Nepertraukiamo maitinimo blokas: paskirtis ir buitinio NEŠ darbo specifika

Siekiant išsaugoti prietaisų veikimą tinklo sutrikimų metu, naudojamas nepertraukiamo maitinimo blokas. Atsižvelgiant į aptarnaujamų vartotojų tipą ir elektros energijos parametrus, reikia pasirinkti skirtingus modelius. Šie įrenginiai yra paklausūs, todėl įsigyti reikiamas charakteristikas atitinkantį egzempliorių nėra sunku.

Tačiau prieš perkant reikia savarankiškai išsiaiškinti jo ypatybes, o ne patikėti šį klausimą pardavimais suinteresuotiems vadybininkams.

Šioje medžiagoje apžvelgsime UPS įrenginį ir darbo ypatumus, taip pat papasakosime apie jo naudojimo taisykles.

Kintamosios srovės UPS schemos

Buitinėms reikmėms naudojami nepertraukiamo maitinimo įrenginiai, prijungiami prie vienfazio 220 V tinklo, kurie tam tikrą laiką be elektros energijos gali maitinti vartotojus, kuriems reikia tokios pačios įtampos.

Taip pat yra UPS, kurie įėjime yra prijungti prie trifazio tinklo, o išėjime duoda arba 380 V, arba 220 V. Tačiau jie yra brangūs, naudojami, kai reikia gauti autonominę galią nuo 10 kVA, o tai buitinėms reikmėms nereikalinga.

Buitiniai kintamosios srovės UPS pagal veikimo schemą skirstomi į šiuos tipus:

• atsarginiai (offline);
• interaktyvieji (linijiniai-interaktyvieji);
• dvigubo konvertavimo (online).

Jie skiriasi išduodamos įtampos kokybe ir kaina. Pigiausi – atsarginiai, o brangiausi – dvigubo konvertavimo.

Paprasčiausia įgyvendinimo atsarginė maitinimo schema numato perjungimo relę ir pasyvią filtravimą trikdžiams slopinti

Kintamajai srovei paversti į nuolatinę įkroviklyje naudojamas lygintuvas. O atvirkštinė transformacija vyksta inverterio pagalba.

Nepertraukiamo maitinimo įrenginiuose grandinei perjungti nuo tinklo prie akumuliatoriaus paprastai montuojamos paprastos elektromechaninės relės. Jei ši detalė yra kokybiška, jos resurso pakanka visam UPS veikimo laikui. Tačiau dažniausiai, sugedus blokui, problema slypi būtent šiame konstrukcijos elemente.

Interaktyvi schema skiriasi nuo atsarginės tuo, kad turi įtampos stabilizatorių. Jis pagamintas kaip tipinis autotransformatorius su tiesiogiai sujungtomis apvijomis.

Įtampos stabilizavimas taip pat yra daugelyje buitinių įrenginių, todėl jei nuokrypiai nežymūs, nėra prasmės įsigyti brangesnį linijinį-interaktyvų modelį.

Transformatoriaus buvimas dažnai verčia gamintoją naudoti priverstinį aušinimą, todėl tokie UPS komplektuojami su aušintuvais. Jie skleidžia triukšmą, kurio intensyvumu panašų į kompiuterio sisteminio bloko darbą.

Inverterio maitinimas internetiniu režimu vyksta nuolat iš akumuliatorių. Todėl kilus elektros tinklo sutrikimams, perjungimo į atsarginį maitinimą laikas yra lygus nuliui.

Sudėtingiausi ir brangiausi dvigubo keitimo prietaisai taip pat turi mažiausią naudingumo koeficientą. Elektros energija virsta šiluma, kurią skleidžia įrenginys. Todėl jų naudojimą būtina pagrįsti.

Reikšmingiausias tokio tipo nepertraukiamų maitinimo šaltinių pliusas yra momentinis reagavimas į elektros išjungimą. Tačiau daugumai buitinės technikos tai nėra taip svarbu. Tie patys kompiuteriai paprastai komplektuojami su atsarginio arba interaktyvaus tipo UPS.

Svarbiausi parametrai

Šiuo metu rinkoje yra daug pasiūlymų dėl buitinių nepertraukiamo maitinimo šaltinių pardavimo. Norint teisingai nustatyti jų paskirtį ir nesuklysti renkantis, reikia suprasti, į kokius parametrus pirmiausia reikėtų atkreipti dėmesį.

Pagrindinės techninės charakteristikos

Prietaiso išėjimo galia nustato maksimalią leistiną vertę, kurią blokas garantuotai gali suteikti vartotojui. Ji matuojama voltais-amperais (V·A). Vartotojų patogumui dažnai pateikiama ši vertė ir vatais.

Prietaisų apkrovai išmatuoti galima arba naudoti ampermetrą, arba apskaičiuoti ją pagal bute įrengto skaitiklio rodmenis.

Sunaudojamą elektros energiją galima išmatuoti naudojant buitinį ampermetrą (vatmetrą) su rozete. Prijungiamą prietaisą reikia perjungti į maksimalaus vartojimo režimą

Nustatant realią kompiuterio galią, nereikėtų vadovautis maitinimo bloko nominalia verte, nes jis visada perkamas su atsarga.

Jei nėra ampermetro, reikia atlikti šiuos veiksmus:

1. Išjungti visas grandines skydelyje, išskyrus tą, iš kurios maitinamas kompiuteris.
2. Išjungti visus prietaisus šioje grandinėje.
3. Įjungti kompiuterį ir paleisti jam tipišką programą (pavyzdžiui, vaizdo įrašą iš YouTube).
4. Palaukti, kol skaitiklyje pasikeis dešimtosios kilovatų dalies vertė.
5. Užfiksuoti laiką iki kito pakeitimo.

Vidutinę sunaudojamą galią (P, vatais) per šį laikotarpį (t, minutėmis) galima apskaičiuoti pagal formulę:

P = 100 * (60 / t)

Kita svarbi charakteristika – autonominio darbo trukmė. Šis rodiklis priklauso nuo apkrovos, kurią tuo momentu patiria UPS. Esant maksimaliai leistinai galiai, buitinio prietaiso akumuliatoriai veikia 1–3 minutes. O esant pusei apkrovos – gerokai ilgiau (iki 10 minučių).

Pagal akumuliatorių autonominio darbo trukmės priklausomybės nuo vidutinės apkrovos grafiką matyti, kad ši priklausomybė yra netiesinė. Tai lemia baterijų išsikrovimo būdas.

Iš to išplaukia dvi išvados:

• nutrūkus elektros tiekimui, būtina kuo labiau sumažinti prietaisų suvartojamą apkrovą;
• pageidautina įsigyti UPS, kurio galia viršytų apskaičiuotąją bent 30 %.

Įėjimo įtampos diapazonas rodo minimaliai ir maksimaliai leistiną tinklo voltą, prie kurio neįvyks maitinimo perjungimas į akumuliatorius. Paprastai visi UPS atlaiko intervalą nuo 180 iki 260 V.

Kai kurių gamintojų galima rasti labai gerų (reklaminių) rodiklių, pavyzdžiui, apatinė vertė – 110 V. Čia reikia įsitikinti, kad šie skaičiai yra paimti būtent maksimaliai apkrovai, o ne pusei apkrovos.

Dar vienas svarbus techninis rodiklis – triukšmo lygis. UPS, pagaminti pagal linijinę-interaktyvią arba internetinę technologiją, išskiria daug šilumos, todėl gamintojai ant jų montuoja ventiliatorius. Jei aušintuvai pigūs, laikui bėgant jie skleis dūzgimą, o tai gyvenamajai patalpai nėra pageidautina.

Sąsaja ir nustatymo atlikimas

Blokų išvaizda gali būti labai įvairi. Paprastai jie turi klasikinę stačiakampę formą, kur priekinėje pusėje yra indikatoriai arba ekranas, o galinėje – maitinimo lizdai. Jų kiekis nėra toks svarbus, nes prie išėjimo galima prijungti ilgintuvą su trišakiu. Tai niekaip neprieštaraus UPS koncepcijai.

Modelis gali turėti LCD ekraną, kuriame bus rodoma situacija su prijungtų prietaisų maitinimu: maitinimo buvimas, vartotojų skaičius, akumuliatoriaus įkrova ir t. t.

Indikacijos sistema pigina įrangos kainą. Be to, ji yra praktiškesnė. Jei reikia sužinoti kokius nors parametrus, daugelyje modelių yra įgyvendinta funkcija prisijungti prie kompiuterio.

Norint sužinoti elektros tiekimo parametrus, UPS akumuliatorių būseną ir kaip jis veikia, galima jį prijungti prie kompiuterio. Daugeliui modelių ši funkcija yra įgyvendinta ir sukurta programinė įranga.

Yra trys pagrindiniai sąsajos tipai:

• USB. Dažniausiai naudojamas kompiuterio ir UPS jungimas.
• RS-232 (COM prievadas). Retai pasitaiko buitiniuose modeliuose.
• Ethernet 10/100. Jis naudojamas nuotoliniam UPS valdymui.

Programinė įranga, skirta gauti UPS charakteristikas ir jį valdyti, sukurta ne tik skirtingoms Windows versijoms. Pavyzdžiui, žinomas gamintojas Powercomas turi Android versiją programinės įrangos, leidžiančią nuotoliniu būdu stebėti maitinimo būklę ir prireikus koreguoti nepertraukiamo maitinimo šaltinio darbą.

Programinė įranga leidžia stebėti pagrindines elektros tinklo charakteristikas, tokias kaip įėjimo ir išėjimo įtampa, dažnis. Taip pat galima sužinoti akumuliatorių įkrovą ir prietaiso temperatūrą.

Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai dedami arti saugomų elektros vartotojų. Paprastai jie statomi ant grindų arba lentynų. Kai kurie modeliai turi tvirtinimo detales, leidžiančias montuoti juos ant sienų.

Išduodamos srovės kokybė

Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai turi tiekti tinkamos kokybės srovę. Kai jie veikia iš baterijų, už tai atsakingas inverteris, o maitinant iš tinklo, problemines akimirkas turėtų išlyginti filtrai ir stabilizatorius. Elektros grandinėje kylantys trikdžiai turi skirtingą kilmę ir pasekmes elektronikai. Todėl šiuo klausimu taip pat reikia atidžiai išsiaiškinti.

Tinklo trikdžiai ir apsauga

Visi šiuolaikiniai UPS yra aprūpinti apsauga nuo problemų, susijusių su aptarnaujamų prietaisų puse. Jei bendra apkrova viršys maksimalią leistiną arba įvyks trumpasis jungimas, nepertraukiamo maitinimo šaltinis iš karto išjungs maitinimą.

Trikdžius tinkle sąlyginai galima skirstyti į dažninius ir impulsinius. Pirmieji nėra tokie pavojingi, ypač kompiuterių ar televizorių maitinimo blokams, kurie kintamąją srovę paverčia nuolatine. Antrieji gali sukelti problemų bet kuriai elektronikai.

Todėl dauguma UPS yra aprūpinti apsauga nuo impulsų ir harmonikų, naudojant varistorius ir aukšto dažnio filtrus.

Trikdžių šalinimas linijoje vyksta dviem etapais. Pirma, varistoriai atkerta aukšto dažnio impulsus, o tada filtras išlygina smulkius šuolius.

Aukštos įtampos impulsų atsiradimo problema būdinga ne tik maitinimo kabeliams, bet ir duomenų perdavimo tinklams – kompiuteriniams ar telefono. Jie gali kilti dėl atmosferos elektros poveikio, šalia esančių laidų pramušimų, kylančių elektrinių trukdžių ir kitų priežasčių.

Daugelis gamintojų išleidžia modelius su galimybe apsaugoti vietinį tinklą. Tam UPS turi dvi RJ-45 jungtis – vieną įėjimui ir vieną išėjimui. Signalas praeina per filtrą, kuris slopina įtampos šuolius. Telefono linijoms sistema tokia pati, tik jungtys yra RJ-11 formato.

Žema ir aukšta įtampa

Įtampos reguliavimas atliekamas naudojant automatinį įtampos reguliatorių (AVR), kurio pagrindinis elementas yra autotransformatorius. Jo veikimo principas grindžiamas vienos iš apvijų apsisukimų skaičiaus keitimu, dėl ko įtampa padidėja arba sumažėja.

AVR buvimas UPS leidžia neįjungti autonominio režimo kiekvieną kartą, kai įtampa nežymiai nukrypsta nuo norminių rodiklių. Tai žymiai prailgina akumuliatorių tarnavimo laiką.

Profesionalūs multimetrai, tokie kaip CEM DT 9909, gali ilgą laiką įrašyti įtampos vertę. Tokio prietaiso naudojimas gali padėti pasirenkant stabilizatorių ar UPS.

Pagal GOST 29322-2014 leidžiamas 10% įtampos nuokrypis nuo etaloninės vertės ne ilgiau kaip 1 valandą. Visi šiuolaikiniai UPS su reguliatoriais susidoroja su tokiais svyravimais.

Išeinančio signalo grynumas

Išėjimo signalo tipas priklauso nuo inverterio modelio, sumontuoto nepertraukiamo maitinimo šaltinyje. Idealiu atveju kintamosios srovės įtampos kreivė turėtų būti sinusoidė. Tačiau po keitimo inverteriu ji įgauna laiptuotą formą.

Kuo daugiau laiptelių momentinės įtampos priklausomybės nuo laiko kreivėje, tuo geresnė kintamosios srovės kokybė. Kai kuriems įrenginiams tai yra svarbu.

Įrangai, kurioje yra asinchroniniai elektros varikliai (šaldytuvas, kondicionierius), transformatoriniai maitinimo blokai (kokybiška audio technika), APFC maitinimo blokai (serveriai ir galingi skaičiavimo kompiuteriai), reikalinga gryna arba gerai aproksimuota sinusoidė.

Nė vienas inverteris, taigi ir UPS, neišduoda grynos sinusoidės, kad ir ką rašytų įrangos gamintojai reklaminėse brošiūrose. Išeinančio signalo artimumą sinusoidei vertina netiesinių iškraipymų koeficientu (THD).

Iš bloko išeinantį signalą galima laikyti sinusoidiniu, kai THD < 5%. Kai kurių modelių, pvz., IMV NetPro 2000, šis rodiklis yra tik 2%.

UPS naudojimo taisyklės

Įsigyjant nepertraukiamo maitinimo šaltinį atsarginiam maitinimui užtikrinti, būtina suprasti, su kokiais prietaisais jį galima naudoti. Kartais nepakanka vien tik UPS ir tada reikia imtis papildomų priemonių namo aprūpinimui elektra.

Buitinių prietaisų prijungimas

Kompiuteriai, modemai, maršrutizatoriai, vaizdo ir garso aparatūra – tipiniai namų ar biuro prietaisai, prie kurių jungiami nepertraukiamo maitinimo šaltiniai. Jei ši technika turi įprastus impulsinius maitinimo blokus, pakaks įsigyti santykinai nebrangius modelius, kurie neišduoda grynos sinusoidės.

Šiuolaikiniai modeliai yra kompaktiški ir patrauklaus dizaino, kuris harmoningai dera su kita įranga gyvenamojo kambario interjere.

Apšvietimui taip pat nereikia įsigyti brangių gaminių. Čia svarbiausia teisingai apskaičiuoti maksimalią galią ir autonominio darbo trukmę.

Dažnų išjungimų atveju aktuali problema yra neplanuotas šaldytuvų atšildymas ir maisto produktų gedimas. Saugant tokią įrangą su asinchroniniais varikliais, reikės sudėtingesnio UPS, nes reikalingas “švarus” sinusoidinis signalas.

Be to, reikia atsižvelgti į paleidimo sroves, kurios atsiranda variklio užvedimo metu. Supaprastintai šaldymo įrangos jų dydį galima nustatyti galią padauginus iš 5.

Pavyzdžiui, jei virtuvėje yra 300 W visos galios šaldytuvas (paleidimo metu – 1500 W) ir 200 W šaldiklis (paleidimo metu – 1000 W), tuomet reikia maitinimo bloko su švariąja sinusoidėle ir maksimalia galia ne mažesne nei 1700 W. Ši vertė gauta atvejui, kai veiks šaldiklis, o tuo metu įsijungs šaldytuvas. Vienu metu abiejų variklių paleidimas mažai tikėtinas, ir toks UPS atlaikys vienos sekundės šuolį iki 2,7 kW.

Internetinio tipo blokas, kurio maksimali galia 2000 W, galės veikti apie pusvalandį, kai bendras suvartojimas 500 W. Kadangi aušinimo režimas trunka apie 5 minutes, UPS garantuotai pakaks 6 abiejų prietaisų paleidimų.

Privačiuose namuose ir kotedžuose taip pat aktualu naudoti UPS šildymo sistemai su priverstine cirkuliacija palaikyti. Siurbliams taip pat reikalingas švarus sinusas.

Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai taip pat aktyviai naudojami dujinių šildymo katilų darbui. Atsižvelgiant į prijungiamos įrangos kainą, taupyti UPS kokybei šiuo atveju nereikėtų.

Atsarginis ir papildomas elektros maitinimas

Daugeliui buitinių prietaisų neįmanoma parinkti nebrangaus UPS, nes reikės didelės maksimalios galios ilgą autonominio darbo laikotarpį. Skalbimo mašinos, elektrinės krosnys, paskirstytojo oro kondicionavimo sistemos sunaudoja daug elektros energijos.

Žinoma, galima apsieiti be šių prietaisų elektros energijos išjungimo metu. Tai tikslinga tuo atveju, jei tokie sutrikimai pasitaiko retai ir trumpam. Bet jei vis dėlto bus nuspręsta užtikrinti galingų vartotojų autonominį maitinimą, geriau naudoti benzininį arba dyzelinį generatorių. Norint juos greitai paleisti, kai nėra įtampos, naudojama automatinio rezervo įvedimo sistema (ARĮ).

Esant papildomam maitinimo šaltiniui, UPS vis tiek verta naudoti, bent jau kompiuteriams. Momentinio generatoriaus paleidimo ir elektros tiekimo atkūrimo pasiekti neįmanoma.

Sumažintos įtampos stabilizavimas

Žemos įtampos problema aktuali objektams, prijungtiems prie senų ar mažos galios elektros tinklų. Jei tokia situacija kyla nuolat, geriau naudoti įvesties stabilizatorių.

Esant stabilizatoriui, vidaus tinklo įtampa bus priderinta prie norminių rodiklių. Tai palies ir prietaisus, kurie nėra prijungti prie UPS.

Esant žemai įtampai, didėja srovės stipris, tekantis vidaus tinklu. Pavyzdžiui, tegul bendra prie UPS prijungtų vartotojų galia yra 1,5 kW, o tiekiama įtampa lygi 190 V.

Tada pagal Omo dėsnį:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – srovės stipris grandinėje iki UPS be stabilizatoriaus;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – srovės stipris grandinėje iki UPS su stabilizatoriumi.

Taigi, vidaus tinklas be stabilizatoriaus patirs didesnę apkrovą, kas galėjo būti neįvertinta renkantis laidų skerspjūvį.

Todėl esant nuolatinei žemai įtampai, geriau įdiegti stabilizatorių. Tokiu atveju ir UPS autotransformatoriaus apkrova bus mažesnė, kas prailgins jo tarnavimo laiką. Be to, atsižvelgiant į įtampos išlyginimą, galima įsigyti pigesnius UPS.

Nepertraukiamas nuolatinės srovės vartotojų maitinimas

Kai kuriems prietaisams reikia užtikrinti nepertraukiamą maitinimą nuolatinės srovės 12, 24 arba 48 V. Tokio tipo UPS taip pat parduodami. Jų žymėjime yra santrumpa “DC”. Blokai su 60, 110 arba 220 V įtampa taip pat egzistuoja, tačiau jie naudojami pramonėje arba energetikoje.

Nuolatinės srovės UPS vidinės struktūros skirtumas nuo klasikinių modelių yra inverterio nebuvimas. Akumuliatoriai jungiami tiesiogiai prie išėjimo per kontaktorių su srovę ribojančiu matavimo šuntu, kad būtų išvengta neleistinai gilaus baterijų išsikrovimo.

Kartais išėjime gali būti stabilizuojantis keitiklis, jei iš UPS maitinami prietaisai yra jautrūs nedideliems įtampos svyravimams.

Kartu su įtampos keitikliais, 48 W galios nuolatinės srovės UPS gali maitinti vaizdo stebėjimo sistemą, kurios perimetras yra iki 1 km.

Tokie atsarginiai maitinimo šaltiniai naudojami šiems buitiniams nuolatinės srovės prietaisams apsaugoti:

• vaizdo stebėjimo ir apsaugos sistemų;
• įvairių jutiklių (nuotėkio, dūmų, ugnies, judesio ir kt.);
• apšvietimo sistemų;
• telekomunikacinių prietaisų;
• ryšio sistemų;
• valdymo sistemos komponentų “Išmanusis namas”.

Daugelis nuolatinės srovės UPS turi išorinių akumuliatorių prijungimo parinktį. Tokiu atveju jų aptarnaujamų prietaisų autonominis veikimas gali būti labai ilgas.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Trumpai apie pagrindines buitinių UPS charakteristikas:

UPS tipų ir jų charakteristikų įvairovė atsiranda dėl skirtingų naudojimo sąlygų: prijungiamų prietaisų galios ir tipo, konkrečios elektros tinklo parametrų ir tipinių problemų. Nepertraukiamo maitinimo šaltinis paprastai nėra brangiausias sistemos elementas, tačiau nuo jo priklauso jos darbo stabilumas. Todėl būtina nustatyti eksploatavimo sąlygas ir atidžiai pasirinkti modelį.

Likote klausimų apie straipsnio temą? Arba galite papildyti šią medžiagą įdomia informacija apie UPS? Prašome rašyti savo komentarus, užduoti klausimus, dalintis patirtimi žemiau esančiame bloke.