Različite vrste UPS sistema

Različite vrste UPS sistema

Različite vrste UPS sistema

Na tržištu postoji velika zabuna oko različitih vrsta UPS sistema i njihovih karakteristika. Svaka od ovih vrsta UPS-a je definisana, raspravlja se o praktičnoj primeni svakog od njih i navode se prednosti i nedostaci. Pomoću ovih informacija može se doneti odluka o odgovarajućoj UPS topologiji različitih tipova.

Različite vrste UPS sistema i njihove karakteristike često uzrokuju zabunu u industriji data centara. Na primer, generalno je verovatno da postoje samo dve vrste UPS sistema, i to UPS u stanju pripravnosti i UPS na mreži. Ova dva često korišćena izraza ne opisuju pravilno mnoge dostupne UPS sisteme.

Mnogi nesporazumi oko UPS sistema se rešavaju kada se pravilno identifikuju različite vrste UPS topologija.


Vrste UPS sistema

Za primenu UPS sistema koriste se različiti pristupi dizajnu, svaki sa svojim karakteristikama performansi. Najčešći pristupi dizajnu su sledeći:

 

Spremnost

Interaktivna linija

Hibrid na mreži u stanju pripravnosti

Spreman-Ferro

Dvostruka konverzija na mreži

Delta konverzija na mreži

UPS za pripravnost

Rezervni UPS sistem je najčešći tip koji se koristi za lične računare. U blok dijagramu prikazanom na slici 1, prekidač za prenos postavljen je da odabere filtrirani ulaz naizmenične struje kao primarni izvor napajanja (puni linijski put) i pređe na bateriju / pretvarač kao rezervni izvor ako primarni izvor zakaže. Kada se to dogodi, prekidač za prenos mora raditi prebacivanjem tereta na napajanje akumulatora / pretvarača (prazna putanja). Pretvarač se pokreće tek kada se napajanje isprazni, pa otuda i naziv „stanje pripravnosti“.

Različne vrste UPS sistemov

Slika 1 - UPS stanje pripravnosti: Glavne prednosti ovog dizajna su visoka efikasnost, mala veličina i niska cena. Sa odgovarajućim filterom i krugom prenapona, ovi sistemi takođe mogu da obezbede adekvatno filtriranje buke i suzbijanje prenapona.

 

UPS za interaktivnu liniju

Line interaktivni UPS prikazan na slici 2 je najčešći model koji se koristi za male kompanije, web i odeljenje servera. U ovom dizajnu, pretvarač napajanja baterije (AC) uvek je povezan sa izlazom UPS sistema. Rad pretvarača u obrnutom položaju u trenutku kada je ulazni naizmenični napon normalan omogućava punjenje baterije.

Kada se isključi napon napajanja, prekidač za prenos se otvara i snaga teče od baterije do UPS izlaza. Kada je pretvarač uvek uključen i povezan na izlaz, ovaj dizajn obezbeđuje dodatno filtriranje i smanjuje propusnost prebacivanja u poređenju sa topologijom UPS-a u stanju pripravnosti. Pored toga, linijski interaktivni dizajn obično uključuje transformator koji menja slavinu. Ovo dodaje regulaciju napona podešavanjem slavina transformatora kako se ulazni napon menja. Regulacija napona je važna karakteristika kada postoje uslovi niskog napona, inače će se UPS prebaciti na bateriju, a zatim na opterećenje. Ova češća upotreba baterije može prouzrokovati prevremeni kvar baterije. Međutim, pretvarač takođe može biti dizajniran tako da njegov otkaz i dalje omogući protok snage od ulaza naizmenične struje do izlaza, što eliminiše potencijalnu kvar jedne tačke i efikasno obezbeđuje dve nezavisne putanje napajanja. Sama ova topologija je vrlo efikasna, što dovodi do visoke pouzdanosti, istovremeno pružajući vrhunsku zaštitu napajanja.


Različne vrste UPS sistemov

Slika 2 - Interaktivna linija: Visoka efikasnost, niska cena, visoka pouzdanost i mogućnost korekcije niskog ili visokog napona omogućavaju da ovo bude preovlađujući tip UPS-a u opsegu snage od 0,5 do 5 kVA.

 

On-Line hibrid u stanju pripravnosti

On-Line hibrid u stanju pripravnosti je topologija koja se koristi za mnoge UPS sisteme ispod 10kVA, koji su označeni kao „mrežni“. U režimu mirovanja, DC-DC adapter za naizmeničnu struju uključuje se kada se prepozna napajanje naizmeničnom strujom, kao u režimu mirovanja UPS-a. Punjač baterija je jednako mali kao i UPS u stanju pripravnosti. Zbog kondenzatora u jednosmernom kombinovanom uređaju, UPS neće imati vreme prenosa tokom nestanka struje. Ovaj dizajn je ponekad opremljen dodatnim prekidačem za prenos bajpasa tokom kvara ili preopterećenja. Slika 3 prikazuje ovu topologiju.

Različne vrste UPS sistemov

Slika 3 - Hibridni mrežni režim u stanju pripravnosti: Najviše pogrešno shvaćen deo ove topologije je uverenje da je primarni put uvek „on-line“ kada je stvarni put od baterije do izlaza samo polovina; on-line “(pretvarač), dok je druga polovina (pretvarač dc-dc)i deluje u stanju pripravnosti.

 

Standby-Ferro UPS

Standby-Ferro UPS je nekada bio preovlađujući oblik UPS-a u opsegu 3-15kVA. Ovaj dizajn zavisi od posebnog transformatora zasićenja koji ima tri namotaja (mrežne veze). Primarni put napajanja je od ulaza naizmenične struje, preko prekidača za prenos, preko transformatora i do izlaza. U slučaju nestanka struje, prekidač se otvara i pretvarač preuzima izlazno opterećenje.

Različne vrste UPS sistemov

Slika 4 - Standby-Ferro: Visoka pouzdanost i odlično filtriranje linija su prednosti ovog modela. Međutim, dizajn ima vrlo nisku efikasnost zbog nestabilnosti u upotrebi kod nekih generatora i novijih računara koji su korigovani faktorom snage, što značajno smanjuje popularnost ovog modela.

 

Sa Standby-Ferro, pretvarač je u režimu pripravnosti i napaja se kada nestane ulazne snage i otvori se prekidač za prenos. Transformator ima posebnu sposobnost "fero-rezonancije", koja pruža ograničenu regulaciju napona i izlazni "oblik". Izolacija od prolaznih naizmeničnih struja koje pruža Ferro transformator je dobra ili bolja od bilo kog dostupnog filtera. Ali sam Ferro transformator stvara izobličenje izlaznog napona i prelazne pojave koje mogu biti gore od loše veze naizmenične struje. Iako se u stanju pripravnosti UPS-a zahvaljuje, Standby-Ferro generiše puno toplote jer je ferro-rezonantni transformator u osnovi neefikasan. Ovi transformatori su takođe veliki u poređenju sa redovnim izolacionim transformatorima; tako da su prilično veliki i teški u Standby-Ferro UPS-u. Standby-Ferro UPS sistemi su često predstavljeni kao On-Line jedinice, iako imaju preklopni prekidač. Pretvarač radi u stanju pripravnosti i prikazuje karakteristike prenosa tokom nestanka struje. Slika 4 ilustruje ovu topologiju stanja pripravnosti.

Glavni razlog zašto se Standby-Ferro UPS sistemi više ne koriste široko je taj što mogu biti fundamentalno nestabilni u radu savremenih računarskih izvora napajanja. Svi veliki serveri i ruteri koriste napajanja koja se popravljaju faktorom snage. Oni predstavljaju negativni ulazni otpornik u određenom frekvencijskom opsegu. Zajedno sa relativno visokom i rezonantnom impedansom Ferro transformatora, ovo može izazvati spontane i štetne oscilacije.


Dvostruka konverzija On-Line UPS-a

Ovo je najčešći tip UPS-a preko 10kVA. Blok dijagram On-Line UPS dual pretvarača prikazan na slici 5 isti je kao u režimu mirovanja, s tim što je primarni put napajanja pretvarač umesto glavnog naizmeničnog napona.

Različne vrste UPS sistemov

Slika 5 - Dvostruka on-line konverzija: Ovaj UPS pruža gotovo idealne električne izlazne performanse. Ali konstantno habanje komponenata napajanja smanjuje pouzdanost u poređenju sa drugim modelima, a energija koju troši električna neefikasnost važan je deo troškova životnog ciklusa UPS-a. Takođe, ulazna snaga koju napaja veliki punjač baterija često je nelinearna i može ometati napajanje zgrade ili uzrokovati probleme sa rezervnim generatorima.

 

Pri planiranju dvostruke konverzije na mreži, greška na ulaznom naizmeničnom naponu ne dovodi do aktiviranja prekidača za prenos, jer ulazni naizmenični strujni izvor nije primarni izvor već rezervni izvor. Prema tome, vreme prenosa ne radi tokom prekida ulaznog napajanja. U mrežnom režimu vreme prenosa je kada se napajanje punjača / baterije / pretvarača primarne baterije isprazni. To se može dogoditi ako bilo koji blok na ovom putu napajanja ne uspije. Snaga pretvarača takođe može doći do kratkog spoja i uzrokovati prenos ako je pretvarač izložen naglim promenama opterećenja ili problemima sa unutrašnjom kontrolom.

Sistemi dvostruke konverzije On-Line UPS-ovi imaju vremena prenosa, ali pod drugačijim uslovima od standby ili line interaktivnih UPS sistema. Dok će stand-up i interaktivni linijski UPS prikazivati vreme prenosa kada dođe do nestanka struje, dvostruki UPS pretvarač će prikazivati vreme prenosa kada se dogodi veliki korak opterećenja ili udarna struja. Ovo vreme prenosa rezultat je prenosa tereta sa UPS-a na obilaznicu. Obično je ova obilazna linija izgrađena sa dvostrukim ruterom koji kontroliše silicijum (SCR). Ovi čvrsti prekidači su vrlo brzi, slično stanju pripravnosti i interaktivnom UPS-u, vreme prenosa je vrlo kratko, obično 4-6 milisekundi. Punjač akumulatora i pretvarač pretvaraju čitav protok snage opterećenja u ovaj dizajn, što rezultira manjom efikasnošću i povećanom proizvodnjom toplote.


Delta pretvarač on-line UPS

Ovaj dizajn UPS sistema, prikazan na slici 6, nova je tehnologija koja je uvedena da bi otklonila nedostatke mrežne dualne konverzije i dostupna je u opsegu od 5 kVA do 1 MV. Slično dualnoj on-line konverziji, on-line UPS uvek ima napon napajanja. Dodatni Delta pretvarač takođe doprinosi izlaznoj snazi pretvarača. U uslovima kvara naizmenične struje ili uslova smetnji, ovaj obrazac pokazuje ponašanje koje je ekvivalentno ponašanju dvostruke konverzije.

Različne vrste UPS sistemov

On-Line konverzija Delta UPS

Slika 6 - Delta on-line konverzija: U stabilnim uslovima, Delta pretvarač omogućava UPS-u da isporučuje teret sa mnogo većom efikasnošću od projekta dvostruke konverzije.

Jednostavan način da se razume energetska efikasnost topologije delta konverzije je razmatranje energije potrebne za isporuku paketa sa 4. sprata na 5. sprat zgrade, kao što je prikazano na slici 7. Delta tehnologija pretvorbe štedi energiju jednostavnim prenosom paket razlika (delta) između početne i krajnje tačke. On-line UPS sa dvostrukom konverzijom pretvara energiju u bateriju i nazad, dok Delta pretvarač pomera komponente napajanja sa ulaza na izlaz.

Različne vrste UPS sistemov

Slika 7 - Analogija dvostruke konverzije i Delta konverzije

 

Prilikom dizajniranja Delta Converter na mreži, Delta Converter radi sa dvostrukom namenom. Prva je kontrola svojstava ulazne snage. Ovaj aktivni prednji kraj crpi snagu u sinusoidnom režimu, smanjujući harmoniju, što se ogleda u upotrebljivosti. Ovo obezbeđuje optimalne uslove za vodovodne i generatorske sisteme i smanjuje grejanje i habanje sistema u distributivnom sistemu. Druga funkcija Delta pretvarača je punjenje UPS baterije napajanjem i pretvaranje u odgovarajući napon za punjenje jednosmerne struje.

On-Line UPS sistem Delta Converter pruža ista izlazna svojstva kao i On-Line dvostruka konverzija. Međutim, ulazne karakteristike su veoma različite. Sa potpunom korekcijom faktora snage, dizajn Delta Converter je i za kontrolu ulazne snage i za kontrolu izlazne snage. Najvažnija prednost je značajno smanjenje gubitaka energije. Kontrola ulazne snage takođe omogućava UPS-u da bude kompatibilan sa svim jedinicama i smanjuje potrebu za ožičenjem i previše generatora.

Delta Conversion On-Line tehnologija jedina je osnovna UPS tehnologija koja je trenutno zaštićena patentima i stoga je malo verovatno da će biti dostupna od širokog spektra dobavljača UPS-a.


Kompletiranje UPS sistema

Različite vrste UPS-a su pogodne za različite primene i ne postoji nijedna vrsta UPS-a koja je idealna za sve primene. Sa različitim UPS topologijama koje su danas na tržištu, ove smernice će pomoći da se očisti zabuna oko toga kako svaka topologija funkcioniše i za i protiv svake. Postoje značajne razlike u dizajnu UPS-a između dostupnih proizvoda na tržištu, sa teorijskim i praktičnim prednostima za različite pristupe. Ipak, osnovni kvalitet izrade i kvalitet izrade često prevladavaju u određivanju konačnog učinka postignutog u upotrebi klijenta.

← Previous Next →