UPS-škola

Pozdrav, 

 U ovoj temi ću nastojati što više objasniti elektronički uređaj UPS (neprekidno napajanje), njegove karakteristike, svojstva i principe rada. Nadam se da će vam biti korisno i zanimljivo pa stoga krenimo.

 Tema će biti podijeljena u dva dijela od kojeg se prvi dio odnosi na UPS, dok drugi na osnove električne struje koje će vam pomoći da bolje shvatite principe rada UPS-a.

Što je to UPS? 

 UPS (eng. uninterruptible power supply) je uređaj koji pruža rezervnu električnu energiju ukoliko električna energija gradske mreže zakaže. Od tuda i naziv izvor neprekidnog napajanja jer omogućava rad ostalih uređaja spojenih na UPS u slučaju nestanka napona gradske električne mreže za određeni period vremena. Vrijeme koje UPS može pružiti ovisi o samoj jedinici UPS-a odnosno kapacitetu baterija koje ima i opterećenju trošila.

Zadatak UPS-a je da:

• osigura potrebno vrijeme za sigurno isključenje uređaja
• osigura potrebno vrijeme za startanje generatora
• regulacija kvalitete električne energije (ovisi o topologiji UPS-a)

Izvedbe UPS-a:

 Postoje tri glavne izvedbe UPS-a, još bolje poznato kao topologije, topologiju će karakterizirat princip rada, a ujedno će definirati i cijenu uređaja:

• Standby/Offline
• Line-interactive
• Online/Double-conversion
• ostale: Standby-Ferro, Delta Conversion-Online, Flywheel

 Izvedba prema vrsti izmjenične električne struje koju koristi:

• Trofazni UPS (industrijska upotreba)
• Jednofazni UPS (kućna upotreba, manja postrojenja)

Principi rada prema vrsti topologije:

Standby/Offline

 Svi uređaji spojeni na ovu vrstu UPS-a se direktno napajaju iz gradske mreže sve dok UPS ne detektira nestanak napona na izvoru gradske mreže. Ovakav oblik UPS-a ne pruža nikakvu zaštitu u pogledu ispravljanja ulaznog napona.

Blok dijagram rada

Oblik izlaznog signala je aproksimacija sinusnog, pravokutni

Učinkovitost >90%

Line-interactive

 Gotovo identičan u izvedbi kao i standby/offline uz dodatak autotrasnformatora(Buck Boost) koji ima mogućnost regulacije ulaznog napona, tzv. AVR(automatic voltage regulation). Vrijeme potrebno da sklopka(relej) izvrši prebacivanje na bateriju iznosi 3-8ms.

Blok dijagram rada

Oblik izlaznog signala je sinusni ili aproksimacija sinusnog

Učinkovitost >90%

Online/Double-conversion

 Pruža najviši oblik zaštite. Kako i samo ime navodi ovdje se događa dvostruka konverzija električne struje. Primarna konverzija se vrši u AC/DC ispravljaču, a sekundarna u DC/AC inverteru. UPS koristi bateriju tek kada nije moguće ispraviti fluktacije napona putem AC/DC-DC/AC konverzije ili u slučaju nestanka napona na gradskoj mreži.

Blok dijagram rada

Oblik izlaznog signala je sinusni

Učinkovitost 80-90%

Učinkovitost UPS/topologije se odnosi na sposobnost uređaja da vrši konverziju AC-DC & DC-AC elek. struje bez gubitaka.

Napomena:

 Svi UPS uređaji zasnovani na radu invertera za dobivanje AC elek. struje ne mogu dati stvarni sinusni oblik signala. Stvarni sinusni oblik nastaje rotacijom petlje u homogenom magnetskom polju (AC generator). Međutim kvalitetni UPS uređaji odnosno DC-AC inverteri u njima mogu dati prilično kvalitetan sinusni oblik.

UPS baterija

 Najčešći tip baterije korišten u UPS uređajima su:

• VRLA (eng. valve-regulated lead acid) baterije
• AGM (eng. absorbent glass mat) baterije
• Wet-Cell baterije

VRLA i AGM bateriju su zatvorenog tipa tj. ne zahtijevaju održavanje, koriste se u UPS-ovima manjeg kapaciteta. Vremesnki period trajanja 3-5 godine.

Wet-Cell baterije se koriste u industrijskoj upotrebi, zahtijevaju održavanje te im jer vremenski period trajanja 20 godina.

VRLA baterija:

 Za razliku od Wet-Cell baterija gdje je elektrolit je u obliku tekućine kod VRLA baterije je u obliku gela. Nisu hermetički zatvorene, sadrže ventil koji ispušta višak plina(vodik) prilikom punjenja.

AGM baterija:

Elektrolit je suspendiran u obliku paste izmedu olovnih ploča.

Ah (Amp-hour) kapacitet baterije, značenje:

"Ah" je jedinica mjere za kapacitet baterije. Nastaje kako umnožak jakosti struje (I) sa vremenom pražnjenja u satima (h).

Na primjer:

 Baterija koja daje 5A u periodu od 20h ima kapacitet od 100Ah. To znači da je baterija bila opterećena trošilom koje vuče 5A u periodu od 20h.

Znači li to da će ta ista baterija baterija kapaciteta 100h ovog puta opterećena opterećenjem od 10A  trajati 10h, pa zapravo ne, taj broj će biti manji. Što je opterećenje veće kapacitet baterije je manji.

Ovaj odnos je matematički izražen Peukert-ovim zakonom.

Formula:

formula

Primjena formule za gore dano opterećenje od 10A za 100Ah kapacitet baterije.

proračun

 Period vremena pražnjenja nije isti za sve baterije jer proizvođači koriste različite periode vremena. Uglavnom proizvođači daju u specifikacijama baterije pored Ah oznake i vrijeme praženjenja (20h, 10h, 5h).

Oblici spajanja baterija

Baterije možemo spajati u tri vrste spoja:

• Serijski, kapacitet (Ah) ostaje isti napon raste za dvostruku vrijednosti 

• Paralelni, kapacitet (Ah) raste za dvostruku vrijednosti, napon ostaje isti

• Mješoviti (serijski + paralelni), kapacitet (Ah) raste za dvostruku vrijednosti i napon također

>>>Upozorenje<<<

Veliki broj ljudi povećava autonomiju rada UPS uređaja izvodeći paralelan spoj na baterijama. Problem nastaje kada se taj oblik primjenjuje na jeftine UPS uređaje, jer većina jeftinih UPS-a nije dizajnirana za dulji rad od vijeka trajanja autonomije UPS-a. Sa takvim oblikom modifikacije riskirate uništenje DC-AC invertera u UPS-u i moguće zapaljenje samog uređaja. 

UPS uređaji koji su dizajnirani za dulje vrijeme autonomije imaju priključak na samom uređaju za dodatni paket baterija.

Ukoliko već radite takve modifikacije osigurajte adekvatno hlađenje invertera i kućišta UPS-a

Zašto se izlazna snaga kod UPS-a označava sa VA (Volt-Amper), a ne sa W (Watt)?

Za DC struje krugove, snaga se izračunava definicijom:

             P= V · I [W]

no istu formulu ne možemo primjeniti u AC strujnim krugovima jer većina trošila će uzrokovati fazni pomak između napona i jakosti struje.

Zbog toga u AC strujnim krugovima imamo tri vrste snage:

• Aktivna (radna)

Aktivna snaga (P) je snaga električne energije koja se prenosi od izvora na trošilo na kojemu se sva pretvara u drugi oblik energije (toplinu, mehanički rad, rasvjetu, i sl.)

Oznaka P

Mjerna jedinica [W](Watt)

Određena je: P= U · I · cosφ [W]*

• Prividna

Definira se kao umnožak efektivne vrijednosti napona i jakosti struje.

Oznaka S

Mjerna jedinica [VA](volt amper)

Određena je: S= U_{rms ·} I_rms [VA]*

• Reaktivna (jalova)

Je snaga električne energije koja neiskorištena prolazi kroz trošilo, na trošilu ne stvara nikakav trajni učinak i vrača se u obliku električne energije natrag u izvor

Oznaka Q

Mjerna jedinica [VAr](volt amper reaktiv)

Određena je: Q= U · I · sinφ [VAr]*

Jednostavniji pristup objašnjenju

*navedene formule se odnose na jednofaznu elek. struju. 

Faktor snage (eng. Power Factor, PF)

 Faktor snage "cosφ" predočuje omjer aktivne (P) i prividne snage (S) na nekom trošilu.

Vrijednost faktora snage trošila cosφ može biti izmedu 0 i 1 (0-100%) ovisno o veličini faznog pomaka.

         cosφ=P/S

 Faktor snage iznosa 1 imaju krugovi kao što su grijači elementi (grijalice, žarulje sa žarnom niti), dok ostali sklopovi sadrže induktivne ili kapacitivne elemente, te im je stoga faktor snage manji od 1.

Kako izračunati potreban kapacitet snage UPS-a za vlastite potrebe:

Primjer UPS-a za računalo

 Potrebno je poznavati ukupnu potrošnju vašeg računala. Te brojke možete saznati mjerenjem putem uređaja za mjerenje potrošnje energije ili zbrajanjem max. potrošnje pojedinih komponenti u vašem računalu (pronaći u recenzijama na internetu, PSU-kalkulator).

Također je izuzetno bitno poznavati specifikacije vašeg napajanja (PSU) u ovom slučaju efikasnost i vrijednosti korekcije faktora snage (PFC).

>>>Ukoliko znate potrošnju putem mjerenja, pretvorite W u VA putem ove formule VA=W/PF<<<

P R I M J E R

Recimo vaše računalo (kućište) pod opterećenjem troši 450W (DC).

Specifikacije napajanja su 650W uz efikasnot 82% pri max. opterećenju uz PFC 0.99. Imajte na umu da efikasnot PSU varira sa opterećenjem. Kvalitetna napajanja imaju efikasnost veću od 80%.

Proračun:

450/0.82=548.78W AC

Dobiveni iznos djelimo sa PFC-om

548.78/0.99=554.32VA

Standardni iznos kapaciteta snage UPS-a za gore navedeni iznos + monitor bi bio UPS od 650VA.

Također možemo napraviti proračun za željeni kapacitet na kojem želimo da UPS radi, ako ne želimo da UPS radi sa svih 100% kapaciteta, već recimo 70%.

650/0.70=928VA ≈ 1000VA UPS bi bio potreban.

Samim time smo osigurali za buduće nadogradnje/izmjene.

©

Sviđaju li vam se ovakve vrste tema?

Te biste li željeli za buduću ovakvu temu imati temu o PSU napajanju, gdje bih objasnio principe rada PSU za računalo.

Pokazao kako putem digitalnog multimetra mjerit napon i efikasnost uređaja itd, možda napravit kratak osvrt na same mjerne uređaje i važnost uloge kvalitete tih uređaja.

Može li mala pomoć. Iman UPS i kompjuter mi je spojen na njega. Prije san ima obični monitor i njega san moga spojit najnormalnije na UPS. Ali sad san kupija LCD Tv i ne postoji nikakva mogućnost da ga spojin na UPS. Tako da kad mi nestane struje kompjuter mi nastavi radit a TV mi se ugasi jer nije spojen na UPS. Šta da radin? Postoji li kakav kabel za spojit TV i UPS?

 Umjesto C13 neka stavi utičnicu za produžne kablove,ja sam tako spojio modem i telefon :)

Schuko,utičnica za produžni,ma znat će oni šta triba,bitno je da znaš kako izgleda,ovakav kabel ćeš teško pronać kod nas,jedino ti ostaje da ga napraviš pomoću te utičnice i c13-c14 kabla.

Mislim da ti je bolje iskopčat kabel iz TV sa Schuko nastavkom i ubacit stari od UPS-a, ne moraš kupovat taj produžni

Pretpostavljam da možda nisi prvi dio izračuna shvatio:

Računalo radi na "istosmjernu elek. struju[DC]" međutim elek. struja koju imamo u kući je "izmjenična[AC]" elek. struja, tu AC struju pretvaramo u DC struju putem PSU-a(napajanja), prilikom te pretvorbe dolazi do gubitaka, ti gubici određuju efikasnost napajanja.

Znači ne možemo 100W AC struje pretvorit u 100W DC struje, da je to moguće imali bismo napajanja sa 100% efikasnošću. 

Što se tiče UPS-a:

Da vaš UPS ne može držati trošila koja ste spojili na njega pod punim opterećenjem pri nestanku struje on bi se trebao ugasiti(čuli biste zvučni signal) zbog ugrađene zaštite od preopterećenja.

250W pod stress mi se čini malo za sve šta ste nabrojali, no to opet ovisi o provedenom testu.

 Ne razumijem se baš u struju, znam čemu služi UPS i zato ga imam ali nisam ga birao, dobio sam ga. Meni je isto bilo čudno da po tim očitanjima UPS ispada tako mala potrošnja ali onda opet mislim pa nove su relativno sve komponente i trebale bi biti štedljivije. Zadnje sam promjenio grafičku, sa 4850 koju sam imao prije trenutne potrošnja u idle mi je bila 117W na istom tom očitanju u privitku. Nisam još imao nestanaka struje pa ne znam dali bi se gasio UPS u takvim situacijama, možda i bi, ima već godina i baterija sigurno nije neka.

 Tada je kolegino rješenje najbolje

 Iskapčanjem bi provjerio može li UPS izdržati opterećenje koje mu stavljaš na teret. Što se tiče baterija radni vijek im je cca. 5 godina tako da ne bi trebalo biti problema sa baterijama.

Nakon što iskopčaš mogao bi čuti čudno cvrčanje iz napajanja samog PC-a, jer današnja PC- napajanja ne vole  aproksimaciju sinusnog signala kao što daje vaš UPS.

Za PC računala i osjetljivu elektroniku se preporuča sinusni oblik, nažalost mnogo je skuplji.

 Kolega za prvu što sam pronašao, pogledat ću još kasnijem malo više:

• http://www.cyberpower-eu.com/products/ups_systems/pfc-sinewave/cp1300epfclcd.htm
• http://www.apc.com/products/resource/include/techspec_index.cfm?base_sku=SMT1000I

Oba dva imaju sinusni oblik međutim APC je bolji ali i skuplji jer ima manje izobličenje izlaznog napona, manje od 5% za razliku od prvog navedenog koje je +/-10%. 

 Ukucaj na Nabava.net cijene su različite, postoji mogućnost da ti dam dućan skuplje nabave :(

UPS sa sinusnim izlazom ispod 1000Kn teško, praktički nemoguće.

http://www.nabava.net/neprekidna-napajanja-i-zastita__460?se=382693%2C12514%2C12486%2C694636%2C695938%2C382700%2C12490%2C12522%2C464809%2C661476%2C695428%2C12497%2C12500%2C32057%2C31354%2C382686%2C695350%2C694644%2C695348%2C12575&q=&cod=&cdo=1400&primijeni=Primijeni+ove+kriterije

• CyberPower CP900EPFCLCD, 540W za cca. 1330Kn(sinusni izlaz)

Daj mi to malo pojasni, odnosno taj sinusni izlaz.

Gledam forum i vidim da kolega 191x7 i dosta ljudi na forumu koristi ovo, KLIK i KLIK, XXX-man ima model 600, skužio sam iz tvoga

prvoga posta da je to "Line-interactive" UPS.

Što ja gubim, odnosno kakve posljedice mogu imati ako uzmem tako nešto, odnosno model 1000?

ps. napajanje lako mogu zamjeniti za npr. Seasonic 520GB 520W koji mi stoji sastrane.

Pozdrav svima, trebao bih kupiti UPS jer dosta cesto nestaje struja, ponekad na par sekund. Sada zanima me kako da izracunam koliko moje racunalo koristi Wata u full loadu? I koliki bi mi trebao UPS za isti?