Bloc de alimentare neîntreruptibilă: scopul și specificul funcționării UPS-ului de uz casnic

Pentru a menține funcționalitatea aparatelor în cazul defecțiunilor rețelei, se utilizează un bloc de alimentare neîntreruptibilă. În funcție de tipul consumatorilor deserviți și de parametrii energiei electrice, trebuie să alegeți modele diferite. Aceste dispozitive sunt solicitate, astfel încât nu este dificil să achiziționați un exemplar cu caracteristicile necesare.

Dar, înainte de achiziționare, trebuie să vă documentați singur cu privire la particularitățile acestuia, și nu să încredințați această problemă managerilor interesați de vânzări.

În acest material, vom examina structura și particularitățile de funcționare ale UPS-ului, precum și vom vorbi despre regulile de utilizare a acestuia.

Scheme ale UPS-urilor de curent alternativ

Pentru necesități casnice, se utilizează dispozitive de alimentare neîntreruptibilă conectate la o rețea monofazată de 220 V, care pot alimenta pentru o perioadă de timp, în absența energiei electrice, consumatori care necesită aceeași tensiune.

Există, de asemenea, UPS-uri care sunt conectate la intrare la o rețea trifazată, iar la ieșire furnizează fie 380 V, fie 220 V. Cu toate acestea, acestea sunt scumpe și se utilizează atunci când este necesară obținerea unei puteri autonome de la 10 kV·A, ceea ce nu este necesar pentru uz casnic.

UPS-urile de curent alternativ de uz casnic, în funcție de schema de funcționare, se împart în următoarele tipuri:

• de rezervă (offline);
• interactive (line-interactive);
• cu dublă conversie (online).

Acestea diferă prin calitatea tensiunii furnizate și preț. Cele mai ieftine sunt cele de rezervă, iar cele mai scumpe sunt cele cu dublă conversie.

Cea mai simplă în execuție schemă de alimentare de rezervă presupune prezența unui releu de comutare și a unei filtrări pasive pentru suprimarea perturbațiilor

Pentru conversia curentului alternativ în curent continuu în încărcător se utilizează un redresor. Iar transformarea inversă are loc cu ajutorul unui invertor.

În UPS-uri, pentru comutarea circuitului de la rețea la acumulator, de obicei se instalează relee electromecanice obișnuite. Dacă această piesă este de calitate, atunci durata sa de viață este suficientă pentru întreaga perioadă de funcționare a UPS-ului. Dar, cel mai adesea, la defectarea blocului, problema constă tocmai în acest element al construcției.

Schema interactivă se deosebește de cea de rezervă prin prezența unui stabilizator de tensiune. Acesta este realizat sub forma unui autotransformator tipic cu înfășurări conectate direct.

Stabilizarea tensiunii este prezentă și în multe dispozitive de uz casnic, așadar, dacă abaterile sunt nesemnificative, nu are rost să achiziționați un model liniar-interactiv mai scump.

Prezența transformatorului obligă adesea producătorul să utilizeze răcirea forțată, de aceea astfel de UPS-uri sunt dotate cu ventilatoare. Acestea emit un zgomot comparabil ca intensitate cu funcționarea unui sistem de calculator.

Alimentarea invertorului în schema online are loc în mod continuu de la baterii. Prin urmare, la apariția unor defecțiuni în rețeaua electrică, timpul de comutare la alimentarea de rezervă este zero.

Cele mai complexe și mai scumpe aparate cu dublă conversie au, de asemenea, cel mai mic randament. Energia electrică se transformă în căldură pe care o emite dispozitivul. Prin urmare, utilizarea lor trebuie justificată.

Cel mai important avantaj al acestui tip de UPS-uri constă în reacția instantanee la întreruperea curentului electric. Dar pentru majoritatea aparatelor de uz casnic, acest lucru nu este atât de important. Calculatoarele sunt de obicei dotate cu UPS de tip rezervă sau interactiv.

Parametrii cei mai importanți

În prezent, pe piață există multe oferte de vânzare a surselor de alimentare neîntreruptibilă de uz casnic. Pentru a determina corect scopul acestora și a nu greși în alegere, trebuie să înțelegeți la ce parametri trebuie să acordați atenție în primul rând.

Caracteristici tehnice principale

Puterea de ieșire a aparatului determină valoarea maximă admisibilă pe care unitatea o poate furniza garantat consumatorului. Se măsoară în volți-amperi (V·A). Pentru confortul utilizatorilor, această valoare este adesea indicată și în wați.

Pentru măsurarea sarcinii aparatelor, puteți fie să utilizați un ampermetru, fie să o calculați aplicând indicațiile contorului instalat în apartament.

Puteți măsura energia electrică consumată cu ajutorul unui ampermetru (wattmetru) de uz casnic cu priză. Aparatul conectat trebuie comutat în modul de consum maxim.

La determinarea puterii reale a unui calculator, nu trebuie să vă ghidați după puterea nominală a sursei de alimentare, deoarece aceasta este întotdeauna cumpărată cu o rezervă.

Dacă nu aveți un ampermetru, atunci trebuie să efectuați următoarele acțiuni:

1. Deconectați toate circuitele din tablou, cu excepția celui de la care este alimentat calculatorul.
2. Deconectați toate aparatele din acest circuit.
3. Porniți calculatorul și rulați pe acesta un program tipic pentru el (de exemplu, un videoclip de pe YouTube).
4. Așteptați până când la contor are loc o modificare a valorii zecimii de kilowatt.
5. Cronometrați timpul până la următoarea modificare.

Puterea medie de consum (P, wați) în această perioadă (t, minute) se poate calcula după formula:

P = 100 * (60 / t)

Următoarea caracteristică importantă este perioada de funcționare autonomă. Acest indicator depinde de sarcina pe care o suportă UPS-ul în acel moment. La puterea maximă admisă, bateriile unui dispozitiv de uz casnic funcționează 1-3 minute. Iar la jumătate din putere, funcționează mult mai mult (până la 10 minute).

Din graficul dependenței timpului de funcționare autonomă a bateriilor de sarcina medie, se observă că această dependență este neliniară. Acest lucru se datorează modului de descărcare a bateriilor.

De aici rezultă două concluzii:

• la întreruperea alimentării cu energie electrică, este necesar să reduceți la maximum sarcina consumată de aparate;
• este de dorit să achiziționați un UPS cu o putere care depășește puterea calculată cu cel puțin 30%.

Intervalul tensiunii de intrare arată tensiunea minimă și maximă admisă a rețelei, la care nu va avea loc comutarea alimentării pe baterii. De regulă, toate UPS-urile suportă un interval de 180-260 V.

La unii producători puteți întâlni indicatori foarte buni (publicitari), de exemplu, valoarea minimă – 110 V. Aici trebuie să vă asigurați că aceste cifre sunt luate exact pentru sarcina maximă, nu pentru cea la jumătate.

Un alt indicator tehnic important este nivelul de zgomot. UPS-urile realizate după tehnologia liniar-interactivă sau online degajă multă căldură, de aceea producătorii instalează ventilatoare pe ele. Dacă ventilatoarele sunt ieftine, în timp ele vor produce un zumzet, ceea ce nu este de dorit pentru o locuință.

Interfața și efectuarea configurării

Aspectul blocurilor poate fi foarte divers. De obicei, ele au o formă dreptunghiulară clasică, unde pe partea frontală se află indicatoarele sau afișajul, iar pe partea din spate – conectorii de alimentare. Numărul lor nu este atât de important, deoarece la ieșire se poate conecta un prelungitor cu un distribuitor cu trei prize. Acest lucru nu va contrazice deloc conceptul UPS-ului.

Modelul poate avea un afișaj LCD, pe care va fi afișată situația privind alimentarea aparatelor conectate: prezența curentului, numărul consumatorilor, încărcarea bateriei etc.

Sistemul de indicare reduce costul echipamentului. În plus, este mai practic. Dacă este necesar să aflați anumiți parametri, la multe modele este implementată funcția de conectare la calculator.

Pentru a afla parametrii alimentării cu energie electrică, starea bateriilor UPS-ului și cum funcționează, îl puteți conecta la calculator. Pentru multe modele, această funcție este implementată și a fost dezvoltat software.

Există trei tipuri principale de interfață:

• USB. Cea mai răspândită conexiune între calculator și UPS.
• RS-232 (port COM). Rareori prezent în modelele de uz casnic.
• Ethernet 10/100. Acesta este utilizat pentru gestionarea la distanță a UPS-ului.

Software-ul pentru obținerea caracteristicilor de la UPS și gestionarea acestuia este dezvoltat nu numai pentru diferite versiuni de Windows. De exemplu, celebrul producător Powercom are o versiune Android a software-ului, care permite monitorizarea de la distanță a stării alimentării și, dacă este necesar, ajustarea funcționării UPS-ului.

Software-ul permite urmărirea caracteristicilor principale ale rețelei electrice, cum ar fi tensiunea de intrare și de ieșire, frecvența. De asemenea, se poate afla încărcarea bateriilor și temperatura dispozitivului.

UPS-urile se plasează în imediata apropiere a consumatorilor de energie electrică protejați. De obicei, se pun pe podea sau pe rafturi. Unele modele sunt echipate cu elemente de fixare care permit montarea lor pe pereți.

Calitatea curentului furnizat

Sursele de alimentare neîntreruptibile trebuie să furnizeze un curent de calitate corespunzătoare. La funcționarea pe baterii, de aceasta se ocupă invertorul, iar în cazul alimentării de la rețea, momentele problematice trebuie netezite de filtre și stabilizator. Perturbațiile care apar în circuitul electric au o geneză și consecințe diferite pentru electronică. Prin urmare, și în această chestiune trebuie să se analizeze cu atenție.

Perturbații de rețea și protecție

Toate UPS-urile moderne sunt echipate cu protecție împotriva problemelor legate de aparatele deservite. Dacă sarcina totală depășește maximul admis sau are loc un scurtcircuit, UPS-ul va deconecta imediat alimentarea.

Perturbațiile din rețea pot fi împărțite aproximativ în perturbații de frecvență și de impuls. Primele nu sunt atât de periculoase, în special pentru sursele de alimentare ale computerelor sau televizoarelor, care transformă curentul alternativ în curent continuu. Cele din urmă pot cauza probleme oricărei electronice.

De aceea, majoritatea UPS-urilor sunt echipate cu protecție împotriva impulsurilor și armonicelor cu ajutorul varistoarelor și filtrelor de înaltă frecvență.

Eliminarea perturbațiilor pe linie are loc în două etape. Mai întâi, varistoarele blochează impulsurile de înaltă frecvență, apoi filtrul netezește vârfurile mici.

Problema apariției impulsurilor de înaltă tensiune este caracteristică nu numai cablurilor de alimentare, ci și rețelelor de transmitere a datelor – informatice sau telefonice. Acestea pot apărea din cauza acțiunii electricității atmosferice, a străpungerilor cablajului apropiat, a interferențelor electrice și a altor cauze.

Mulți producători lansează modele cu posibilitatea de protecție a rețelei locale. Pentru aceasta, UPS-ul are două conectori RJ-45 – unul la intrare și unul la ieșire. Semnalul trece printr-un filtru care suprimă vârfurile de tensiune. Pentru liniile telefonice, sistemul este același, doar că conectorii sunt de tip RJ-11.

Tensiune joasă și înaltă

Reglarea tensiunii se realizează cu ajutorul unui regulator automat de tensiune (AVR), al cărui element principal este un autotransformator. Principiul său de funcționare se bazează pe modificarea numărului de spire ale uneia dintre înfășurări, ceea ce duce la o modificare a tensiunii în sensul creșterii sau scăderii valorii acesteia.

Prezența AVR în UPS permite să nu fie activat de fiecare dată modul autonom la o abatere ușoară a tensiunii de la valorile normale. Aceasta crește semnificativ durata de viață a bateriilor.

Multimetrele profesionale, cum ar fi CEM DT 9909, sunt capabile să înregistreze valoarea tensiunii pe o perioadă lungă de timp. Utilizarea unui astfel de aparat poate ajuta la alegerea unui stabilizator sau a unui UPS.

Conform GOST 29322-2014, este admisă o abatere de 10% a tensiunii față de valoarea de referință pentru o perioadă de cel mult 1 oră. Toate UPS-urile moderne cu regulatoare fac față acestor fluctuații.

Puritatea semnalului de ieșire

Tipul semnalului de ieșire depinde de modelul invertorului instalat în UPS. În mod ideal, curba tensiunii de curent alternativ ar trebui să fie o sinusoidă. Dar după conversia prin invertor, aceasta capătă o formă în trepte.

Cu cât numărul de trepte în curba dependenței tensiunii instantanee de timp este mai mare, cu atât calitatea curentului alternativ este mai bună. Pentru unele dispozitive, acest lucru este important.

Pentru echipamentele care conțin motoare electrice asincrone (frigider, aer condiționat), surse de alimentare cu transformator (aparatură audio de calitate), surse de alimentare APFC (servere și calculatoare puternice) este necesară o sinusoidă pură sau bine aproximată.

Niciun invertor și, prin urmare, niciun UPS nu produce o sinusoidă pură, indiferent de ceea ce scriu în broșurile publicitare producătorii de echipamente. Aproximarea semnalului de ieșire la o sinusoidă se evaluează prin coeficientul de distorsiuni neliniare (THD).

Semnalul de ieșire al blocului poate fi considerat sinusoidal la un THD < 5%. La unele modele, de exemplu IMV NetPro 2000, acest indicator este de doar 2%.

Reguli de utilizare a UPS-ului

Atunci când achiziționați un UPS pentru alimentarea de rezervă, este necesar să înțelegeți împreună cu ce aparate poate fi utilizat. Uneori, nu este suficient doar un UPS și atunci trebuie luate măsuri suplimentare pentru a asigura alimentarea casei cu electricitate.

Conectarea aparatelor de uz casnic

Calculatoarele, modemurile, routerele, echipamentele video și audio – aparate tipice de acasă sau de birou la care se conectează UPS-urile. Dacă aceste echipamente conțin surse de alimentare obișnuite în comutație, atunci va fi suficient să achiziționați modele relativ ieftine, care nu produc o sinusoidă pură.

Modelele moderne sunt compacte și au un design atractiv, care se integrează armonios împreună cu alte aparate în interiorul camerei de zi.

Pentru iluminat, de asemenea, nu este necesar să achiziționați articole scumpe. Aici, principalul lucru este să calculați corect puterea maximă și timpul de funcționare autonomă.

La întreruperi frecvente, problema decongelării neplanificate a frigiderelor și a deteriorării alimentelor este relevantă. La protejarea unui astfel de echipament cu motoare asincrone, vor fi necesare UPS-uri de o construcție mai complexă, deoarece va fi necesar un semnal sinusoidal “pur”.

În plus, este necesar să se ia în considerare prezența curenților de pornire care apar la pornirea motorului. Simplificat, pentru echipamentele frigorifice, valoarea acestora poate fi determinată înmulțind valoarea puterii cu 5.

Dacă, de exemplu, în bucătărie există un frigider cu o putere totală de 300 W (la pornire – 1500 W) și un congelator de 200 W (la pornire – 1000 W), atunci este necesară o sursă de alimentare cu undă sinusoidală pură și o putere maximă de cel puțin 1700 W. Această valoare a fost obținută pentru cazul în care congelatorul funcționează, iar în acest moment are loc pornirea frigiderului. Pornirea simultană a ambelor motoare este puțin probabilă, iar un astfel de UPS va suporta un vârf de o secundă de 2,7 kW.

O sursă de tip online cu o putere maximă de 2000 W poate funcționa aproximativ o jumătate de oră la un consum total de 500 W. Deoarece modul de răcire durează aproximativ 5 minute, UPS-ul va fi suficient garantat pentru 6 porniri ale ambelor dispozitive.

În casele particulare și vile, utilizarea UPS-urilor pentru susținerea sistemului de încălzire cu circulație forțată este, de asemenea, relevantă. Pompele au nevoie, de asemenea, de undă sinusoidală pură.

UPS-urile sunt, de asemenea, utilizate activ pentru funcționarea centralelor termice pe gaz. Având în vedere costul echipamentului conectat, nu este recomandabil să economisiți la calitatea UPS-ului în acest caz.

Alimentare de rezervă și suplimentară

Pentru multe aparate electrocasnice, este imposibil să alegeți un UPS ieftin, deoarece va fi necesară o putere maximă semnificativă pe o perioadă lungă de funcționare autonomă. Mașinile de spălat, cuptoarele electrice, sistemele de aer condiționat distribuit consumă multă electricitate.

Desigur, se poate renunța la aceste dispozitive pe durata întreruperii alimentării cu energie electrică. Acest lucru este oportun în cazul în care astfel de întreruperi apar rar și pentru o perioadă scurtă. Dar dacă totuși se va lua decizia de a asigura consumatorii puternici cu alimentare autonomă, atunci este mai bine să utilizați un generator pe benzină sau diesel. Pentru pornirea rapidă a acestora în lipsa tensiunii, se utilizează sistemul de comutare automată a rezervei (ATS).

În prezența unei surse suplimentare de alimentare, merită totuși să utilizați un UPS, cel puțin pentru computere. Este imposibil să se obțină o pornire instantanee a generatorului și restabilirea alimentării cu energie electrică.

Stabilizarea tensiunii scăzute

Problema tensiunii scăzute este relevantă pentru obiectele conectate la rețele electrice vechi sau de putere redusă. Dacă o astfel de situație apare constant, atunci este mai bine să utilizați un stabilizator de intrare.

În prezența unui stabilizator, tensiunea rețelei interioare va fi adusă la valorile normative. Acest lucru va afecta și aparatele care nu sunt conectate la UPS.

La tensiune scăzută, intensitatea curentului care trece prin rețeaua interioară crește. De exemplu, să presupunem că puterea totală a consumatorilor conectați la UPS este de 1,5 kW, iar tensiunea furnizată este de 190 V.

Atunci conform legii lui Ohm:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – intensitatea curentului în circuitul dinaintea UPS fără stabilizator;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – intensitatea curentului în circuitul dinaintea UPS cu stabilizator.

Astfel, rețeaua interioară fără stabilizator va suporta o sarcină mai mare, ceea ce poate să nu fi fost luat în considerare la alegerea secțiunii cablajului.

Prin urmare, la o tensiune scăzută constantă, este mai bine să instalați un stabilizator. În acest caz, și sarcina asupra autotransformatorului UPS va fi mai mică, ceea ce va prelungi durata de viață a acestuia. În plus, ținând cont de uniformizarea tensiunii, se pot achiziționa UPS-uri mai ieftine.

Alimentare neîntreruptibilă a consumatorilor de curent continuu

Pentru unele aparate este necesar să se asigure o alimentare neîntreruptă cu curent continuu de 12, 24 sau 48 V. UPS-uri de acest tip sunt, de asemenea, disponibile în comerț. În marcajul lor apare abrevierea “DC”. Blocurile cu tensiunea de 60, 110 sau 220 V există de asemenea, dar se utilizează în industrie sau energetică.

Diferența UPS-urilor de curent continuu în structura internă față de modelele clasice constă în absența invertorului. Bateriile se conectează direct la ieșire printr-un contactor cu un shunt de măsurare limitator de curent pentru a preveni descărcarea excesiv de profundă a bateriilor.

Uneori la ieșire poate exista un convertor stabilizator, dacă aparatele alimentate de la UPS sunt sensibile la mici fluctuații de tensiune.

Împreună cu convertoarele de tensiune, un UPS de curent continuu de 48 W poate alimenta un sistem de supraveghere video cu un perimetru de până la 1 km

Astfel de surse de alimentare de rezervă sunt utilizate pentru protecția următoarelor echipamente casnice care funcționează pe curent continuu:

• sisteme de supraveghere video și de securitate;
• diferiți senzori (de scurgere, fum, foc, mișcare etc.);
• sisteme de iluminat;
• aparate de telecomunicații;
• sisteme de comunicații;
• componente ale sistemului de management “casă inteligentă”.

Multe UPS-uri de curent continuu au opțiunea de conectare a bateriilor externe. În acest caz, funcționarea autonomă a aparatelor deservite de acestea poate fi foarte lungă.

Concluzii și material video util pe această temă

Descriere scurtă a caracteristicilor principale ale UPS-urilor de uz casnic:

Varietatea tipurilor de UPS și a caracteristicilor lor rezultă din diferitele condiții de utilizare: puterea și tipul aparatelor conectate, parametrii și problemele tipice ale unei rețele electrice specifice. UPS-ul nu este de obicei cel mai scump element din sistem, dar de el depinde stabilitatea funcționării acestuia. Prin urmare, este necesar să se determine condițiile de funcționare și să se abordeze cu atenție alegerea modelului.

Ați rămas cu întrebări legate de subiectul articolului? Sau puteți completa acest material cu informații interesante despre UPS? Vă rugăm, scrieți comentariile dumneavoastră, adresați întrebări, împărtășiți experiența în blocul de mai jos.