Neprerušiteľný zdroj napájania: účel a špecifiká prevádzky UPS pre domácnosť

Na zachovanie funkčnosti zariadení pri výpadkoch siete sa používa neprerušiteľný zdroj napájania.V závislosti od typu obsluhovaných spotrebiteľov a parametrov napájania si musíte vybrať rôzne modely. Tieto zariadenia sú v dopyte, takže zakúpenie kópie s požadovanými vlastnosťami nie je ťažké.

Pred nákupom však musíte pochopiť jeho vlastnosti sami a nedôverovať tomuto problému manažérom, ktorí sa zaujímajú o predaj.

V tomto materiáli sa pozrieme na dizajn a prevádzkové vlastnosti UPS a tiež si povieme o pravidlách jeho používania.

Obvody AC UPS

Pre domáce potreby sa používajú zariadenia na neprerušiteľné napájanie, pripojené k jednofázovej sieti 220 V, ktorá dokáže napájať spotrebiteľov vyžadujúcich rovnaké napätie po určitú dobu v neprítomnosti elektriny.

Existujú aj UPS, ktoré sa pripájajú na vstup do trojfázovej siete a na výstupe je buď 380 V alebo 220 V. Sú však drahé, používajú sa vtedy, keď je potrebné získať autonómny výkon od 10 kVA A, napr. ktorý nie je potrebný pre domáce potreby.

AC UPS pre domácnosť sú rozdelené do nasledujúcich typov podľa ich prevádzkovej schémy:

• zálohovanie (offline);
• interaktívne (lineárne-interaktívne);
• dvojitá konverzia (online).

Líšia sa kvalitou výstupného napätia a cenou.Najlacnejšie sú pohotovostné a najdrahšie dvojkonverzné.

Najjednoduchší dizajn záložného napájania zahŕňa spínacie relé a pasívne filtrovanie na potlačenie rušenia.

Na premenu striedavého prúdu na jednosmerný sa v nabíjačke používa usmerňovač. A spätná transformácia nastáva pomocou meniča.

V systémoch neprerušiteľného napájania sa zvyčajne inštalujú bežné elektromechanické relé na prepnutie obvodu zo siete na batériu. Ak je táto časť vysoko kvalitná, potom jej zdroj postačuje na celú prevádzku UPS. Ale najčastejšie, keď sa blok rozpadne, problém spočíva práve v tomto konštrukčnom prvku.

Interaktívny obvod sa líši od záložného obvodu v prítomnosti stabilizátora napätia. Je navrhnutý ako typický autotransformátor s priamo pripojenými vinutiami

Stabilizácia napätia je prítomná aj v mnohých zariadeniach pre domácnosť, takže ak sú odchýlky nevýznamné, potom nemá zmysel kupovať drahší lineárno-interaktívny model.

Prítomnosť transformátora často núti výrobcu používať nútené chladenie, preto sú takéto UPS vybavené chladičmi. Vydávajú hluk, ktorý je intenzitou porovnateľný s prevádzkou počítačovej systémovej jednotky.

V online schéme je menič napájaný nepretržite z batérií. Ak teda dôjde k výpadku napájania, čas prepnutia na záložné napájanie je nulový

Najzložitejšie a najdrahšie zariadenia s dvojitou konverziou majú tiež najnižšiu účinnosť. Elektrina sa stráca na teplo, ktoré zariadenie vydáva. Preto ich použitie musí byť odôvodnené.

Najvýznamnejšou výhodou tohto typu neprerušiteľného napájania je okamžitá reakcia na výpadok prúdu. Ale pre väčšinu domácich spotrebičov to nie je také dôležité. Tie isté počítače sú zvyčajne vybavené záložným alebo interaktívnym UPS.

Najdôležitejšie parametre

Teraz je na trhu veľa ponúk na predaj domácich zdrojov neprerušiteľného napájania. Aby ste správne určili ich účel a neurobili chybu pri výbere, musíte najprv pochopiť, aké parametre by ste mali venovať pozornosť.

Hlavné technické vlastnosti

Výstupný výkon zariadenia určuje maximálnu prípustnú hodnotu, ktorú môže jednotka spoľahlivo poskytnúť spotrebiteľovi. Meria sa vo voltampéroch (VA). Pre pohodlie používateľov sa táto hodnota často uvádza a vo wattoch.

Na meranie zaťaženia zariadení môžete použiť ampérmeter alebo ho vypočítať pomocou údajov merača inštalovaného v byte.

Spotrebu elektriny môžete merať pomocou domáceho ampérmetra (wattmetra) so zásuvkou. Pripojené zariadenie musí byť prepnuté do režimu maximálnej spotreby

Pri určovaní skutočného výkonu počítača by ste sa nemali riadiť menovitým výkonom napájacieho zdroja, pretože sa vždy kupuje s rezervou.

Ak nemáte ampérmeter, musíte urobiť nasledovné:

1. Odpojte všetky obvody v paneli okrem toho, ktorý napája počítač.
2. Vypnite všetky zariadenia v tomto okruhu.
3. Zapnite počítač a spustite na ňom typický program (napríklad video z YouTube).
4. Počkajte, kým merač nezmení hodnotu desatiny kilowattu.
5. Čas do ďalšej zmeny.

Priemerná spotreba energie (P, watt) za toto obdobie (t, minúty) možno vypočítať pomocou vzorca:

P = 100 * (60 / t)

Ďalšou dôležitou vlastnosťou je výdrž batérie. Tento indikátor závisí od zaťaženia, ktoré UPS v danom momente zažíva. Pri maximálnom povolenom výkone batérie domáceho zariadenia fungujú 1-3 minúty. A na polovicu - oveľa dlhšie (až 10 minút).

Z grafu závislosti výdrže batérie na priemernom zaťažení vyplýva, že táto závislosť je nelineárna. Je to spôsobené spôsobom vybíjania batérií.

To vedie k dvom záverom:

• počas výpadku prúdu je potrebné čo najviac znížiť zaťaženie spotrebované zariadeniami;
• Odporúča sa zakúpiť UPS s výkonom, ktorý presahuje vypočítaný výkon aspoň o 30%.

Rozsah vstupného napätia zobrazuje minimálne a maximálne prípustné sieťové napätie, pri ktorom sa napájanie neprepne na batérie. Všetky UPS spravidla vydržia rozsah 180-260 V.

Niektorí výrobcovia majú veľmi dobré (reklamné) ukazovatele, napríklad nižšia hodnota je 110 V. Tu sa musíte uistiť, že tieto čísla sa berú špeciálne pre maximálne zaťaženie a nie pre polovicu.

Ďalším dôležitým technickým ukazovateľom je hladina hluku. UPS vyrobené pomocou line-interactive alebo online technológie generujú veľa tepla, takže výrobcovia na ne inštalujú ventilátory. Ak sú chladiče lacné, tak časom budú vydávať hluk, ktorý je pre obytný priestor nežiaduci.

Rozhranie a nastavenie

Vzhľad blokov môže byť veľmi rôznorodý. Väčšinou majú klasický obdĺžnikový tvar, na prednej strane sú indikátory alebo displej a na zadnej strane napájacie konektory. Ich počet nie je taký dôležitý, pretože k výstupu je možné pripojiť predlžovací kábel s odpaliskom.To nebude v žiadnom prípade v rozpore s koncepciou UPS.

Model môže mať LCD displej, ktorý zobrazí situáciu s napájaním pripojených zariadení: dostupnosť energie, počet spotrebičov, nabitie batérie atď.

Zobrazovací systém znižuje náklady na vybavenie. Navyše je to praktickejšie. Ak potrebujete poznať nejaké parametre, mnohé modely majú funkciu pripojenia k počítaču

Ak chcete zistiť parametre napájania, stav batérií UPS a ako funguje, môžete ho pripojiť k počítaču. Pre mnohé modely bola táto funkcia implementovaná a bol vyvinutý softvér.

Existujú tri hlavné typy rozhraní:

• USB. Najbežnejšie spojenie medzi počítačom a UPS.
• RS-232 (port COM). Zriedkavo prítomný v modeloch pre domácnosť.
• Ethernet 10/100. Používa sa na diaľkové ovládanie neprerušiteľného napájania.

Softvér na získavanie charakteristík z UPS a jeho správu je vyvinutý nielen pre rôzne verzie Windows. Známy výrobca Powercom má napríklad verziu softvéru pre Android, ktorá umožňuje na diaľku sledovať stav napájania a v prípade potreby upraviť chod zdroja nepretržitého napájania.

Softvér umožňuje sledovať hlavné charakteristiky elektrickej siete, ako je vstupné a výstupné napätie, frekvencia. Môžete tiež zistiť nabitie batérie a teplotu zariadenia

Zdroje neprerušiteľného napájania sú umiestnené v tesnej blízkosti chránených spotrebiteľov elektriny. Zvyčajne sú umiestnené na podlahe alebo na policiach. Niektoré modely sú vybavené upevňovacími prvkami, ktoré umožňujú ich montáž na steny.

Kvalita výstupného prúdu

Neprerušiteľné zdroje napájania musia poskytovať prúd primeranej kvality.Pri prevádzke na batérie je za to zodpovedný menič a v prípade napájania zo siete by mali problémové miesta vyhladiť filtrami a stabilizátorom. Rušenie vyskytujúce sa v elektrickom obvode má rôzny pôvod a dôsledky pre elektroniku. Preto je potrebné dôkladne preskúmať aj túto otázku.

Rušenie a ochrana siete

Všetky moderné UPS sú vybavené ochranou proti problémom spojeným s obsluhovanými zariadeniami. Ak celkové zaťaženie prekročí maximálnu povolenú hodnotu alebo dôjde ku skratu, zdroj neprerušiteľného napájania okamžite vypne napájanie.

Rušenie v sieti možno rozdeliť na frekvenčné a pulzné. Prvé nie sú také nebezpečné, najmä pre počítačové alebo televízne napájacie zdroje, ktoré menia striedavý prúd na jednosmerný. Ten môže spôsobiť problémy s akoukoľvek elektronikou.

Preto je väčšina UPS vybavená prepäťovou a harmonickou ochranou pomocou varistorov a vysokofrekvenčných filtrov.

Odstránenie rušenia na linke prebieha v dvoch etapách. Najprv varistory odrežú vysokofrekvenčné impulzy a potom filter vyhladí malé skoky

Problém vzhľadu vysokonapäťových impulzov je typický nielen pre napájacie káble, ale aj pre siete na prenos dát - počítač alebo telefón. Môžu sa vyskytnúť v dôsledku vystavenia atmosférickej elektrine, poruchám blízkeho vedenia, elektrického rušenia a iných dôvodov.

Mnoho výrobcov vyrába modely so schopnosťou chrániť lokálnu sieť. Na to má UPS dva konektor RJ-45 - jeden pre vstup a jeden pre výstup. Signál prechádza cez filter, ktorý potláča napäťové rázy. Pre telefónne linky je systém rovnaký, len konektory sú vo formáte RJ-11.

Nízke a vysoké napätie

Nastavenie napätia prebieha pomocou automatického regulátora napätia (AVR), ktorého hlavným prvkom je autotransformátor. Princíp jeho činnosti je založený na zmene počtu závitov jedného z vinutí, v dôsledku čoho sa napätie mení smerom k zvýšeniu alebo zníženiu jeho hodnoty.

Prítomnosť AVR v UPS vám umožňuje nezapnúť autonómny režim zakaždým, ak sa napätie mierne odchyľuje od štandardných hodnôt. To výrazne zvyšuje životnosť batérie.

Profesionálne multimetre ako CEM DT 9909 sú schopné dlhodobo zaznamenávať hodnotu napätia. Použitie takéhoto zariadenia môže pomôcť pri výbere stabilizátora alebo UPS

Podľa GOST 29322-2014 je povolená 10-percentná odchýlka napätia od referenčnej hodnoty na dobu nie dlhšiu ako 1 hodinu. S takýmito výkyvmi sa vyrovnávajú všetky moderné UPS s regulátormi.

Výstupná čistota

Typ výstupného signálu závisí od modelu meniča, ktorý je inštalovaný v zdroji neprerušiteľného napájania. V ideálnom prípade by priebeh striedavého napätia mal byť sínusový. Ale po konverzii cez invertor nadobudne stupňovitú formu.

Čím väčší je počet krokov v krivke okamžitého napätia v závislosti od času, tým lepšia je kvalita striedavého prúdu. Pre niektoré zariadenia je to dôležité

Pre zariadenia, ktoré obsahujú asynchrónne elektromotory (chladnička, klimatizácia), transformátorové zdroje (kvalitné audio zariadenia), APFC zdroje (servery a výkonné výpočtové počítače) potrebujete čistú alebo dobre aproximovanú sínusoidu.

Ani jeden invertor a teda ani jeden UPS neprodukuje čistú sínusoidu, bez ohľadu na to, aké zariadenia píšu výrobcovia v reklamných brožúrach. Aproximácia výstupného signálu k sínusoide sa hodnotí prostredníctvom celkového harmonického skreslenia (THD).

Výstup signálu z jednotky možno považovať za sínusový pri THD < 5 %. Pri niektorých modeloch, ako napríklad IMV NetPro 2000, je toto číslo len 2 %.

Pravidlá používania UPS

Pri nákupe neprerušiteľného zdroja napájania na organizáciu záložného napájania musíte pochopiť, s ktorými zariadeniami sa dá použiť. Niekedy nie je možné vystačiť si len s UPS a vtedy je potrebné prijať dodatočné opatrenia na zásobovanie vášho domova elektrickou energiou.

Pripojenie domácich spotrebičov

Počítače, modemy, smerovače, video a audio zariadenia sú typické domáce alebo kancelárske zariadenia, ku ktorým sú pripojené zdroje neprerušiteľného napájania. Ak táto technika obsahuje bežné spínané zdroje, potom bude stačiť kúpiť relatívne lacné modely, ktoré nevytvárajú čistú sínusoidu.

Moderné modely sú kompaktné a majú atraktívny dizajn, ktorý harmonicky zapadne s ostatným zariadením do interiéru obývacej izby.

Tiež nie je potrebné kupovať drahé výrobky na osvetlenie. Hlavná vec je správne vypočítať maximálny výkon a výdrž batérie.

Pri častých výpadkoch je aktuálny problém neplánovaného odmrazovania chladničiek a kazenia potravín. Pri ochrane takýchto zariadení asynchrónnymi motormi budú potrebné UPS zložitejšej konštrukcie, pretože bude potrebný „čistý“ sínusový signál.

Okrem toho je potrebné vziať do úvahy prítomnosť štartovacích prúdov, ktoré vznikajú pri štartovaní motora.Zjednodušene pre chladiace zariadenia, ich hodnotu možno určiť vynásobením hodnoty výkonu číslom 5.

Ak je napríklad v kuchyni chladnička s celkovým výkonom 300 W (pri spustení - 1500 W) a mraznička pri 200 W (pri spustení - 1000 W), potom potrebujete napájací zdroj s čistou sínusoidou a maximálny výkon najmenej 1700 W. Táto hodnota bola získaná pre prípad, keď mraznička funguje a v tomto čase je zapnutá chladnička. Súčasný štart oboch motorov je nepravdepodobný a takýto UPS vydrží jednosekundový nápor 2,7 kW.

Jednotka typu online s maximálnym výkonom 2000 W dokáže pracovať približne pol hodiny s celkovou spotrebou 500 W. Keďže režim chladenia trvá približne 5 minút, neprerušiteľný zdroj energie zaručene vystačí na 6 štartov oboch zariadení.

V súkromných domoch a chatách je tiež dôležité používať UPS na podporu vykurovacieho systému s núteným obehom. Čerpadlá tiež potrebujú čistý sínus

Systémy neprerušiteľného napájania sa tiež aktívne používajú na prácu plynové vykurovacie kotly. Vzhľadom na cenu pripojeného zariadenia by ste v tomto prípade nemali šetriť na kvalite UPS.

Zálohovanie a dodatočné napájanie

Pre mnohé domáce spotrebiče nie je možné vybrať lacný UPS, pretože pri dlhej autonómnej prevádzke bude potrebný značný maximálny výkon. Práčky, elektrické rúry a distribuované klimatizačné systémy spotrebúvajú veľa elektriny.

Pri výpadku prúdu sa samozrejme bez týchto zariadení zaobídete. Toto sa odporúča, ak sa takéto prerušenia vyskytujú zriedkavo a na krátky čas.Ak sa však rozhodne poskytnúť výkonným spotrebiteľom autonómnu energiu, potom je lepšie použiť benzínový alebo naftový generátor. Na ich rýchle spustenie pri absencii napätia sa používa systém automatického prenosu (ATS).

Ak máte dodatočný zdroj energie, UPS sa stále oplatí používať, aspoň pre počítače. Nie je možné dosiahnuť okamžité spustenie generátora a obnovenie napájania.

Stabilizácia nízkeho napätia

Problém nízkeho napätia je relevantný pre zariadenia pripojené k starým alebo nízkoenergetickým elektrickým sieťam. Ak sa táto situácia vyskytuje neustále, potom je lepšie použiť vstup stabilizátor.

Ak existuje stabilizátor, napätie vnútrodomovej siete sa dostane na štandardné hodnoty. Ovplyvní to aj zariadenia, ktoré nie sú pripojené k UPS.

Pri znížení napätia sa zvýši prúd pretekajúci vnútropodnikovou sieťou. Napríklad celkový výkon spotrebičov pripojených k UPS nech je 1,5 kW a dodávané napätie je 190 V.

Potom podľa Ohmov zákon:

• ja₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – prúd v obvode až po UPS bez stabilizátora;
• ja₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – sila prúdu v obvode až po UPS so stabilizátorom.

Vnútrodomová sieť bez stabilizátora teda zaznamená zvýšené zaťaženie, ktoré sa pri výbere prierezu vedenia nemuselo brať do úvahy.

Preto pri konštantnom nízkom napätí je lepšie inštalovať stabilizátor. V tomto prípade bude zaťaženie autotransformátora UPS menšie, čo predĺži jeho životnosť. Okrem toho, berúc do úvahy vyrovnávanie napätia, môžete si kúpiť lacnejšie zdroje neprerušiteľného napájania.

Neprerušiteľné napájanie jednosmerným spotrebiteľom

Pre niektoré zariadenia je potrebné zabezpečiť nepretržité napájanie DC 12, 24 alebo 48 V. V predaji je aj UPS tohto typu. Ich označenie obsahuje skratku „DC“. Existujú aj agregáty s napájaním 60, 110 alebo 220 V, ktoré sa však využívajú v priemysle alebo energetike.

Rozdiel medzi jednosmernými neprerušiteľnými zdrojmi napájania vo vnútornej štruktúre od klasických modelov je absencia meniča. Batérie sú pripojené priamo na výstup cez stykač s prúdovo obmedzujúcim meracím bočníkom, aby sa zabránilo neprípustne hlbokému vybitiu batérií.

Niekedy môže byť na výstupe stabilizačný menič, ak sú zariadenia napájané z UPS citlivé na malé výkyvy napätia.

Spolu s meničmi napätia je 48 W DC UPS schopný napájať video monitorovací systém s obvodom až 1 km

Tieto záložné napájacie zdroje sa používajú na ochranu nasledujúcich domácich zariadení napájaných jednosmerným prúdom:

• CCTV systémy a bezpečnosť;
• všetky druhy senzorov (únik, dym, oheň, pohyb atď.);
• osvetľovacie systémy;
• telekomunikačné zariadenia;
• komunikačné systémy;
• komponenty riadiaceho systému "inteligentný dom".

Mnoho DC UPS má možnosť pripojenia externých batérií. V tomto prípade môže byť autonómne fungovanie zariadení, ktoré obsluhujú, veľmi dlhé.

Závery a užitočné video na túto tému

Stručne o hlavných charakteristikách UPS pre domácnosť:

Rôznorodosť typov UPS a ich vlastností je dôsledkom rozdielnych podmienok ich použitia: výkonu a typu pripojených zariadení, parametrov a typických problémov konkrétnej elektrickej siete.Neprerušiteľný zdroj napájania zvyčajne nie je najdrahším prvkom v systéme, ale závisí od toho stabilita jeho prevádzky. Preto musíte určiť prevádzkové podmienky a starostlivo vybrať model.

Stále máte otázky k téme článku? Alebo môžete tento materiál doplniť zaujímavými informáciami o UPS? Do bloku nižšie píšte svoje komentáre, pýtajte sa a podeľte sa o svoje skúsenosti.