Jatkuvan sähkövarmuuden järjestelmä (UPS): lohko diagrammi & selitys

Mikä on UPS (keskeytymätön virranlähde)?

Keskeytymätön virranlähde (UPS) määritellään sähkölaitteena, jota voidaan käyttää välittömänä virranlähteenä kytkettyyn kuormaan, kun päävirtalähde epäonnistuu.

UPSissa energia tallennetaan yleensä pyörävyöhykkeihin, akkuun tai super kapasitoreihin. Vertailussa muihin välittömiin virransysteemeihin UPSillä on etu välittömästä suojasta syöttövirran keskeytyksiä vastaan.

Sen akkuympäristys on hyvin lyhyt, mutta aika riittää turvalliseen sammutukseen kytkettyjä laitteita (tietokoneet, telekommunikaatiovarusteet jne) tai varavirtalähteen käyttöönottoon.

UPSia voidaan käyttää suojausvälineinä tietyille laitteille, jotka voivat aiheuttaa vakavaa vahinkoa tai menetyksiä yhtäkkiä tapahtuvan virtajatkuvuuden katkeamisen seurauksena.

Virtajatkuvuuslähde, akkujenkäynti ja pyörävyöhykkeen varanto ovat muita usein käytettyjä nimiä UPS:lle. Saatavilla olevien UPS-yksikköjen koko vaihtelee 200 VA:sta, jota käytetään yksittäiselle tietokoneelle, useisiin suuriin yksikoihin jopa 46 MVA:han asti.

UPS:n päärôlut

Kun päävirtalähde epäonnistuu, UPS tarjoaa vähintään hetkellisen virran. Tämä on UPS:n päärôle. Lisäksi se voi korjata joitakin yleisiä virranongelmia eriasteisesti.

Korjattavissa olevat ongelmat ovat jännitehuippu (kestävä ylijännite), häiriöt, nopea syöttöjänniten pudotus, harmoninen vääristyminen ja taajuuden epävakaus verkkossa.

UPS:n tyypit

Yleisesti ottaen UPS-järjestelmät luokitellaan online-UPS:iin, offline-UPS:iin ja riviinteraktiiviseen UPS:iin. Muut suunnitelmat sisältävät valmiustilassa olevan online-hybridin, valmiustilan ferro- ja deltamuunnoksen online-versiot.

Offline-UPS

Tätä UPS:ää kutsutaan myös valmiustila-UPS:ksi, joka tarjoaa vain perustason ominaisuuksia. Tässä päävirtalähde on suodatettu AC-verkko (näkyvä solidaarisena polku kuvassa 1).

Virran katkeaminen tapahtuessa siirtokytkimen avulla valitaan varavirtalähde (näkyvä katkoviivana kuvassa 1).

Näin nähdään selkeästi, että valmiustila-järjestelmä alkaa toimia vain silloin, kun verkossa tapahtuu virran katkeaminen. Tässä järjestelmässä AC-jännite suoristetaan ja tallennetaan suoristimeen kytkettyyn akkuun.

Virran katkeaminen tapahtuessa tämä DC-jännite muutetaan AC-jännitteeksi tehoinvertterin avulla, ja se siirretään kytkettyyn kuormaan.

Tämä on halvin UPS-järjestelmä, ja se tarjoaa lisäksi suojan huippuja vastaan. Siirtovaihe kestää noin 25 millisekuntia, mikä liittyy ajankauteen, jonka UPS-järjestelmä käyttää verkon jänniteen havaitsemiseen. Piirikaavio näkyy alla.

Online-UPS

Tässä UPS-tyyppissä käytetään kaksoismuunnosmenetelmää. Tässä ensin AC-syöte muutetaan DC:ksi suoristamalla sitä tallentamista varten uudelleenladattavaan akkuun.

Tämä DC muutetaan AC:ksi inversioprosessin avulla ja annetaan kytkettyyn kuormaan (kuvio 2).

Tätä UPS:ää käytetään paikoissa, joissa sähköllinen eristys on pakollista. Tämä järjestelmä on hieman kalliimpi suunnittelun vuoksi jatkuvasti toimivia muunnoksia ja jähdytysjärjestelmiä.

Tässä suoristin, joka on varustettu normaalilla AC-virta, ohjaa suoraan invertteriä. Siksi sitä kutsutaan myös kaksoismuunnos-UPS:ksi. Piirikaavio näkyy alla.

Virran katkeaminen tapahtuessa suoristin ei ole osa piiriä, ja tasainen virta, joka on tallennettu akkuihin, jotka ovat kytketty invertteriin, annetaan kuormalle siirtokytkimen avulla.

Kun virta palautetaan, suoristin alkaa ladata akkuja. Akkujen ylikuumenemisen estämiseksi suoristimen korkean tehon vuoksi latausvirta rajoitetaan. Pääverkon virran katkeamisen aikana tämä UPS-järjestelmä toimii nollansiirtovaiheella.

Syy tähän on, että varavirtalähde toimii päävirtalähteenä eikä pääverkon AC-syötteenä. Mutta lähtövirta ja suuri kuormavirta voivat aiheuttaa noin 4-6 millisekunnin siirtovaiheen tässä järjestelmässä.

Riviinteraktiivinen UPS

Pienyritysten ja osaston palvelimille sekä web-palvelimille käytetään riviinteraktiivista UPS:ää. Tämä on melkein sama kuin offline-UPS.

Ero on lisäksi tapamuuttavan muuntajan lisäämisessä. Jännitesäännöstys tehdään tämän tapamuuttavan muuntajan avulla muuttamalla tapa syöttöjännitteen mukaan. Tämä UPS tarjoaa lisäsuodatusta, mikä johtaa pienempään tilapäiseen tappioon. Piirikaavio näkyy alla.