Műszaki elvek

 
Általában az UPS-ekről
 

Mire való a szünetmentes tápegység?
Hosszabb-rövidebb idejű hálózatkimaradások áthidalására
Hálózathibák (pl. feszültség csökkenés, növekedés) kiküszöbölésére
Hálózat felől érkező zavarok kiszűrésére
Frekvencia ingadozás megszüntetésére
Stabil, zavarmentes kimeneti feszültség és frekvencia biztosítására a védendő fogyasztók felé

Elnevezések:
A szünetmentes tápegységeket gyakran nevezik az angol elnevezésük rövidítése alapján UPS-eknek (Uninterruptible Power Supply). Ez elfogadott a magyar gyakorlatban is. Nem szakmai körökben gyakran használatos még a(z): "inverter", "szükségáramforrás", "tartalék áramforrás", "akkumulátor"(!) elnevezés is.

A cél megvalósítására legmegfelelőbb szünetmentes tápegység kiválasztása:
Egyetlen számítógép ellátása szünetmentes tápegységgel egyszerű feladat. Nem igényel semmilyen felmérést, tervezést. Az erre alkalmas kis teljesítményű UPS-ek bármely számítástechnikai üzletben beszerezhetőek.
Számítógépes hálózatok, épületek, ipari alkalmazások, stb. ellátása esetén már körültekintőbben kell eljárni a megfelelő UPS kiválasztásánál. Egy alulméretezett szünetmentes tápegység semmit sem ér, olyan mintha ott sem lenne, a túlzott túlméretezés pedig többletköltséget von maga után.
Meg kell vizsgálni, hogy elegendő-e egy egyszerűbb (olcsóbb) szünetmentes tápegység használata, vagy szükséges egy nagyobb védelmet biztosító, egyben drágább On-line UPS telepítése.
Minden feladatra az arra legmegfelelőbb szünetmentes tápegységet kell használni, így érhető el a legnagyobb védelmet biztosító energiaellátás a legkisebb ráfordítás mellett.
Az UPS kiválasztásakor különös figyelmet kell fordítani a szünetmentes tápegységek katalógusban szereplő teljesítmény és áthidalási idő adataira.
Nemcsak a "VA"-ben megadott teljesítményadatot kell nézni,

 
CEMEP magyar nyelvű változat
 

hanem a "Watt"-ban megadott effektív teljesítményt is. A különféle gyártmányok különböző típusainál eltérő teljesítménytényezővel (0,4-0,8) adják meg a "VA"-es látszólagos teljesítményt!
A katalógusban megadott áthidalási idő adat sem minden esetben egyértelmű. Szinte sohasem a névleges terhelésen mért áthidalási időt adják meg a gyártók vagy forgalmazók. A megadott áthidalási idő adat egy ún. tipikus vagy átlagos terhelés esetére van megadva. Ilyen esetben definiálni kell hogy mit jelent a tipikus terhelés. Ennek hiányában a megadott áthidalási idő a felhasználó részére semmilyen információt nem nyújt!

CEMEP ajánlás
Az Elektromos Gépek és Teljesítményelektronikai Eszközök Gyártóinak Európai Bizottsága CEMEP - SZÜNETMENTES TÁPEGYSÉGEK CSOPORT
A CEMEP a szünetmentes tápegységek fő európai gyártóinak a társasága, és az országos társulatok közvetítésével végzi a munkáját.
A CEMEP a szünetmentes tápegységek gyártóit képviseli az Európai Bizottság felé.

 
Off-line működési elv
 

Ez a legegyszerűbb szünetmentes tápegység működési mód. A legkisebb kategóriában szinte mindegyik UPS ez alapján működik.
Jellemző teljesítménytartomány: 200VA-3000VA.
Működési elv a következő:

 
Off-line UPS blokk diagrammja
 


Amíg a hálózat a megengedett határokon belül van (ez általában +/-10%) a fogyasztók közvetlenül a hálózatról kapják a táplálást, az akkumulátor csepptöltésen van. Ebben az esetben a hálózat felől érkező zavarok, feszültségletörések, tranziensek, stb. ellen semmi sem védi a fogyasztókat. Természetesen ezekbe a készülékekbe is építenek zavarszűrőket, túlfeszültség védő eszközöket, de az ezek által nyújtott védelem minimális. (pl. a túlfeszültség védelem csak egy teljes rendszer kiépítése esetén lehet hatékony, "B", "C", és "D" osztály!) A beépített "D" osztályú védelem önmagában nem képes levezetni egy hálózat felől érkező káros túlfeszültséget.
Némelyik készülék rendelkezik feszültség rendelkezik feszültség stabilizátor funkcióval is, így ezek a hálózati feszültség ingadozását kismértékben korrigálni tudják.
Hálózathiba esetén az inverter elindul és a kimeneten lévő általában elektromechanikus kapcsoló (ritkán statikus kapcsoló) átkapcsolja a fogyasztót az inverter kimenetére. Az inverter kimeneti jelalakja a kisebb berendezéseknél szinte minden esetben lépcsős, míg a relatíve nagyobb teljesítményűeknél már szinuszos.

 
Off-line UPS hálózatkimaradás esetén
 


Természetesen a hálózathiba detektálása, és az átkapcsolás nem nulla idő alatt megy végbe. Egy ilyen átkapcsolásra mutat példát a következő ábra.

 
Off-line UPS átkapcsolása hálózatról inverterre
 


Az átkapcsolás jellemző ideje 4-20 millisecundum között van, tehát nem haladja meg az egy periódust. Ez természetesen a fogyasztóknál (pl. számítógépek) nem jelent problémát.

 
Egyszeres konverziós működési elv
 

Az ilyen elven működő szünetmentes tápegységeket nevezik még "DELTA" konverziós UPS-eknek is. Az EN... szabvány nem ismer "DELTA" konverziós működési elvet, csak úgy ismeri mint egyszeres konverziós elv. A "DELTA" konverzió kereskedelmi fantázianév, nem pedig műszaki kategória.
Ez a technika mára elavult, az 1970-es években élvezett fénykora után napjainkban (már a kilencvenes évek elejétől) minden vezető UPS gyártó abbahagyta a gyártását, és áttért a kettős konverziós szünetmentes tápegységek gyártására.

 
Egyszeres (DELTA) konverziós UPS blokk diagrammja
 

A működése a következő:
Normál működési feltételek esetén a fogyasztók a hálózatról egy soros impedancián és a statikus kapcsolón keresztül kapják az energia ellátást. A kimeneti feszültség stabilitását, és a szükséges meddő és felharmonikus áramot az inverter biztosítja (mivel a fogyasztók általában nem lineáris jellegűek). Az ábrán is jól látható, hogy a fogyasztók nincsenek a hálózattól galvanikusan elválasztva, igy az ilyen UPS által nyújtott biztonság is korlátozott.
A készülék teljes hatásfoka csak laboratóriumi körülmények (ideális bemeneti feszültség, lineáris terhelés, stb.) között éri el (vagy kismértékben meghaladhatja) a kettős konverziós On-line szünetmentes tápegységek hatásfokát. Amennyiben a külső feltételek romlanak, tehát valós üzemi körülmények között üzemeltetjük a berendezést (változó bemeneti feszültség, frekvencia, nemlineáris fogyasztók, stb.) a hatásfok messze elmarad a kettős konverziós On-line szünetmentes tápegységek hatásfokától. Mivel a kimenet és a bemenet galvanikus csatolásban van egymással, így a kimeneti frekvencia stabilitása megegyezik a hálózatéval. Amennyiben követelmény a nagyobb frekvencia pontosság, akkor rendelkezésre álló hálózat mellett is akkumulátorról fog üzemelni a berendezés, ha a hálózati frekvencia eltér a megengedett értékhatártól. Ez komoly problémákat okozhat aggregátoros üzemeltetés esetén. A frekvencia eltérésekből adódó gyakori akkumulátor töltés/kisütés jelentősen csökkenti az akkumulátor telep élettartamát.

 
Kettős konverziós működési elv
 

Ez a működési mód nyújtja a felhasználónak a legnagyobb védelmet a hálózati hibákkal szemben.
Működése a következő:
A betápláló hálózatot egyenirányítják, majd az egyenfeszültséget újra váltakozó feszültséggé alakítják (ezért nevezik ezt az UPS-t kétszeres konverziós On-line UPS-nek). A közbenső egyenfeszültségre csatlakozik az akkumulátor telep. A bemenet és a kimenet egymástól galvanikusan el van választva!

 
On-line UPS normál működés esetén
 


Hálózathiba, vagy teljes hálózatkimaradás esetén az inverter az akkumulátortelepbol kapja tovább az energiát. Látható, hogy a fogyasztói oldal felől nem érzékelhető hogy az invertert az egyenirányító, vagy az akkumulátor táplálja. Tehát a kimenetre a bemenet felől semmilyen zavaró hatás nem kerülhet át. A kimeneti feszültség és frekvencia mindig stabil, függetlenül a betápláló hálózat állapotától, és a terheléstől.

 
On-line UPS hálózatkimaradás esetén
 


Amennyiben az inverter meghibásodna, vagy túlterhelés keletkezik a kimeneten, abban az esetben a statikus kapcsoló megszakításmentesen(!) kapcsolja át a fogyasztókat az inverterről a hálózatra (természetesen ennek feltétele, hogy az inverter kimenete szinkronban legyen a hálózattal). Ebben az esetben természetesen mindenféle védelem megszűnik, de amíg a hálózat rendelkezésre áll a fogyasztók továbbra is kapnak energiaellátást.

 
On-line UPS inverterhiba, vagy túlterhelés esetén
 


Ez a fajta UPS kitünően alkalmazható aggregátoros betáplálással is, mivel a frekvencia ingadozás nem jelenik meg a kimeneti oldalon.
A legkorszerűbb technikai alkalmazások révén ezek a szünetmentes tápegységek mind névleges terhelésen, mind relatíve kis terhelésen is kiváló hatásfokot biztosítanak, a külső körülményektől függetlenül.
Ez a működési mód a teljes teljesítménytartományban rendelkezésre áll. (1000VA-1000kVA!)