprită, bateriile sunt descărcate la sarcina conectată la rețeaua lor. Cu cât capacitatea bateriei este mai mare și cu cât curentul de descărcare este mai mic, cu atât funcționează mai mult.
Sursele de alimentare neîntreruptibile de putere medie pot face copii de rezervă pentru sistemele de climatizare interioară și echipamente similare.
În același timp, cele mai simple modele UPS sunt capabile doar să finalizeze programul de oprire de urgență a computerului. În același timp, durata întregului proces al muncii lor nu va depăși 9÷15 minute.
Sursele de alimentare neîntreruptibile pentru computer sunt:
încorporat în corpul dispozitivului;
extern.
Primele modele sunt comune la laptopuri, netbook-uri, tablete și dispozitive mobile similare alimentate de o baterie încorporată, care este echipată cu un circuit de comutare a puterii și a sarcinii.
Baterie laptop cu un controler încorporat este o sursă de alimentare neîntreruptibilă. Circuitul său protejează automat echipamentul de funcționare împotriva defecțiunilor electrice.
Design UPS extern, destinate finalizării normale a programelor de calculator desktop, sunt fabricate ca o unitate separată.
Acestea sunt conectate printr-un adaptor de alimentare la o priză electrică. Acestea alimentează numai acele dispozitive care sunt responsabile pentru rularea programelor:
unitate de sistem cu o tastatură conectată;
un monitor care afișează procesele în desfășurare.
Alte dispozitive periferice: scanere, imprimante, difuzoare și alte echipamente nu sunt alimentate de UPS. În caz contrar, în cazul încetării de urgență a programelor, aceștia vor prelua o parte din energia acumulată în baterii.
Opțiuni pentru construirea diagramelor de funcționare UPS
UPS-urile pentru calculatoare și industriale sunt fabricate în trei opțiuni principale:
alimentare de rezervă;
diagramă interactivă;
dubla conversie a energiei electrice.
Cu prima metodă schema de rezervă, notat prin termenii englezi „Standby” sau „Off-Line”, tensiunea este furnizată de la rețea la computer printr-un UPS, în care interferențele electromagnetice sunt eliminate prin filtre încorporate. Tot aici este instalat, a cărui capacitate este menținută de curentul de încărcare reglat de controler.
Când sursa de alimentare externă dispare sau depășește standardele stabilite, controlerul direcționează energia bateriei către consumatorii de energie. Un simplu invertor este conectat pentru a transforma curentul continuu în curent alternativ.
Beneficiile UPS Standby
Sursele de alimentare neîntreruptibilă off-line au o eficiență ridicată atunci când li se aplică tensiunea, funcționează liniștit, emit puțină căldură și sunt relativ ieftine.
Defecte
UPS Standby se remarcă:
trecere lungă la puterea bateriei 4÷13 ms;
forma distorsionată a semnalului de ieșire produs de invertor mai degrabă sub formă de meandre decât de sinusoid armonic;
lipsa ajustării tensiunii și frecvenței.
Astfel de dispozitive sunt cele mai comune pe computerele personale.
UPS cu circuit interactiv
Ele sunt desemnate prin termenul englezesc „Line-Interactive”. Acestea sunt realizate conform schemei anterioare, dar mai complicate, prin includerea unui stabilizator de tensiune folosind un autotransformator cu reglare în trepte.
Acest lucru oferă ajustări ale tensiunii de ieșire, dar nu sunt capabili să controleze frecvența semnalului.
Filtrarea interferențelor în modul normal și trecerea la alimentarea cu invertor în caz de urgență are loc conform algoritmilor UPS Standby.
Adăugarea unui stabilizator de tensiune a diferitelor modele cu tehnici de control a făcut posibilă crearea invertoarelor cu o formă de semnal nu numai de undă pătrată, ci și de sinusoid. Cu toate acestea, un număr mic de etape de control bazate pe comutarea releului nu permite implementarea funcțiilor de stabilizare completă.
Acest lucru este valabil mai ales pentru modelele ieftine, care, la trecerea la alimentarea bateriei, nu numai că măresc frecvența peste cea nominală, ci și distorsionează forma undei sinusoidale. Interferența este introdusă de un transformator încorporat, în miezul căruia au loc procese de histerezis.
Modelele scumpe folosesc invertoare bazate pe comutatoare cu semiconductor. UPS Line-Interactive are performanțe mai rapide atunci când treceți la alimentarea cu baterie decât UPS-ul Off-Line. Este asigurată de operarea unor algoritmi de sincronizare între tensiunea de intrare și semnalele de ieșire. Dar, în același timp, există o oarecare subestimare a eficienței.
UPS-ul Line-Interactive nu poate fi utilizat pentru alimentarea motoarelor asincrone, care sunt instalate pe scară largă pe toate aparatele de uz casnic, inclusiv pe sistemele de încălzire. Sunt folosite pentru a opera dispozitive cu putere unde puterea este filtrată și rectificată în același timp: computere și electronice de larg consum.
UPS cu dublă conversie
Această schemă UPS este numită după expresia engleză „On-line” și funcționează pe echipamente care necesită energie de înaltă calitate. Produce dubla conversie a energiei electrice, atunci când armonicile sinusoidale ale curentului alternativ sunt convertite constant de redresor într-o valoare constantă, trecută prin invertor pentru a crea o sinusoidă repetată la ieșire.
Aici bateria este conectată permanent la circuit, ceea ce elimină necesitatea comutării acesteia. Această metodă elimină practic perioada de pregătire a sursei de alimentare neîntreruptibile pentru comutare.
Funcționarea unui UPS on-line în funcție de starea bateriei poate fi împărțită în trei etape:
stadiul de încărcare;
stare de așteptare;
descărcare pentru operarea calculatorului.
Perioada de încărcare
Circuitele de intrare și ieșire a undelor sinusoidale sunt întrerupte de comutatorul intern al UPS-ului.
Bateria conectată la redresor primește energie de încărcare până când capacitatea sa este restabilită la valori optime.
Perioada de pregătire
După ce bateria este încărcată, sursa automată de alimentare neîntreruptibilă închide comutatorul intern.
Bateria menține o stare de pregătire pentru funcționare în modul tampon.
Perioada de descărcare
Bateria este transferată automat pentru a alimenta stația computerului.
Sursele de alimentare neîntreruptibile care funcționează folosind metoda dublei conversii au o eficiență mai mică în modul de alimentare în linie decât alte modele datorită consumului de energie pentru căldură și zgomot. Dar în structurile complexe, tehnicile sunt folosite pentru a crește eficiența.
UPS On-line este capabil să corecteze nu numai valoarea tensiunii, ci și frecvența sa de oscilație. Acest lucru le diferențiază de modelele anterioare și le permite să fie utilizate pentru a alimenta diverse dispozitive complexe cu motoare asincrone. Cu toate acestea, costul unor astfel de dispozitive este semnificativ mai mare decât modelele anterioare.
Compoziția UPS
În funcție de tipul de circuit de funcționare, setul de alimentare neîntreruptibilă include:
baterii pentru stocarea energiei electrice;
Asigurarea intretinerii performantei bateriei;
invertor pentru generarea unei undă sinusoidală,
diagrama de control al procesului;
software.
O rețea locală poate fi utilizată pentru accesul de la distanță la dispozitiv, iar fiabilitatea circuitului poate fi crescută prin redundanța acestuia.
Unele surse de alimentare neîntreruptibilă utilizează modul „Bypass”, atunci când sarcina este alimentată de tensiunea de rețea filtrată fără a opera circuitul principal al dispozitivului.
Partea UPS are un regulator de tensiune în trepte „Booster”, controlat automat.
În funcție de necesitatea implementării unor soluții tehnice complexe, sursele de alimentare neîntreruptibile pot fi echipate cu funcții speciale suplimentare.
Alimentarea cu energie electrică internă se caracterizează printr-o fiabilitate scăzută și nesatisfăcătoare. Aceasta se datorează rețelelor electrice învechite, uzurii echipamentelor, performanțelor scăzute ale convertoarelor de energie, proceselor tranzitorii la surse și utilizatorii de energie electrică, factori naturali și climatici. În astfel de condiții, sistemele de alimentare neîntreruptibilă sunt extrem de necesare pentru a asigura funcționarea consumatorilor atât din prima cât și din celelalte categorii.
Pentru proprietarii de apartamente și case, funcționarea stabilă a rețelei electrice este, de asemenea, importantă. Oprirea funcționării aparatelor electrocasnice nu este cea mai gravă dintre probleme. Mult mai importantă este funcționarea fără probleme a sistemelor de susținere a vieții, în special a sistemului de încălzire, dacă depinde direct de sursa de alimentare. Sursa de alimentare neîntreruptibilă UPS (UPS) vine în ajutor - un dispozitiv care protejează receptoarele electrice de întreruperi prin stocarea energiei electrice în baterii reîncărcabile (AB) și garantează calitatea necesară a energiei (QE) în modurile de funcționare autonome și de rețea.
Înainte de a schița o abordare pentru crearea alimentării cu energie a sarcinilor fără defecțiuni, ar trebui să aflați ce defecțiuni pot fi așteptate de la rețelele electrice domestice.
Căderi de curent în rețelele electrice
Tensiunea joasă este o întâmplare comună în sursa de alimentare. Dar nu este deosebit de dominantă față de cea ridicată, care este și comună. Noaptea, tensiunea este stabilă, ziua scade, iar seara, când majoritatea sarcinilor sunt oprite, crește.
Frecvența instabilă este, de asemenea, un eșec, deși destul de rară. Când rețeaua este puternic încărcată, aceasta poate scădea la 45 Hz, ceea ce duce la o distorsiune semnificativă a semnalului care afectează negativ funcționarea UPS-ului. Unele dispozitive percep o scădere a frecvenței ca pe o urgență, iar bateria se poate descărca rapid.
O întrerupere completă a curentului nu este un eveniment atât de rar. Electricienii nu sunt foarte atenți la funcționarea electronicelor și pot întrerupe în mod neașteptat alimentarea unei clădiri. O întrerupere momentană a curentului este suficientă pentru a provoca pierderea de informații de pe computer. Când rețelele sunt supraîncărcate, pot apărea întreruperi de curent. Prin urmare, este important cât de fiabil sistemul UPS furnizează energie neîntreruptibilă.
Clasificare UPS
Ele sunt împărțite în trei grupe:
- UPS de putere redusă pentru conectare prin prize electrice. Designul poate fi de masă sau pe podea, iar puterea variază de la 0,25 la 3 kW.
- Dispozitivele de putere medie - de la 3 la 30 kW - conțin un bloc de prize construit în interior, sau sunt, de asemenea, conectate prin grupuri de prize în rețeaua de alimentare a consumatorilor de la panoul de control. Dispozitivele sunt fabricate pentru amplasare atat in birouri cat si in incaperi separate dotate.
- UPS de mare putere - de la 10 la 800 kW. Situat în sălile mașinilor electrice. Ele sunt colectate în grupuri și au creat sisteme energetice de mare putere - până la câteva mii de kW.
Tipuri de UPS
În prezent, există 4 tipuri de UPS (UPS). Proprietățile comune tuturor sunt:
- filtrarea de impulsuri și zgomot;
- eliminarea distorsiunilor de formă a semnalului;
- stabilizarea tensiunii (nu este disponibilă pentru toate modelele);
- mentinerea bateriei incarcata;
- Când bateria UPS-ului este descărcată, mai întâi va semnala și apoi va opri consumatorul.
UPS off-line
Principiul de funcționare al dispozitivelor acestei modificări este de a alimenta consumatorul din rețeaua existentă și de a trece instantaneu la o sursă de alimentare de rezervă autonomă în situații de urgență (4-12 ms). Sunt mai simple și mai ieftine decât alte tipuri.
UPS-ul trece de obicei la funcționare de la bateria încorporată.
Când funcționează din rețea, dispozitivul suprimă zgomotul cu impulsuri și menține tensiunea la un anumit nivel. O parte din energie este cheltuită pentru reîncărcarea bateriei. Dacă rețeaua funcționează într-un mod non-standard, consumatorul trece la funcționarea cu baterie. Fiecare model de UPS determină în felul său necesitatea trecerii la acest mod. Durata de funcționare a bateriei depinde de caracteristicile acesteia și de puterea consumată de sarcină. Dacă sursa de alimentare de rezervă este descărcată, se dă o comandă de oprire a consumatorului. Dacă tensiunea de la rețea atinge un nivel normal, UPS-ul trece în modul normal de funcționare a rețelei și începe încărcarea bateriei.
Interactiv liniar
Modelele de up-uri interactive Line sunt echipate cu stabilizatoare care funcționează continuu și asigură că bateriile sunt rareori conectate.
Dispozitivul interacționează cu rețeaua, controlând amplitudinea și forma tensiunii rețelei.
Când tensiunea scade sau crește, unitatea își ajustează valoarea prin comutarea robinetelor autotransformatorului. În acest fel se menține valoarea sa nominală. Dacă parametrul depășește limitele admise și domeniul de comutare nu mai este suficient, UPS-ul comută la alimentarea de rezervă a bateriei. Unitatea poate fi deconectată de la sursa principală atunci când este primit un semnal distorsionat. Există modele care ajustează forma de undă a tensiunii fără a trece la funcționarea cu baterie.
UPS ferrorezonant
Dispozitivul conține un transformator ferorezonant, care funcționează ca stabilizator de tensiune. Avantajul său este acumularea de energie în câmpul magnetic, care este eliberată în timpul comutării în 8-16 ms. Această perioadă de timp este suficientă pentru ca UPS-ul să intre într-un nou mod de operare.
Transformatorul îndeplinește funcția suplimentară de filtru de zgomot. Distorsiunea tensiunii de intrare nu afectează forma de undă de ieșire, care rămâne sinusoidală.
UPS cu dublă conversie
Dispozitivul de conversie dublă a energiei funcționează pe principiul redresării tensiunii de rețea și apoi al transformării acesteia în tensiune alternativă stabilizată. Aici se folosește un redresor mai puternic, care nu numai că reîncarcă bateria, ci și furnizează invertorului o tensiune constantă stabilizată.
De la ieșirea dispozitivului, sarcina este furnizată o tensiune alternativă stabilizată.
Când dubla conversie nu este suficientă pentru a regla tensiunea rețelei, încărcarea suplimentară este furnizată de la baterie la invertor. Nu există comutatoare, dar modul este deja diferit.
Dacă invertorul se defectează, acesta trece la funcționare de la rețea printr-un bypass. Alegerea unui UPS cu dublă conversie pentru uz privat este irațională din cauza pierderilor mari de energie. Acest tip de protecție este utilizat de organizațiile care necesită o fiabilitate ridicată a echipamentelor.
Tipuri de sisteme
Sistemele de alimentare neîntreruptibilă pot fi centralizate sau distribuite. În primul caz, un UPS funcționează pentru întreaga clădire sau un etaj separat, care face față tuturor sarcinilor.
Sursele de alimentare neîntreruptibilă includ mai multe dispozitive de protecție, fiecare dintre ele funcționând pe un singur computer sau alt echipament. Sunt destul de eficiente.
Avantajele unui sistem distribuit sunt următoarele:
- UPS-ul este selectat special pentru un dispozitiv individual care este cel mai critic sau funcționează în condiții dure.
- Sistemul poate fi extins treptat, începând cu protecția serverului și trecând la stațiile de lucru.
- UPS-urile eșuate pot fi înlocuite cu altele din elemente de sistem mai puțin importante.
- UPS-ul de putere redusă nu necesită instalare și întreținere de către personal special.
- Posibilitatea de conectare la o sursă obișnuită de alimentare prin prize.
- UPS-urile sunt utilizate independent unele de altele.
Sistemele centralizate de alimentare neîntreruptibilă includ UPS-uri de nivel înalt care protejează mai bine echipamentele. În ciuda costului lor ridicat, se realizează economii de costuri generale, deoarece un dispozitiv este mai ieftin decât mai multe. Însă pentru calculatoarele simple, sistemul va costa mai mult, deoarece întreținerea lui necesită personal înalt calificat sau serviciile unor companii specializate care instalează sisteme de alimentare neîntreruptibilă și le deservesc.
Este necesar în următoarele cazuri:
- computerele sunt sarcina principală a rețelei;
- unele organizații au nevoie de sisteme foarte fiabile, cum ar fi băncile;
- consumatorii variază semnificativ ca putere: sistem informatic, comunicații, sistem de securitate.
La ce să cauți atunci când alegi un UPS?
Atunci când alegeți un sistem de alimentare neîntreruptibilă, există mai mulți factori importanți de luat în considerare. Să le enumerăm pe cele principale.
De ce este protejat echipamentul?
În primul rând, este necesar să se măsoare tensiunea din rețeaua electrică. Durata minimă a ciclului va fi de o zi. Acesta reflectă cel mai bine funcționarea rețelei electrice. Dacă trebuie să lucrați în weekend, trebuie să obțineți informații pe un ciclu săptămânal, ziua și noaptea.
Este important să se determine tensiunea maximă și minimă, precum și puterea și frecvența impulsurilor în rețea. Dispozitivul poate fi un reportofon.
Cel mai simplu mod pentru utilizator este măsurarea tensiunii, timp în care, în opinia sa, tensiunea atinge un maxim și un minim. Nu ignora weekendurile.
Dacă proprietarul apartamentului are echipamente puternice, este necesar să se măsoare tensiunea din rețeaua de acasă atunci când este pornit și oprit. Ar trebui să aflați cât de des este întreruptă sursa de alimentare de acasă și din ce motive. Este important să aveți un fir de împământare în apartament. În acest caz, ar trebui să aflați cât de fiabil este conectat la magistrala panoului de podea.
Tipul echipamentului protejat
Este întocmită o listă de echipamente care necesită utilizarea unui UPS. În acest caz, trebuie să știți ce este consumat de fiecare.Este suficient să determinați valoarea nominală a acestuia, care este în specificațiile tehnice. Unele echipamente consumă uneori energie maximă care este de câteva ori valoarea sa nominală. Ar trebui stabilită o rezervă de putere pentru el.
Durata de viata a bateriei
Aici este important să se determine pentru ce perioadă este posibilă salvarea datelor în siguranță sau finalizarea operațiunilor tehnologice necesare (transfer informație, salvare fișiere, primire mesaje).
Personalul Necesar
În funcție de complexitatea sistemului, este necesar să-l opereze un anumit personal de specialiști. Acest lucru trebuie clarificat pentru a calcula corect toate costurile. Prețul sistemului de protecție nu trebuie să depășească 10% din costul echipamentului principal.
UPS pentru acasă
Pentru o cabană medie, este convenabil un sistem de alimentare neîntreruptibilă UPS (UPS) cu o putere de aproximativ 15 kW. Pentru a asigura o funcționare autonomă timp de 2-3 ore, aveți nevoie de 4 baterii cu o capacitate totală de 2000 Ah. Acestea vă permit să acumulați energie electrică de aproximativ 7 kWh.
In casa, cele mai importante sunt sistemul de incalzire si electrocasnicele cu calculator. Costul unui UPS depinde de putere, de numărul de baterii și de producător. Pentru un cazan, puteți achiziționa o sursă cu o putere de 360 W la un preț de 7 mii. Pentru întreaga casă veți avea nevoie de o putere UPS de până la 15 kW, al cărei preț este de peste 70 de mii de ruble.
Pe lângă convertoare, sunt necesare baterii, care trebuie schimbate periodic. Un UPS pentru o casă costă mulți bani. Sistemele de alimentare neîntreruptibilă cu baterii sunt deosebit de scumpe.
În ciuda acestui fapt, puteți economisi la repararea altor echipamente. În plus, există opțiuni alternative folosind generatoare. Uneori, vă puteți descurca instalând stabilizatori de tensiune, care fac față multor sarcini, inclusiv oprirea corectă a echipamentelor.
UPS-urile moderne sunt echipate cu o interfață clară. Folosind afișajul, puteți monitoriza funcționarea sistemului, unde parametrii principali sunt tensiunea de intrare și ieșire, consumul de energie, circuitul de funcționare, încărcarea bateriei.
Ce UPS să alegeți depinde de nevoile utilizatorului. Un computer de acasă poate avea suficientă putere pe durata închiderii acestuia. Pentru funcționarea neîntreruptă a cazanului timp de 8-9 ore, veți avea nevoie de un dispozitiv de protecție de 1 kW cu trei baterii de 65 A/h.
Concluzie
Sistemele sunt concepute pentru a asigura funcționarea autonomă a aparatelor electrice și echipamentelor electronice pentru o perioadă scurtă de timp. Indicatorul principal este puterea UPS-ului și capacitatea bateriei. Este recomandabil să alegeți echipamente care conțin un stabilizator de tensiune.
Durata de funcționare a bateriei depinde de caracteristicile acesteia și de puterea consumată de sarcină. Dacă sursa de alimentare de rezervă este descărcată, se dă o comandă de oprire a consumatorului. Dacă tensiunea de la rețea atinge un nivel normal, UPS-ul trece în modul normal de funcționare a rețelei și bateria începe să se încarce.
