Zasilacze UPS

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 o charakterze technicznym i finansowym. Skutkami takimi mogą być: utrata danych, brak dostępu do zasobów sieciowych przez określony czas czy przestój w funkcjonowaniu urządzeń o charakterze krytycznym ze względu na podtrzymanie 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 gospodarstwie domowym niespodziewane wyłączenia mogą być brzemienne w skutki w przypadku serwerów komputerowych, pieców grzewczych (sterowniki), urządzeń alarmowych, sterowników akwariów czy terrariów.

Czytaj też: Zasilacze UPS – rynek, zastosowanie, dobór

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 napięcie w górę (przepięcia) czy występowania zakłóceń. Mając taką wiedzę, można przystąpić do wyboru odpowiedniego zasilacza.

Zasilacze typu Off-Line

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 (podczas obecności napięcia sieciowego) jest zależne od napięcia i częstotliwości przebiegu wejściowego i zasilacz nie jest w stanie korygować wartości napięcia ani częstotliwości jego przebiegu. Czasy przełączania dla takich zasilaczy kształtują się na poziomie rzędu 10 milisekund, co jest wystarczające dla mniej wymagających odbiorników pod tym względem.

Zasilacze typu Line-Interactive

Do bardziej zaawansowanej klasy należą zasilacze typu Line-Interactive lub VFI (Voltage Frequency Independent). Zasilanie odbywa się przez zaawansowany filtr.

W odróżnieniu od pasywnego zasilacza o architekturze ­Off-Line, zasilacz taki pracuje przy obecności zasilania sieciowego i umożliwia pewną poprawę jakości napięcia, jednak tylko w ograniczonym zakresie, takim jak wielkość napięcia. Gwarantuje to w pewnym zakresie niezależność napięcia i częstotliwości przebiegu wyjściowego od wejściowego. Przejście pracy z zasilania sieciowego na bateryjne i odwrotnie odbywa się prawie bezprzerwowo.

Zasilacze tego typu przeznaczone są do wymagających pod względem jakości zasilania odbiorników. Czasy przełączenia dla takich zasilaczy są na poziomie kilku milisekund (4–5 ms).

Zasilacze typu On-Line

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.

Obecnie w większości przypadków zasilanie odbiornika jest odseparowane od sieci zasilającej. Realizowane jest to poprzez podwójne przekształcenie prądu – najpierw prąd przemienny z sieci zamieniany jest na prąd stały, następnie ponownie konwertowany jest na prąd przemienny do zasilania odbioru (AC-DC/DC-AC). W momencie zaniku napięcia sieciowego układ prostujący (AC-DC) zostaje odłączony i akumulatory poprzez falownik (DC-AC) przejmują zasilanie podłączonego odbiornika.

W każdym momencie pracy postać napięcia wyjściowego jest kontrolowana przez działający falownik. Zatem jego jakość (napięcia zasilającego) zależy od jakości i sposobu funkcjonowania falownika.

Dobre zasilacze tego typu są w stanie dostarczyć napięcie o kształcie prawie idealnej sinusoidy, eliminując przy okazji zakłócenia pochodzenia sieciowego w postaci zbędnych harmonicznych, zakłóceń impulsowych czy spadków napięć. Występuje tu zdolność korekcji napięcia bez użycia energii z akumulatorów.

Zasilacze tego typu mają szereg zalet predestynujących je do zastosowania w najbardziej wymagających aplikacjach, do których można zaliczyć:

• separację odbiornika od sieci zasilającej,
• praktycznie zerowy czas przełączania na podtrzymanie akumulatorowe,
• bardzo dobrą stabilność napięcia wyjściowego i częstotliwości oraz bardzo dobre tłumienie zakłóceń, lepsze niż zasilacze innych typów,
• bardzo szeroki zakres tolerancji napięcia wyjściowego.

Zasilacze typu On-Line nie są oczywiście pozbawione wad. Główna z nich to nieco mniejsza sprawność niż w przypadku dwóch pozostałych typów. Wynika to właśnie z zastosowania dwukrotnej konwersji, podczas której nieodłącznie występują pewne straty w postaci ciepła pomimo stosowania przetwornic AC-DC i DC-AC o wysokiej sprawności. Drugim minusem jest oczywiście cena, ale wynika ona z tego, że jest to najbardziej zaawansowany technologicznie rodzaj ­UPS-a. Za kolejny minus można uznać nieco szybsze zużywanie się wykorzystywanych akumulatorów.

Zabezpieczanie pracy kilku urządzeń

W niniejszym artykule chcę zwrócić uwagę na zasilacze o większym zaawansowaniu technicznym i większych mocach, przeznaczone nie do ochrony pojedynczego urządzenia, ale do zabezpieczenia pracy kilku urządzeń – służące niejako do centralizacji bezpieczeństwa dostaw energii grupy urządzeń, systemu czy całego obiektu.

W sytuacji, gdy jest wiele urządzeń wymagających stabilnego zasilania, dużo korzystniejszym rozwiązaniem, również finansowo, jest posiadanie jednego systemu UPS o wysokich parametrach techniczno-użytkowych. Taka jednostka może oferować również system nadzoru oraz kontroli wprzęgnięty w lokalną sieć. Mając na uwadze rezerwowanie wielu urządzeń, w tym również tych najbardziej wymagających, nasz wybór praktycznie ogranicza się do wyżej opisanych urządzeń typu On-Line. Nadają się one w szczególności do rezerwowania zasilania centrów danych, zasilania urządzeń medycznych czy automatyki przemysłowej na liniach produkcyjnych.

Domowym zastosowaniem tego typu urządzeń może być zasilanie wysokiej klasy instalacji audio, gdzie będzie to znacznie sensowniejszy wydatek niż kupno ultradrogich kabli zasilających czy filtrów sieciowych o niesprecyzowanych parametrach.

Dobór i instalacja dużych zasilaczy

Dobór i instalacja dużych zasilaczy to kosztowne rozwiązanie i niejednokrotnie skomplikowane. Przed ostateczną decyzją warto zwrócić się do wyspecjalizowanej firmy o wykonanie analizy i koncepcji takiego zabezpieczenia. W tym celu należy zdefiniować zbiór urządzeń, które mają podlegać ochronie, wymagania techniczne ww. urządzeń w zakresie skutecznego podtrzymania zasilania oraz nasze oczekiwania, co do efektów takiej ochrony, w tym:

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

Po analizie oferowanych rozwiązań i kosztów można podjąć decyzję o instalacji takiego systemu, a ostateczny dobór i instalację powierzyć fachowemu serwisowi producenta danego sprzętu. Jak zwykle w tego typu przypadkach należy zwrócić uwagę na zasady i warunki serwisu, długość gwarancji oraz rodzaj tego serwisu, a także gwarantowany czas naprawy/czas reakcji gwaranta na zgłoszenie usterki.