Come sono organizzati e funzionanti i gruppi di continuità (UPS)?

I requisiti per la qualità dell'elettricità sono legalmente prescritti da standard statali e standard abbastanza rigorosi. Le organizzazioni di fornitura di energia elettrica fanno molti sforzi per rispettarle, ma non sono sempre attuate.

Nei nostri appartamenti e in produzione sorgono periodicamente:

• blackout completi per un tempo indefinito;

• impulsi di tensione aperiodici a breve termine (10 ÷ 100 ms) ad alta tensione (fino a 6 kV);

• sovratensioni e cadute di tensione con varie durate;

• sovrapposizioni di rumore ad alta frequenza;

• partenze di frequenza.

Tutti questi malfunzionamenti influenzano negativamente il lavoro dei consumatori di elettricità domestici e d'ufficio. I microprocessori e i dispositivi informatici, che non solo si guastano, ma possono perdere completamente le loro prestazioni, sono particolarmente influenzati dalla qualità dell'alimentazione.

Scopo e tipi di gruppi di continuità

Per ridurre i rischi di malfunzionamento della rete di alimentazione, vengono comunemente utilizzati dispositivi ridondanti gruppi di continuità (UPS) o UPS (formati dall'abbreviazione della frase inglese "Uninterruptible Power Supply").

Sono realizzati con diversi design per risolvere specifici problemi dei consumatori. Ad esempio, potenti UPS con batterie all'elio possono supportare l'alimentazione di un intero cottage per diverse ore.

Le loro batterie ricevono una carica da una linea elettrica, un generatore eolico, pannelli solari o altri vettori energetici attraverso il dispositivo raddrizzatore dell'inverter. Nutrono i consumatori elettrici del cottage.

Quando la fonte esterna è spenta, le batterie si scaricano sul carico collegato alla loro rete. Maggiore è la capacità della batteria e minore è la corrente di scarica, più a lungo funzionano.

È possibile riservare alimentatori di continuità di media potenza alimentatore per caldaie elettriche, sistemi di climatizzazione indoor e apparecchiature simili.

Allo stesso tempo, i modelli UPS più semplici possono completare solo un programma di arresto di emergenza del computer. Inoltre, la durata dell'intero processo del loro lavoro non supererà i 9-15 minuti.

I gruppi di continuità del computer sono:

1. integrato nella custodia del dispositivo;

2. esterna.

I primi progetti sono comuni su laptop, netbook, tablet e dispositivi mobili simili alimentati da una batteria integrata, che è dotata di un circuito di commutazione dell'alimentazione e del carico.

Batteria del laptop con controller integrato è un gruppo di continuità. Il suo circuito in modalità automatica protegge l'apparecchiatura operativa dalle interruzioni di corrente.

Disegni UPS esterniprogettati per il normale completamento dei programmi su un computer fisso sono realizzati in un'unità separata.

Sono collegati tramite un alimentatore a una presa elettrica. Solo i dispositivi responsabili del funzionamento dei programmi sono alimentati da essi:

• unità di sistema con una tastiera collegata;

• monitorare mostrando i processi in corso.

Altre periferiche: scanner, stampanti, altoparlanti e altre apparecchiature dell'UPS non si alimentano. Altrimenti, al termine dell'emergenza dei programmi, assumeranno parte dell'energia immagazzinata nelle batterie.

Opzioni di progettazione del flusso di lavoro UPS

Gli UPS per computer e industriali sono prodotti in tre opzioni principali:

1. backup di potenza;

2. circuiti interattivi;

3. doppia conversione di elettricità.

Con il primo metodo circuito di backup, indicato con i termini inglesi "Standby" o "Off-Line", la tensione viene fornita dalla rete al computer tramite l'UPS, in cui l'interferenza elettromagnetica viene eliminata dai filtri integrati. Imposta qui batteria, la cui capacità è supportata dalla corrente di carica regolata dal controller.

Quando l'alimentazione esterna scompare o supera gli standard stabiliti, il controller dirige l'energia della batteria per alimentare i consumatori. Un semplice inverter è collegato per convertire DC in AC.

Vantaggi di UPS Standby

Gli alimentatori ininterrotti del circuito Off-Line hanno un'alta efficienza, quando viene applicata la tensione, lavorano silenziosamente, producono poco calore e sono relativamente economici.

carenze

Standby UPS si distinguono:

• una lunga transizione alla carica della batteria 4 ÷ 13 ms;

• una forma distorta del segnale di uscita emesso dall'inverter sotto forma di un meandro e non un'onda sinusoidale armoniosa;

• mancanza di regolazione di tensione e frequenza.

Tali dispositivi sono più comuni sui personal computer.

Circuito interattivo UPS

Sono designati con il termine inglese "Line-Interactive". Vengono eseguiti secondo lo schema precedente, ma più complicato a causa dell'inclusione di uno stabilizzatore di tensione che utilizza un autotrasformatore con regolazione a gradino.

Ciò fornisce una regolazione della tensione di uscita, ma non sono in grado di controllare la frequenza del segnale.

Il filtraggio del rumore in modalità normale e il passaggio all'alimentazione dell'inverter in caso di incidente avvengono secondo gli algoritmi UPS Standby.

Aggiungendo uno stabilizzatore di tensione di vari modelli con metodi di controllo, hanno permesso di creare inverter con una forma d'onda non solo del meandro, ma anche dei sinusoidi. Tuttavia, un piccolo numero di stadi di controllo basati sulla commutazione del relè non consente di realizzare tutte le funzioni di stabilizzazione.

Ciò è particolarmente vero per i modelli economici che, quando si passa all'alimentazione a batteria, non solo sopravvalutano la frequenza al di sopra del valore nominale, ma distorcono anche la forma dell'onda sinusoidale. L'interferenza è prodotta dal trasformatore incorporato, nel cui nucleo si verificano i processi di isteresi.

Nei modelli costosi, gli inverter funzionano con interruttori a semiconduttore. Gli UPS Line-Interactive hanno prestazioni più elevate quando si passa all'alimentazione a batteria rispetto agli UPS off-line. È garantito dal funzionamento di algoritmi di sincronizzazione tra la tensione in ingresso e i segnali generati. Ma allo stesso tempo c'è qualche sottovalutazione dell'efficienza.

Gli UPS Line-Interactive non possono essere utilizzati per alimentare motori a induzione, installati in modo massiccio su tutti gli elettrodomestici, compresi i sistemi di riscaldamento. Sono utilizzati per far funzionare i dispositivi con blocchi d'impulsodove l'alimentazione viene filtrata e rettificata contemporaneamente: computer ed elettronica di consumo.

UPS a doppia conversione

Questo circuito UPS prende il nome dalla frase inglese "On-line" e funziona su apparecchiature che richiedono energia di alta qualità. Produce una doppia conversione dell'elettricità, quando le armoniche sinusoidali della corrente alternata vengono costantemente convertite dal raddrizzatore in un valore costante, fatto passare attraverso l'inverter per creare una sinusoide ripetuta in uscita.

Qui, la batteria è costantemente collegata al circuito, il che elimina la necessità della sua commutazione. Questo metodo elimina virtualmente il periodo di preparazione di un gruppo di continuità per la commutazione.

Il funzionamento dell'UPS in linea per lo stato della batteria può essere suddiviso in tre fasi:

1. stadio di carica;

2. stato di attesa;

3. scarica sul computer.

Periodo di carica

I circuiti di ingresso e uscita sinusoidali sono interrotti da un interruttore UPS interno.

Una batteria collegata al raddrizzatore riceve energia di carica fino a quando la sua capacità non viene ripristinata a valori ottimali.

Periodo di preparazione

Dopo la fine della carica della batteria, l'automazione ininterrotta dell'alimentazione chiude l'interruttore interno.

La batteria mantiene uno stato di standby in modalità buffer.

Periodo di dimissione

La batteria viene trasferita automaticamente all'alimentazione della postazione computer.

Gli alimentatori continui che funzionano con il metodo della doppia conversione di energia elettrica hanno un'efficienza inferiore nella modalità di alimentazione di linea rispetto ad altri modelli a causa del consumo di energia per calore e rumore. Ma in progetti complessi, le tecniche vengono utilizzate per aumentare l'efficienza.

UPS On-line è in grado di correggere non solo l'entità della tensione, ma anche la sua frequenza di oscillazione. Questo li confronta favorevolmente con i modelli precedenti e consente di utilizzare per alimentare vari dispositivi complessi con motori a induzione. Tuttavia, il costo di tali dispositivi è molto più elevato rispetto ai modelli precedenti.

Composizione UPS

A seconda del tipo di circuito di lavoro, il kit di continuità include:

• batterie per accumulo di energia;

• caricabatteria, garantendo il mantenimento delle prestazioni della batteria;

• inverter per formare un'onda sinusoidale,

• schema di controllo del processo;

• software.

Per l'accesso remoto al dispositivo, è possibile utilizzare una rete locale ed è possibile aumentare l'affidabilità del circuito grazie alla sua ridondanza.

In alcuni gruppi di continuità, viene utilizzata la modalità Bypass, quando il carico viene alimentato dalla tensione di rete filtrata senza il funzionamento del circuito principale del dispositivo.

Parte dell'UPS ha un regolatore di tensione passo-passo "Booster", controllato dall'automazione.

A seconda della necessità di eseguire soluzioni tecniche complesse, gli alimentatori di continuità possono essere dotati di funzioni speciali aggiuntive.

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