Stany pracy zasilaczy UPS
Elektroniczne zasilacze UPS wyposaża się współcześnie w złożone systemy sterowania oparte na mikrokontrolerach. Pozwala to na implementowanie różnych stanów pracy jako reakcję na zaistniałe zdarzenia. Poniżej podjęto próbę usystematyzowania stanów pracy wskazując na ich zasadnicze cechy. Zrezygnowano z wydzielania dodatkowych stanów, ze względu na nieistotne różnice w stosunku do niżej opisanych lub mieszczących się w zakresie opisanych jak np. praca z uszkodzonym falownikiem. Zrezygnowano również z opisu stanu wyłączenia zasilacza UPS, gdyż jako wyłączony nie pracuje.
1. Podstawowy stan pracy (normal mode - normalny) - w elektronicznych zasilaczach UPS prądu przemiennego napięcia na wejściu i wyjściu mieszczą się w zakresie wartości znamionowych bez względu na liczbę stopni przetwarzania jakie znajdują się między wejściem a wyjściem. W zasilaczach wielostopniowych (on-line) napięcie wyjściowe jest stabilizowane co do wartości i przy zakładanym wykorzystaniu obwodu obejściowego (by-pass) w przypadku awarii zasilacza, może być i najczęściej jest zsynchronizowane z częstotliwością napięcia na jego wejściu. Natomiast w zasilaczach line-interactive pracujących w stanie podstawowym napięcie wejściowe jest transferowane na wyjście. W przypadku niedużych zmian napięcia wejściowego (- 20% ÷ + 15%), napięcie wyjściowe może być kondycjonowane przy pomocy układu automatycznej regulacji AVR. Jedną z głównych cech stanu podstawowego w obu typach zasilaczy jest uzupełnianie energii w zasobniku (np. akumulatorze).
2. Autonomiczny stan pracy (stored energy mode - praca z zasobnika energii) – napięcie na wyjściu ma wartość znamionową co do wartości i częstotliwości, podczas gdy na wejściu znacznie odbiega od wartości znamionowej, a w skrajnym przypadku występuje jego brak. Na wyjście zasilacza dostarczana jest energii wcześniej zgromadzona w zasobniku (akumulatorach, kondensatorach itp.). Napięcie znacznie odbiegające od wartości znamionowych to takie, którego nie wystabilizują stopnie przetworników zasilaczy on-line oraz układy AVR w zasilaczach line-interactive.
Uwaga!
Określenie w języku polskim stanu podstawowego jako normalny nasuwa przypuszczenie, że każdy inny stan jest nienormalny, czyli nieprawidłowy czy też niewłaściwy. Niewątpliwie autonomiczny stan pracy jest stanem normalnym. Istnieją rozwiązania, w których czas pracy w stanie autonomicznym znacznie przewyższa czas pracy w stanie podstawowym. Do takich zastosowań doskonale nadają się zasilacze UPS z zasobnikami energii zrealizowanymi na superkondensatorach.
3. Praca na elektronicznym obwodzie obejściowym (static bypass) – występuje w przypadku przeciążenia lub awarii falownika w podstawowym stanie pracy zasilacza UPS. Po krótkotrwałych przeciążeniach falownika zasilacz UPS powraca do stanu podstawowego, dłuższe przeciążania wyjścia powodują wyłączenia zasilacza UPS. W elektronicznych obwodach obejściowych jako łączniki wykorzystuje się elementy półprzewodnikowe takie jak tyrystory lub tranzystory. Pozwala to na uzyskanie krótkich (pojedyncze ms) czasów przełączania między stanami podstawowym i bypass. Takie rozwiązanie zapewnia bezprzerwowość zasilania chronionego odbiornika w stanach przejściowych lub ciągłość zasilania podczas awarii stopni mocy zasilacza UPS. Konieczne jest jednak prawidłowe napięcie na wejściu zasilacza. Aby jeszcze zmniejszyć ryzyko utraty zasilania na wyjściu zasilacza UPS w sytuacjach awaryjnych stosuje się rozdzielenie zasilania obwodu obejściowego od wejścia zasilacza (split bypass). W tym przypadku obwód obejściowy zasilany jest z niezależnej gałęzi sieci zasilającej. Istotne jest jednak zachowanie fazowości.
4. Praca na manualnym (serwisowym) obwodzie obejściowym (maintenance bypass) – wykorzystywany jest do celów serwisowych. Do przełączania stosowane są elementy elektromechaniczne lub mechaniczne. Współdziałając z elektronicznym obwodem obejściowym zapewnia bezprzerwowe przełączenie wyjścia na zasilanie omijające obwody zasilacza UPS. Często serwisowe obwody obejściowe instaluje się na zewnątrz zasilacza, co pozwala na ich wypięcie z instalacji bez przerywania zasilania chronionych odbiorników.
5. Praca w trybie ECO (line-interactive) – część zasilaczy typu on-line może pracować w trybie line-interactive. Przy znamionowych parametrach napięcia wejściowego chronione odbiorniki zasilane są przez elektroniczny obwód obejściowy i jednocześnie uzupełniana jest energia w zasobniku. W przypadku awarii zasilania wyjście zasilacza UPS jest przełączane na zasilanie z falownika, który czerpie energię zamagazynowaną w zasobniku. Elektroniczny obwód obejściowy zapewnia krótki czas zmiany stanu. Praca w trybie ECO zmniejsza straty spowodowane transferem energii przez stopnie przekształtników. Dzięki temu sprawność układu zasilania wzrasta.
6. Praca równoległa (parallel system) – zasilacze on-line większej mocy wyposażane są w systemy umożliwiające im pracę równoległą. Pozwala to na zwiększanie mocy systemu zasilania awaryjnego. Takie zestawy mogą być składane lub uzupełniane przez dodawanie kolejnych jednostek UPS o tej samej mocy. Stosuje się również rozwiązania zespolone, gdzie w jednej szafie może być umieszczanych kilka modułów UPS.
7. Praca redundantna (redundant system) – W celu zwiększenia niezawodności systemu zasilania awaryjnego stosuje się rozwiązania nadmiarowe. Łączy się równolegle kilka jednostek zasilaczy on-line lub kilka modułów w szafie zespolonej, tak by moc całkowita zestawu UPS przekraczała, co najmniej o jednostkę, moc obciążenia. Uszkodzenie pojedynczego zasilacza UPS lub modułu nie powoduje przerwy w ochronie zasilania obciążenia. W nowoczesnych systemach UPS możliwa jest wymiana uszkodzonej jednostki bez przerywania pracy całego systemu (wymiana na gorąco).
8. Praca w trybie AG (generator - z agregatem prądotwórczym) – w zasilaczach line-interactive, zabezpieczających bezprzerwowość zasilanie odbiorników mało czułych na odkształcenia przebiegu napięcia generowane przez prymitywne agregaty prądotwórcze stosuje się tolerancyjne algorytmy pomiarowe napięcia wejściowego tzw. układy AG. W zasilaczach on-line, które powszechniej są odporniejsze na zakłócenia napięcia wejściowego układ AG odpowiada za łagodne przenoszenie obciążenia na zasilanie z generatora prądotwórczego. Taki proces następuje podczas zamiany podstawowego źródła zasilania (sieci elektrycznej) na zapasowe źródło zasilania (agregat prądotwórczy). Natychmiastowe obciążenie wyjścia agregatu obciążonym zasilaczem UPS pracującym autonomicznie może spowodować zaburzenie w pracy generatora. W celu uniknięcia takich efektów zasilacz UPS w trybie AG systematycznie zwiększa pobór energii z generatora zmniejszając pobór energii z zasobnika (akumulatorów), aż do całkowitego przeniesienia obciążenia na zapasowe źródło energii (agregat).
9. Praca w trybie EPO (Emergency Power Off) – w tym stanie zasilacz odcina zasilanie wyjścia. Wprowadzenie w ten stan następuje, z reguły, po przez podanie odpowiedniego sygnały na złącze EPO. Najczęściej sygnałem jest rozwarcie (czasami zwarcie) obwodu, w którym zainstalowano wyłącznik EPO (ppoż.). Ponowne włączenie zasilania wyjścia zasilacza UPS następuje poprzez restart zasilacza realizowany najczęściej przez procedurę wyłączenia i ponownego załączenia zasilacza UPS.
10.Praca z zarządzanymi wyjściami (segments load management) – niektóre zasilacze UPS, z reguły małych mocy, wyposażane są w wyjście podzielone na segmenty. W autonomicznym stanie pracy możliwe jest zarządzanie obecnością napięcia w poszczególnych segmentach w zależności od stanu rozładowania akumulatorów. Ma to zastosowanie przy jednoczesnym zasilaniu urządzeń bardziej i mniej krytycznych. Możliwe jest szybsze odłączenie zasilania urządzeń mniej krytycznych w celu przedłużenia pracy urządzeń ważniejszych.
11.Praca w trybie konwertera częstotliwości (Frequency Converter mode) – w światowym przemienno-prądowym systemie energetycznym wykorzystuje się najczęściej dwie częstotliwości napięcia sieciowego 50 Hz lub 60 Hz. Część zasilaczy UPS on-line dostosowana jest do pracy w obu systemach, a ponadto posiada możliwość pracy w stanie konwertera częstotliwości. Wykorzystuje się to przy ochronie zasilania urządzeń pochodzących z innej strefy zasilania dostosowanych wyłącznie do danej częstotliwości. Dzięki temu można np. korzystać z urządzeń przystosowanych do pracy z częstotliwością napięcia zasilającego 60 Hz w strefie zasilania 50 Hz. W stanie pracy konwertera zablokowano możliwość korzystania z obwodu obejściowego, aby zapobiec uszkodzeniu chronionego odbiornika na skutek niewłaściwej częstotliwości przebiegu zasilającego, który mogłoby się pojawić na wyjściu w przypadku ewentualnej awarii zasilacza UPS. W tego typu zasilaczach UPS możliwa jest również, w ograniczonym zakresie, konwersja wartości napięcie np.; z 220 V na 240 V. Zdarza się, że takie zasilacze UPS przy ograniczeniu mocy wyjściowej np. do 50 % potrafią zabezpieczyć odbiornik na napięcie 230V; 50 Hz, korzystając z napięcia 110 V; 60 Hz.
12.Praca w stanie czuwania (standby work) – jest to stan, w który może przejść zasilacz UPS na skutek jednego z następujących zdarzeń: przeciążenia, przegrzania, rozładowania akumulatorów lub działania zgodnie z wcześniej ustawionym kalendarzem. W tym stanie wyłączane jest napięcie na wyjściu zasilacza. Powrót napięcia na wyjściu następuje po wystąpieniu wcześniej zdefiniowanego zdarzenia lub kilku zdarzeń np. powrotu napięcia na wejściu i doładowaniu akumulatorów do założonego poziomu. Wyjście ze stanu czuwania może nastąpić na podstawie spełnienia warunków zaimplementowanych w zasilaczu jako koniecznych. Część warunków może być definiowana przez użytkownika podczas konfiguracji zasilacza, a część może być określna z wykorzystaniem systemu monitorowania pracy zasilacza UPS.