Zasilacze UPS – jakie parametry są ważne przy ich wyborze?

Zasilanie z zastosowaniem UPS powinno być stosowane dla urządzeń, od których wymagana jest praca ciągła, a przerwanie tej pracy może się wiązać z wystąpieniem negatywnych skutków w charakterze technicznym i finansowym. Skutkami takimi może być utrata danych, brak dostępu do zasobów sieciowych przez określony czas czy przestój w funkcjonowaniu urządzeń o charakterze krytycznym ze względu na podtrzymywanie pewnych procesów. Rozważając zastosowanie zasilania gwarantowanego, powinniśmy zatem określić, czy rzeczywiście nagłe wyłączenie danego urządzenia i jego przestój może spowodować szeroko rozumiane straty, których potencjalny efekt sankcjonuje zakup urządzenia UPS. W gospodarstwach domowych niespodziewane wyłączenia mogą być brzemienne w skutkach w przypadku takich urządzeń, jak serwery komputerowe, piece grzewcze (sterowniki), urządzenia alarmowe, sterowniki akwariów czy terrariów.

Zobacz też: UPS-y do zastosowań domowych

Następnie powinniśmy zdefiniować prawdopodobne problemy z zasilaniem, jakie mogą wystąpić oraz czas, w którym będziemy w stanie zareagować na takie niepożądane zdarzenie. Problemy z zasilaniem z sieci mogą dotyczyć jego zaników, obniżenia napięcia, skoków napięcia w górę (przepięcia) czy występowania zakłóceń. Mając tę wiedzę, można przystąpić do wyboru odpowiedniego zasilacza.

Zasilacze Off-Line, On-Line i Line-Interactive

W tym miejscu należy wspomnieć o różnych stosowanych topologiach zasilaczy UPS, takich jak Off-Line, On-Line i Line-Interactive.

UPS typu Off-Line monitoruje zasilanie danego urządzenia, a w przypadku zaniku zasilania sieciowego lub spadku jego parametrów przełącza zasilanie odbiornika na prąd pobierany (i konwertowany na przemienny) z zainstalowanych baterii. Topologia ta często opisywana jest skrótem VFD (Voltage Frequency Dependent) – wyjście jest zależne od napięcia i częstotliwości przebiegu wejściowego i zasilacz nie jest w stanie korygować wartości napięcia ani częstotliwości jego przebiegu.

Kolejna klasa to typ On-Line, często oznaczana jako VI (Voltage Independent), urządzenia, które posiadają zdolność do korekcji wartości skutecznej napięcia wejściowego przed dostarczeniem go do wyjścia. Częstotliwość w dalszym ciągu nie jest korygowana i pozostaje identyczna jak na wejściu. Przy czym występuje tu zdolność korekcji napięcia bez użycia energii z akumulatorów.

Trzecią najbardziej zaawansowaną klasą są zasilacze typu Line-Interactive lub VFI (Voltage Frequency Independent). Występuje tu pełna separacja energetyczna toru wyjściowego od wejściowego (niektóre konstrukcje posiadają także separację galwaniczną). Zasilacz przetwarza energię z wejścia w formę energii pośredniej, a następnie wykorzystuje ją do wygenerowania przebiegu wyjściowego o bardzo wysokiej jakości. Gwarantuje to niezależność napięcia i częstotliwości przebiegu wyjściowego od wejściowego. Przejście pracy z sieciowego na bateryjny i odwrotnie odbywa się prawie bezprzerwowo. Zasilacze tego typu przeznaczone są do najbardziej wymagających pod względem jakości zasilania odbiorników.

Nasze potrzeby powinny skierować nas na wybór którejś z wyżej opisywanych klas. Tym niemniej musimy określić kolejne oczekiwane parametry docelowego UPS. Do takich podstawowych parametrów można zaliczyć:

• wymagany czas podtrzymania zasilania,
• moc zasilacza UPS,
• wymagany czas przełączenia,
• dodatkowe parametry i funkcje.

Czas podtrzymania zasilania

Należy zaznaczyć, że UPS rozmiarów średniego pudełka, które ma się zmieścić pod biurkiem czy w szafce, nie jest w stanie zapewnić nam rezerwowego zasilania przez dłuższy czas w zastępstwie zasilania sieciowego. Tu głównie chodzi o zabezpieczenie przed gwałtownym zanikiem tego zasilania lub jego gwałtownym wzrostem, sygnalizację tego faktu i danie czasu użytkownikowi na wyłączenie sprzętu. Oczywiście w przypadku kilkuminutowych zaników napięcia jego podtrzymanie będzie możliwe. Producenci dla danego urządzenia podają najczęściej czasy podtrzymania w stosunku do procentowego, dopuszczalnego obciążenia. Przykładowo dla 100/80/50% dopuszczalnego obciążenia czasy te wynoszą 3/4/7 min.

Jeżeli zatem myślimy o zabezpieczeniu automatyki pieca grzewczego i zapewnieniu jej pracy przez kilka kilkanaście godzin, to powinniśmy szukać specjalistycznego urządzenia, umożliwiającego na przykład zastosowanie kilku dodatkowych akumulatorów zewnętrznych o dużej pojemności. Zapewnienie zasilania na długie godziny lub dni to już raczej kwestia zastosowania UPS-a, generatora awaryjnego i odpowiedniej automatyki.

Moc zasilacza

Dla UPS-ów podawana jest często zarówno moc pozorna obciążenia, wyrażana w volto-amperach [VA], jak i moc czynna w Watach [W], na przykład 2000 VA/1700 W. Aby lepiej zrozumieć te parametry, na chwilę musimy wrócić do definicji poszczególnych typów mocy i zależności pomiędzy nimi.

Najbardziej intuicyjnym rodzajem mocy jest czynna (P), czyli ta, którą odbiornik pobiera ze źródła i zamienia na pracę lub ciepło, jej jednostką jest Wat [W]. W układach prądu stałego cała moc jest mocą czynną. W układach prądu przemiennego dochodzi moc bierna.

Moc bierna (Q) – to wielkość, która opisuje pulsowanie energii elektrycznej między elementami obwodu i jest zamieniana na użyteczną pracę lub ciepło, ale jest konieczna do funkcjonowania maszyn elektrycznych (np. transformatorów, silników), wyraża się ją w jednostce var.

Moc pozorna (S) to wielkość fizyczna obwodów prądu przemiennego, wyrażana jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia prądu (VA).

Stosunek między mocą czynną P (np. w kW) a mocą pozorną S (np. w kVA) nazywany jest współczynnikiem mocy (PF), oznaczanym zazwyczaj jako cos φ. Idealny współczynnik mocy to jeden (1,0), co oznacza, że urządzenie zużywa całą energię dostarczaną przez źródło, patrz graficzna ilustracja po prawej.

Współczynnik mocy jest zatem wielkością charakteryzującą dany obwód, bardzo zależną od właściwości podłączonego odbiornika energii. W przypadku zasilaczy UPS dopuszczalne współczynniki odbiorników zawierają się w przedziale 0,6–1. Do prawidłowego doboru mocy zasilacza UPS należy uwzględnić zatem wszystkie parametry mocowe odbiornika.

Wymagany czas przełączenia

Czas przełączenia to czas pomiędzy zanikiem zasilania podstawowego a rozpoczęciem zasilania przez UPS z akumulatora. Przyjmuje się, że nie powinien on przekraczać 10 milisekund [10 ms]. Obecnie oferowane urządzenia domowe z tańszych linii oferują czasy rzędu 6 ms, a bardziej rozbudowane nawet poniżej 3 ms. Takie czasy zwykle nie mają wpływu na większość urządzeń domowych, w tym komputerów stacjonarnych.

Inne parametry i funkcje

Obecnie większość zasilaczy UPS sterowana jest mikroprocesorem, posiada wyświetlacz funkcji i własne sterowanie pozwalające na ustawienie wszystkich parametrów użytkowych.

W przypadku odbiorników czułych na jakość zasilania, istotną kwestią staje się sposób aproksymacji sieciowego napięcia sinusoidalnego na wyjściu. W tańszych urządzeniach aproksymacja ta polega zazwyczaj na generacji przebiegu prostokątnego o wartości skutecznej zbliżonej do wartości nominalnej napięcia sieci energetycznej. Przebieg taki charakteryzuje się dość wysokim współczynnikiem zniekształceń harmonicznych oraz wartościami szczytowymi przekraczającymi wartości szczytowe napięcia sieciowego. Warto w takim przypadku poszukać urządzeń uzyskujących czyste sinusoidalne przebiegi wyjściowe.

Warto zwrócić uwagę na liczbę gniazd połączeniowych, mogą być takie z podtrzymaniem napięcia oraz bez podtrzymania, ale za to z ochroną przeciwprzepięciową i przeciwzakłóceniową. Istotnym elementem rodzaju zastosowanych akumulatorów jest sposób ich podłączenia i wymiany w aspekcie serwisu czy rewitalizacji urządzenia w przyszłości.

Przed zakupem zasilacza UPS najważniejsze zatem staje się jak najbardziej ścisłe określenie wymagań i zapoznanie się ze szczegółowymi danymi technicznymi danego urządzenia. Warto również zwrócić uwagę na kwestie dostępności serwisu, długość gwarancji oraz rodzaj tego serwisu, a także gwarantowany czas naprawy. Obecnie często stosowanym typem jest serwis door-to-door oraz bezpłatna wysyłka w okresie gwarancji.