Ununterbrochene Stromversorgung (UPS): Blockschaltbild & Erklärung
Was ist eine UPS (Ununterbrochene Stromversorgung)?
Eine Ununterbrochene Stromversorgung (UPS) wird definiert als ein elektrisches Gerät, das als unmittelbare Energiequelle für die angeschlossene Last verwendet werden kann, wenn es einen Ausfall der Hauptstromquelle gibt.
In einer UPS wird die Energie in der Regel in Schwungraden, Batterien oder Superkondensatoren gespeichert. Im Vergleich zu anderen unmittelbaren Stromversorgungssystemen bieten UPS den Vorteil, dass sie sofortigen Schutz gegen Unterbrechungen der Eingangsspannung bieten.
Sie haben eine sehr kurze Betriebszeit mit Batterieversorgung; diese Zeit reicht jedoch aus, um die angeschlossenen Geräte (Computer, Telekommunikationsausrüstung usw.) sicher herunterzufahren oder eine Standby-Stromquelle einzuschalten.
UPS können als Schutzgerät für Hardware verwendet werden, die bei plötzlichen Stromausfällen schwerwiegende Schäden oder Verluste verursachen kann.
Andere gebräuchliche Bezeichnungen für UPS sind Ununterbrochene Stromquelle, Batteriereserve und Schwungradreserve. Die verfügbaren Größen von UPS-Einheiten reichen von 200 VA, die für einen einzelnen Computer verwendet werden, bis hin zu großen Einheiten mit bis zu 46 MVA.
Hauptfunktionen einer UPS
Wenn es einen Ausfall der Hauptspeisung gibt, versorgt die UPS die Stromversorgung für eine kurze Zeit. Dies ist die primäre Funktion der UPS. Darüber hinaus kann sie auch einige allgemeine Stromprobleme, die mit Versorgungsleistungen in unterschiedlichem Maße verbunden sind, korrigieren.
Die Probleme, die korrigiert werden können, sind Spannungsspitzen (anhaltend über Spannung), Rauschen, schnelle Reduktion der Eingangsspannung, harmonische Verzerrung und Instabilität der Frequenz im Netz.
Arten von UPS
Im Allgemeinen wird das UPS-System in On-line UPS, Off-line UPS und Line-Interactive UPS unterteilt. Andere Designs umfassen Standby-On-line-Hybrid, Standby-Ferro, Delta-Konversions-On-Line.
Off-line UPS
Diese UPS wird auch als Standby-UPS-System bezeichnet und bietet nur die grundlegendsten Funktionen. Hier ist die Primärquelle das gefilterte AC-Netz (wie in der durchgezogenen Linie in Abbildung 1 dargestellt).
Bei einem Stromausfall wählt der Umsteckschalter die Reservequelle (wie in der gestrichelten Linie in Abbildung 1 dargestellt).
Daher können wir klar sehen, dass das Standby-System erst dann beginnt zu arbeiten, wenn es einen Ausfall im Netz gibt. In diesem System wird die AC-Spannung zunächst gerichtet und in der Speicherbatterie gespeichert, die mit dem Rechteckifier verbunden ist.
Bei Stromausfall wird diese DC-Spannung mithilfe eines Stromumrichters in AC-Spannung umgewandelt und an die daran angeschlossene Last übertragen.
Dies ist das günstigste UPS-System und bietet neben der Rückversorgung Blitzschutz. Die Umschaltzeit beträgt etwa 25 Millisekunden, was mit der Zeit übereinstimmt, die das UPS-System benötigt, um den Verlust der Netzspannung zu erkennen. Das Blockdiagramm ist unten dargestellt.
On-line UPS
In dieser Art von UPS wird die Doppelkonversionsmethode verwendet. Hier wird zunächst die AC-Eingangsspannung in DC umgewandelt, indem sie gerichtet wird, um sie in der wiederaufladbaren Batterie zu speichern.
Dieses DC wird durch den Prozess der Umrichtung in AC umgewandelt und an die Last oder das Gerät übertragen, an das es angeschlossen ist (Abbildung 2).
Diese Art von UPS wird dort eingesetzt, wo elektrische Isolation zwingend erforderlich ist. Dieses System ist etwas teurer aufgrund des Designs ständig laufender Wandler und Kühlsysteme.
Hier wird der Rechteckifier, der mit dem normalen AC-Strom betrieben wird, direkt den Umrichter antreibend. Daher wird es auch als Doppelkonversions-UPS bezeichnet. Das Blockdiagramm ist unten dargestellt.
Bei einem Stromausfall hat der Rechteckifier keine Rolle im Schaltkreis und die ständige Energie, die in den Batterien gespeichert ist, die an den Umrichter angeschlossen sind, wird über den Umschaltknopf an die Last übertragen.
Sobald die Energie wiederhergestellt ist, beginnt der Rechteckifier, die Batterien zu laden. Um ein Überhitzen der Batterien durch den leistungsstarken Rechteckifier zu verhindern, wird der Ladestrom begrenzt. Während eines Hauptstromausfalls arbeitet dieses UPS-System mit Null-Umschaltzeit.
Der Grund dafür ist, dass die Reservesource als Primärquelle und nicht die Haupt-AC-Eingangsspannung agiert. Allerdings kann die Anwesenheit von Einschaltströmen und großen Lastsprungströmen in diesem System zu einer Umschaltzeit von etwa 4-6 Millisekunden führen.
Line-Interactive UPS
Für kleine Unternehmen und Abteilungsserver sowie Webs wird das Line-Interactive-UPS verwendet. Dies ist mehr oder weniger das gleiche wie das Off-line-UPS.
Der Unterschied besteht in der Hinzufügung eines Spannungsänderungs-Transformators. Die Spannungsregulierung erfolgt durch diesen Spannungsänderungstransformator, indem der Zapfen je nach Eingangs-spannung geändert wird. Zusätzliche Filterung in diesem UPS führt zu geringeren Transientverlusten. Das Blockdiagramm ist unten dargestellt.
