Непрекъсваемо захранване: предназначение и специфика на работа на домакински UPS

За да се поддържа функционалността на устройствата по време на мрежови повреди, се използва непрекъсваемо захранване.В зависимост от вида на обслужваните потребители и параметрите на мощността, трябва да изберете различни модели. Тези устройства са в търсенето, така че закупуването на копие с необходимите характеристики не е трудно.

Но преди да купите, трябва сами да разберете неговите характеристики и да не доверявате този проблем на мениджъри, които се интересуват от продажбите.

В този материал ще разгледаме дизайна и експлоатационните характеристики на UPS, както и ще говорим за правилата за неговото използване.

AC UPS вериги

За битови нужди се използват устройства за непрекъсваемо захранване, свързани към еднофазна мрежа 220 V, които могат да захранват потребители, изискващи същото напрежение, за известно време при липса на електричество.

Има и UPS, които са свързани към входа към трифазна мрежа, а изходът е или 380 V, или 220 V. Те обаче са скъпи, използват се, когато е необходимо да се получи автономна мощност от 10 kVA A, който не е необходим за домашни нужди.

Домакинските UPS устройства за променлив ток се разделят на следните типове според тяхната схема на работа:

• архивиране (офлайн);
• интерактивен (линейно-интерактивен);
• двойно преобразуване (онлайн).

Те се различават по качеството на изходното напрежение и цената.Най-евтините са standby, а най-скъпите са с двойно преобразуване.

Най-простият дизайн на резервното захранване включва превключващо реле и пасивно филтриране за потискане на смущенията.

За преобразуване на променлив ток в постоянен ток в зарядното устройство се използва токоизправител. И обратната трансформация се извършва с помощта на инвертор.

В системите за непрекъсваемо захранване обикновено се инсталират обикновени електромеханични релета за превключване на веригата от мрежата към батерията. Ако тази част е с високо качество, тогава нейният ресурс е достатъчен за цялата работа на UPS. Но най-често, когато един блок се повреди, проблемът е точно в този конструктивен елемент.

Интерактивната схема се различава от резервната верига по наличието на стабилизатор на напрежението. Той е проектиран като типичен автотрансформатор с директно свързани намотки

Стабилизирането на напрежението също присъства в много домакински устройства, така че ако отклоненията са незначителни, тогава няма смисъл да купувате по-скъп линеен интерактивен модел.

Наличието на трансформатор често принуждава производителя да използва принудително охлаждане, поради което такива UPS са оборудвани с охладители. Те излъчват шум, сравним по интензитет с работата на системния блок на компютъра.

При онлайн схема инверторът се захранва непрекъснато от батерии. Следователно, ако възникне прекъсване на захранването, времето за превключване към резервно захранване е нула

Най-сложните и скъпи устройства с двойно преобразуване имат и най-ниска ефективност. Електричеството се губи в топлина, която устройството излъчва. Следователно тяхното използване трябва да бъде оправдано.

Най-същественото предимство на този тип непрекъсваемо захранване е моменталната реакция при прекъсване на захранването. Но за повечето домакински уреди това не е толкова важно. Същите компютри обикновено са оборудвани с резервен или интерактивен UPS.

Най-важните параметри

Сега на пазара има много оферти за продажба на битови непрекъсваеми захранвания. За да определите правилно предназначението им и да не сбъркате с избора, трябва да разберете на кои параметри първо трябва да обърнете внимание.

Основни технически характеристики

Изходната мощност на устройството определя максимално допустимата стойност, която устройството може надеждно да предостави на потребителя. Измерва се във волт-ампери (VA). За удобство на потребителите тази стойност често се дава и във ватове.

За да измерите натоварването на устройствата, можете или да използвате амперметър, или да го изчислите, като използвате показанията на измервателен уред, инсталиран в апартамента.

Можете да измерите консумацията на електроенергия с битов амперметър (ватметър) с контакт. Свързаното устройство трябва да бъде превключено в режим на максимална консумация

Когато определяте реалната мощност на компютъра, не трябва да се ръководите от мощността на захранването, тъй като винаги се закупува с резерв.

Ако нямате амперметър, трябва да направите следното:

1. Изключете всички вериги в панела, с изключение на тази, която захранва компютъра.
2. Изключете всички устройства в тази верига.
3. Включете компютъра и стартирайте типична програма на него (например видео от YouTube).
4. Изчакайте, докато измервателният уред промени стойността на една десета от киловата.
5. Време до следващата промяна.

Средна консумация на енергия (П, ват) за този период (T, минути) може да се изчисли по формулата:

P = 100 * (60 / t)

Следващата важна характеристика е животът на батерията. Този индикатор зависи от натоварването, което UPS изпитва в този момент. При максимално допустимата мощност батериите на домакински уред работят 1-3 минути. И на половина - много по-дълго (до 10 минути).

Графиката на зависимостта на живота на батерията от средното натоварване показва, че тази зависимост е нелинейна. Това се дължи на начина, по който се разреждат батериите.

Това води до два извода:

• по време на прекъсване на захранването е необходимо да се намали максимално натоварването, консумирано от устройствата;
• Препоръчително е да закупите UPS с мощност, която надвишава изчислената с поне 30%.

Диапазонът на входното напрежение показва минималното и максималното допустимо мрежово напрежение, при което захранването няма да се превключва към батериите. Като правило, всички UPS могат да издържат на диапазон от 180-260 V.

Някои производители имат много добри (рекламни) показатели, например по-ниската стойност е 110 V. Тук трябва да се уверите, че тези числа са взети специално за максималното натоварване, а не за половината.

Друг важен технически показател е нивото на шума. UPS устройствата, направени чрез линейно интерактивна или онлайн технология, генерират много топлина, така че производителите инсталират вентилатори върху тях. Ако охладителите са евтини, тогава с течение на времето те ще направят шум, което е нежелателно за жилищно пространство.

Интерфейс и настройка

Появата на блокове може да бъде много разнообразна. Обикновено имат класическа правоъгълна форма, с индикатори или дисплей отпред и захранващи конектори отзад. Техният брой не е толкова важен, тъй като към изхода може да се свърже удължителен кабел с тройник.Това по никакъв начин няма да противоречи на концепцията за UPS.

Моделът може да има LCD дисплей, който ще показва ситуацията със захранването на свързаните устройства: наличие на мощност, брой консуматори, заряд на батерията и др.

Системата за показване намалява цената на оборудването. Освен това е по-практичен. Ако трябва да знаете някакви параметри, много модели имат функцията за свързване към компютър

За да разберете параметрите на захранването, състоянието на батериите на UPS и как работи, можете да го свържете към компютър. За много модели тази функция е внедрена и е разработен софтуер.

Има три основни типа интерфейс:

• USB. Най-често срещаната връзка между компютър и UPS.
• RS-232 (COM порт). Рядко присъства в битовите модели.
• Ethernet 10/100. Използва се за дистанционно управление на непрекъсваемо захранване.

Софтуерът за получаване на характеристики от UPS и неговото управление е разработен не само за различни версии на Windows. Например, добре познатият производител Powercom има Android версия на софтуера, която ви позволява дистанционно да наблюдавате състоянието на захранването и, ако е необходимо, да коригирате работата на непрекъсваемото захранване.

Софтуерът ви позволява да наблюдавате основните характеристики на електрическата мрежа, като входно и изходно напрежение, честота. Можете също така да разберете заряда на батерията и температурата на устройството

Непрекъсваемите токозахранващи устройства се разполагат в непосредствена близост до защитени консуматори на електроенергия. Обикновено се поставят на пода или на рафтове. Някои модели са оборудвани с крепежни елементи, които им позволяват да бъдат монтирани на стени.

Качество на изходния ток

Непрекъсваемите захранващи устройства трябва да осигуряват ток с подходящо качество.При работа на батерии инверторът е отговорен за това, а в случай на захранване от мрежата проблемните зони трябва да бъдат изгладени с филтри и стабилизатор. Смущенията, възникващи в електрическа верига, имат различен произход и последствия за електрониката. Следователно този въпрос също трябва да бъде внимателно проучен.

Мрежови смущения и защита

Всички съвременни UPS устройства са оборудвани със защита срещу проблеми, свързани с обслужваните устройства. Ако общото натоварване надвиши максимално допустимото или възникне късо съединение, непрекъсваемото захранване незабавно ще изключи захранването.

Смущенията в мрежата могат да бъдат разделени на честотни и импулсни. Първите не са толкова опасни, особено за компютърни или телевизионни захранвания, които преобразуват променлив ток в постоянен ток. Последното може да създаде проблеми с всяка електроника.

Поради това повечето UPS устройства са оборудвани със защита от пренапрежение и хармоници, използващи варистори и високочестотни филтри.

Премахването на смущенията по линията става на два етапа. Първо варисторите прекъсват високочестотните импулси, а след това филтърът изглажда малки скокове

Проблемът с появата на импулси с високо напрежение е характерен не само за захранващите кабели, но и за мрежите за пренос на данни - компютърни или телефонни. Те могат да възникнат поради излагане на атмосферно електричество, повреди на близкото окабеляване, електрически смущения и други причини.

Много производители произвеждат модели с възможност за защита на локална мрежа. За целта UPS има два RJ-45 конектор - един за вход и един за изход. Сигналът преминава през филтър, който потиска ударите на напрежението. За телефонните линии системата е същата, само конекторите са във формат RJ-11.

Ниско и високо напрежение

Регулирането на напрежението се извършва с помощта на автоматичен регулатор на напрежението (AVR), чийто основен елемент е автотрансформатор. Принципът на неговото действие се основава на промяна на броя на завъртанията на една от намотките, в резултат на което напрежението се променя към увеличаване или намаляване на стойността му.

Наличието на AVR в UPS ви позволява да не включвате автономния режим всеки път, ако напрежението леко се отклонява от стандартните стойности. Това значително увеличава живота на батерията.

Професионалните мултиметри като CEM DT 9909 могат да записват стойността на напрежението за дълго време. Използването на такова устройство може да помогне при избора на стабилизатор или UPS

Съгласно GOST 29322-2014 се допуска 10% отклонение на напрежението от референтната стойност за период от не повече от 1 час. Всички съвременни UPS с регулатори се справят с такива колебания.

Изходна чистота

Видът на изходния сигнал зависи от модела на инвертора, който е инсталиран в непрекъсваемото захранване. В идеалния случай формата на вълната на AC напрежението трябва да бъде синусоидална. Но след преобразуване чрез инвертор, той придобива стъпаловидна форма.

Колкото по-голям е броят на стъпките в кривата на моментното напрежение спрямо времето, толкова по-добро е качеството на променливия ток. Това е важно за някои устройства

За оборудване, което съдържа асинхронни електродвигатели (хладилник, климатик), трансформаторни захранвания (висококачествено аудио оборудване), APFC захранвания (сървъри и мощни изчислителни компютри) се нуждаете от чиста или добре апроксимирана синусоида.

Нито един инвертор и следователно нито един UPS не произвежда чиста синусоида, каквото и да пишат производителите на оборудване в рекламните брошури. Приближаването на изходния сигнал до синусоида се оценява чрез пълното хармонично изкривяване (THD).

Изходният сигнал от устройството може да се счита за синусоидален при THD<5%. За някои модели, като IMV NetPro 2000, тази цифра е само 2%.

Правила за използване на UPS

Когато купувате непрекъсваемо захранване за организиране на резервно захранване, трябва да разберете с кои устройства може да се използва. Понякога е невъзможно да се мине само с UPS и тогава трябва да вземете допълнителни мерки, за да осигурите дома си с електричество.

Свързване на домакински уреди

Компютрите, модемите, рутерите, видео и аудио оборудването са типични домашни или офис устройства, към които са свързани непрекъсваеми захранвания. Ако тази техника включва обикновени импулсни захранвания, тогава ще бъде достатъчно да закупите сравнително евтини модели, които не произвеждат чиста синусоида.

Модерните модели са компактни и имат атрактивен дизайн, който се вписва хармонично с останалото оборудване в интериора на всекидневната.

Също така няма нужда да купувате скъпи продукти за осветление. Основното тук е да изчислите правилно максималната мощност и живота на батерията.

При чести прекъсвания проблемът с непланираното размразяване на хладилниците и развалянето на храната е актуален. При защита на такова оборудване с асинхронни двигатели ще са необходими UPS с по-сложен дизайн, тъй като ще е необходим „чист“ синусоидален сигнал.

Освен това е необходимо да се вземе предвид наличието на стартови токове, които възникват при стартиране на двигателя.Опростено за хладилно оборудване, тяхната стойност може да се определи чрез умножаване на стойността на мощността по 5.

Ако например в кухнята има хладилник с обща мощност 300 W (при стартиране - 1500 W) и фризер 200 W (при стартиране - 1000 W), тогава имате нужда от захранване с чиста синусоида и максимална мощност най-малко 1700 W. Тази стойност е получена за случая, когато фризерът работи и в този момент хладилникът е включен. Едновременното стартиране на двата двигателя е малко вероятно и такъв UPS ще издържи едносекунден скок от 2,7 kW.

Устройство от онлайн тип с максимална мощност от 2000 W може да работи около половин час с обща консумация от 500 W. Тъй като режимът на охлаждане отнема около 5 минути, непрекъсваемото захранване е гарантирано достатъчно за 6 стартирания на двете устройства.

В частни къщи и вили също е важно да използвате UPS за поддържане на отоплителна система с принудителна циркулация. Помпите също се нуждаят от чист синусоид

Системите за непрекъсваемо захранване също се използват активно за работа газови отоплителни котли. Като се има предвид цената на свързаното оборудване, в този случай не трябва да пестите от качеството на UPS.

Резервно и допълнително захранване

За много домакински уреди е невъзможно да се избере евтин UPS, тъй като ще е необходима значителна максимална мощност при дълъг период на автономна работа. Пералните машини, електрическите фурни и разпределените климатични системи консумират много електроенергия.

Можете, разбира се, да се справите без тези устройства по време на прекъсване на захранването. Това е препоръчително, ако такива прекъсвания се случват рядко и за кратко време.Но ако се вземе решение за осигуряване на мощни потребители с автономно захранване, тогава е по-добре да използвате бензинов или дизелов генератор. За бързото им стартиране при липса на напрежение се използва система за автоматично прехвърляне (ATS).

Ако имате допълнителен източник на захранване, UPS все още си струва да използвате, поне за компютри. Невъзможно е да се постигне моментално стартиране на генератора и възстановяване на захранването.

Стабилизиране на ниско напрежение

Проблемът с ниското напрежение е актуален за съоръжения, свързани към стари или маломощни електрически мрежи. Ако тази ситуация се случва постоянно, тогава е по-добре да използвате входа стабилизатор.

Ако има стабилизатор, напрежението на вътрешната мрежа ще бъде приведено до стандартни стойности. Това ще засегне и устройства, които не са свързани към UPS.

Когато напрежението се намали, токът, протичащ през вътрешната мрежа, се увеличава. Например, нека общата мощност на потребителите, свързани към UPS, е 1,5 kW, а захранваното напрежение е 190 V.

След това от Закон на Ом:

• аз₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – ток във веригата до UPS без стабилизатор;
• аз₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – сила на тока във веригата до UPS със стабилизатор.

По този начин вътрешна мрежа без стабилизатор ще изпита повишено натоварване, което може да не е взето предвид при избора на напречното сечение на окабеляването.

Следователно, при постоянно ниско напрежение е по-добре да инсталирате стабилизатор. В този случай натоварването на UPS автотрансформатора ще бъде по-малко, което ще удължи експлоатационния му живот. Освен това, като вземете предвид изравняването на напрежението, можете да закупите по-евтини непрекъсваеми захранвания.

Непрекъсваемо захранване на DC консуматори

За някои устройства е необходимо да се осигури непрекъснато захранване с DC 12, 24 или 48 V. В продажба има и UPS от този тип. Техните маркировки съдържат съкращението "DC". Съществуват и агрегати със захранващо напрежение 60, 110 или 220 V, но те се използват в промишлеността или енергетиката.

Разликата между DC непрекъсваемите източници на енергия във вътрешната структура от класическите модели е липсата на инвертор. Батериите са свързани директно към изхода чрез контактор с токоограничаващ измервателен шунт за предотвратяване на недопустимо дълбоко разреждане на батериите.

Понякога може да има стабилизиращ преобразувател на изхода, ако устройствата, захранвани от UPS, са чувствителни към малки колебания на напрежението.

Заедно с преобразуватели на напрежение, 48 W DC UPS е в състояние да захранва система за видеонаблюдение с периметър до 1 km

Тези резервни захранвания се използват за защита на следното домакинско оборудване, захранвано с постоянен ток:

• Системи за видеонаблюдение и сигурност;
• всички видове сензори (теч, дим, пожар, движение и др.);
• осветителни системи;
• телекомуникационни устройства;
• комуникационни системи;
• компоненти на системата за управление "умна къща".

Много DC UPS имат възможност за свързване на външни батерии. В този случай автономното функциониране на устройствата, които обслужват, може да бъде много дълго.

Изводи и полезно видео по темата

Накратко за основните характеристики на битовия UPS:

Разнообразието от видове UPS и техните характеристики е следствие от различните условия на тяхното използване: мощност и тип на свързаните устройства, параметри и типични проблеми на конкретна електрическа мрежа.Непрекъсваемото захранване обикновено не е най-скъпият елемент в системата, но стабилността на работата му зависи от него. Ето защо трябва да определите условията на работа и внимателно да изберете модела.

Все още имате въпроси по темата на статията? Или можете да допълните този материал с интересна информация за UPS? Моля, напишете вашите коментари, задайте въпроси и споделете опита си в блока по-долу.