Základné technológie záložných zdrojov UPS, rozdelenie a popis technológií Off-line, Line interactive a On-Line.
Kompletný prehľad riešení pre nepretržité napájanie
Zdroje neprerušovaného napájania (UPS – Uninterruptible Power Supply) sú kľúčovým prvkom ochrany citlivých zariadení pred výpadkami elektrickej energie, kolísaním napätia a rušením v sieti. V súčasnosti označenie UPS zahŕňa široké spektrum riešení – od kompaktných jednotiek s výkonom niekoľko stoviek VA pre domáce a kancelárske použitie až po robustné systémy s výkonom niekoľko MVA pre dátové centrá, telekomunikačné uzly či priemyselné aplikácie.
Prečo sú technológie UPS dôležité?
Moderné prostredia vyžadujú vysokú dostupnosť a stabilitu napájania. Výpadok elektriny môže spôsobiť stratu dát, poškodenie hardvéru alebo prerušenie kritických procesov. Preto je správny výber UPS technológie zásadný. Norma EN 62040-3 definuje tri základné topológie statických zdrojov UPS:
- Off-line (Passive Stand-by) – cenovo dostupné riešenie pre základnú ochranu počítačov a elektroniky.
- Line-Interactive (VI) – vyššia úroveň ochrany s automatickou reguláciou napätia (AVR), vhodná pre servery a kancelárske siete.
- On-line (Double Conversion) – najvyššia úroveň ochrany s úplne nezávislým výstupným napätím a frekvenciou, ideálna pre kritické aplikácie.
Každá technológia má svoje výhody, limity a odporúčané použitie. Na stránke DTW.sk nájdete podrobné informácie o princípe činnosti, výhodách a vhodnosti jednotlivých riešení.
Hľadáte spoľahlivé UPS riešenie?
Prečítajte si náš prehľad technológií a vyberte si optimálny zdroj neprerušovaného napájania pre vaše zariadenia. V prípade otázok nás kontaktujte – radi vám poradíme.
Základné topológie statických zdrojov UPS
V súvislosti s vysokým rastom kritických záťaží, v roku cca 2000 zahŕňalo označenie UPS (Zdroje neprerušovaného napájania) produkty od niekoľkých stoviek VA, určené pre kancelárske zariadenia až do niekoľko MVA, pre počítačové alebo telekomunikačné centrá. Zároveň sa uplatnené technológie diferencovali podľa charakteru, kritických vlastností a výkonu jednotlivých aplikácií.
A tak sa názvoslovie ponúkaných produktov vyvíjalo občas anarchickým, ba dokonca obchodne chybným spôsobom vzhľadom na používateľa (poznámka: úprava názvoslovia sa opakuje smerom na spotrebiteľa i v súčasnosti).
Z tohto dôvodu sa CEI (Medzinárodná elektrotechnická komisia) pokúsila pre jednotlivé typy UPS stanoviť normy a zmerať ich parametre, prvky, ktoré prebral Cenelec (Európsky výbor pre normalizáciu).
Norma EN 62040-3 definuje tri normované typy UPS, ako aj metódy merania ich technických parametrov a to UPS na princípe:
- pasívneho čakania (po anglicky passive Stand-by),
- interakcie so sieťou (po anglicky Line-Interactive),
- dvojitej konverzie (po anglicky double conversion).
Princíp činnosti Passive Stand-by (VFD alebo Off-line)
(Voltage Dependent = napäťovo závislé zdroje)
Záložné zdroje pracujúce na princípe pasívneho čakania (Passive Standby) VFD – výstupné napätie aj frekvencia závislá od vstupnej frekvencie a napätia. Striedač sa v prípade výpadku elektriny aktivuje v priebehu niekoľkých ms (cca 5 ms) a zabezpečí napájanie záťaže z úložiska energie.
UPS tejto topológie sa využívajú na ochranu zariadení a pracovných počítačových staníc. Cenovo patria medzi najlacnejšie spomedzi ostatných druhov UPS. Rozmerovo sú najmenšie vzhľadom k jednoduchosti využitia. Výstupné napätie pri prevádzke zo striedača nie je sínusové.
Ako pracuje off line UPS
UPS topológie VFD počas bežnej prevádzky dodáva napájanie z elektrickej siete, ktoré je jednoducho filtrované, nie konvertované.
Prevádzka je sekvenčná, t.j. záťaž je prenesená z elektrickej siete na batériu a späť.
V prípade výpadku napájania, poklesu napätia, UPS pracuje z batérie aby dodával stabilizované napájanie.
Táto technológia nie je vhodná pre často rušené inštalácie (priemyselné alebo zvláštne prostredia).
Popis technológie
VFD (výstupné napätie aj frekvencia závislá na vstupnej frekvencii), bežne nazývané Off Line. Tieto zdroje sú určené hlavné pre elektronické záťaže, ktoré sú na vstupe vybavené spínaným zdrojom. Medzi takéto záťaže patrí takmer každá elektronika od domácich spotrebičov, registračné pokladnice, počítače, základné malé servery a podobne. Tieto spotrebiče majú na vstupe usmerňovač, ktorý vytvorí pre napájanie vlastnej elektroniky malé jednosmerné napätie, ktorým je zariadenie ako celok napájané. O kvalitu napájania sa stará samotný spínaný zdroj v spotrebiči. Napätie pri prevádzke z batérie nie je sínusové a nie je vhodné na napájanie záťaží, ktoré obsahujú motory, indukčnosti a podobne.
Výhody:
- Nízka cena.
- Často dostatočná výkonnosť pre komerčné prostredia.
Bloková schéma zdroja neprerušovaného napájania topológie Off-line
Bloková schéma zdroja neprerušovaného napájania topológie Off-line
Princíp činnosti Line Interactive (VI)
Pre stredný stupeň ochrany spravidla do do 3000 VA (Voltage Independent = napäťovo nezávislé zdroje) Záložné zdroje pracujúce na princípe interakcie so sieťou VI – výstupné napätie je nezávislé od vstupného, napätia, minimálne anomálie elektrickej siete sa vyrovnávajú prostredníctvom auto transformátora. Zdroje Line Interactive nedokážu korigovať frekvenciu vstupného napätia. Technológia by mala mať pri prevádzke z úložiska energie na výstupe sínusové napätie, avšak lacné ekonomické varianty majú tvar modifikovaného sínusu. Striedač je pripojený paralelne a zálohuje napájaciu sieť. Vďaka reverznej prevádzke pracuje v interakcii so sieťou. Výrazy „Boost/Buck“, „AVR“ (automatické nastavenie napätia) a „Delta Conversion“ označujú topológiu typu Line-Interactive. Využívajú sa na zálohovanie serverov a počítačových staníc, spotrebiče vyžadujúce sínusové vstupné napätie. Cena je nižšia ako pri použití on-line UPS rovnakého výkonu.
Ako pracuje line interactive UPS
- Prevádzka je identická s passive standby UPS.
- Tento UPS je riadený mikroprocesorom, ktorý monitoruje kvalitu elektrickej siete a reaguje na zmeny.
- Pri veľkých úbytkoch napätia sa aktivuje AVR, ktorý ich kompenzuje.
Popis technológie
VI (výstupné napätie je nezávislé od vstupného, frekvencia áno), bežne nazývané Line interactive. Tieto záložné zdroje sú vybavené na výstupe spravidla autotransformátorom, ktorý pri znížení alebo zvýšení vstupného napätia zvýši, prípadne zníži výstupné napätie. Tieto zdroje by mali mať pri prevádzke z batérie na výstupe sínusový tvar napätia, no boj o dosiahnutie nižšej ceny v posledných rokoch začal za technológiu Line Interactive označujovať aj zdroje technológie active offline za Line interactive. V technológii active offline sú všetky zdroje označené ako Line Interactive, ktoré majú na výstupe pri prevádzke z batérie trapézové napätie, či inak nazývane aj ako modifikovaný sínus.
Bloková schéma zdroja neprerušovaného napájania topológie line interactive
Zdroj neprerušovaného napájania topológie line interactive
Princíp činnosti dvojitej konverzie (VFI alebo On-line)
Pre najvyšší stupeň ochrany – od 700 VA
(Voltage and Frequency Independent = frekvenčne a napäťovo nezávislé zdroje)
Záložné zdroje pracujúce na princípe dvojitej konverzie (Double Conversion) VFI – výstupné napätie a frekvencia sú nezávislé od vstupného napätia a frekvencie. Napájanie spotrebičov prebieha bez prerušenia cez striedač. Úložisko energie (akumulátory) sa súčasne nabíja zo siete, alebo udržiava v nabitom stave. Striedač je sériovo vložený medzi sieť a používateľa. Elektrický výkon cez neho prechádza tranzitne bez prestávky, trvale. Pri výpadku sieťového napájania dochádza k okamžitému prechodu na batériový režim bez prerušenia dodávky napájania pre záťaže.
Technológia dvojitej konverzie je najrozšírenejšia v rámci technológií zdrojov UPS. Využíva sa na zálohovanie akýchkoľvek aplikácií bez obmedzení. Cena je z uvedených technológií najvyššia, ale chráni napájanú záťaž pred všetkými poruchami v elektrickej sieti.
Ako pracuje On line UPS
Dvojkonverzné UPS potláčajú rušenia elektrickej siete, ktoré dokážu poškodiť pripojenú elektroniku. Vstupný prúd je plne regenerovaný trvalou konverziou zo striedavého na jednosmerný a potom späť na striedavý. Táto technológia je nepostrádateľná pre vitálne firemné inštalácie a poskytuje trvalú ochranu napájania.
Dvojkonverzné UPS prepínajú na napájanie z batérie pri veľmi nízkych napätiach siete (v závislosti od zaťaženia) a pri úplnom výpadku elektrickej siete.
Popis technológie
VFI (výstupné napätie a frekvencia nezávislé od vstupného napätia a frekvencie) nazývané ako On Line alebo dvojitej konverzie. Len dvojitá konverzia (usmernenie vstupného striedavého napätia a potom jeho rozstriedanie na striedavé) je technológiou, ktorá dokáže menič dodávať na výstupe úplne nezávislé napätie a frekvenciu od vstupných hodnôt. Používanie termínu On Line môže zavádzať, nakoľko zdroj môže komunikovať On Line, no dvojitej konverzie nie je. Rovnako ako progresívna technológia napríklad prepínajúca na batérie bez prerušenia záťaže, no nezávislá od vstupnej frekvencie nie je.
Výhody:
- Vysoko výkonná technológia a poskytujúca trvalú ochranu napájania.
- Trvalé napájanie pre aplikácie
- Trvalá regulácia výstupného napätia.
Bloková schéma zdroja neprerušovaného napájania topológie On-line
Bloková schéma zdroja neprerušovaného napájania topológie On-line