Topologie zdrojů nepřerušovaného napájení (UPS)

Typografie
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

V dnešní době jsou systémy záložních zdrojů používány v mnoha různých podobách a aplikacích. S jejich narůstající oblibou došlo k jejich rozmachu a rozšíření škály modelů. Dostupné jsou jak jednofázové, tak třífázové.

Účinnost systémů UPS je poměrně vysoká, v závislosti na typu se ztráty energie pohybují v rozmezí 3 až 10 %. V jejich rozdělení panoval dlouhou dobu chaos, což znesnadňovalo orientaci mezi jednotlivými typy. Zatímco v 70. letech byl běžně používaný termín pro tehdejší UPS „on-line“, v letech 80. k ní navíc přibyl protiklad „off-line“. Ani jeden z termínů nevystihoval použitou architekturu, šlo spíše o vzájemné odlišení než korektní popis.

topologie ups 2019 1

K přesnějšímu rozdělení architektur záložních zdrojů došlo až s vznikem normy IEC 62040-3, u nás zavedena převzetím originálu jako ČSN EN 62040-3 ed. 2. Norma rozlišuje tři třídy UPS vycházejících ze závislostí výstupních napětí a frekvencí na vstupních parametrech:

  • VFD – Voltage and Frequency Dependent (výstupní napětí a frekvence závislá na elektrické síti), běžněji označovaná jako pasivní záloha (Off-line).
  • VI – Voltage Independent (výstupní napětí nezávislé na elektrické síti), známější pod označením interakce se sítí (Line-interactive).
  • VFI – Voltage and Frequency Independent (výstupní napětí a frekvence nezávislá na elektrické síti) je dvojitá konverze (Double-conversion).

VFD – Pasivní záloha (Off-line)

UPS architektury pasivní zálohy patří k těm nejdostupnějším a nejjednodušším typům záložních zdrojů. Pracují ve dvou provozních režimech. Při běžném provozu je napájení zajištěno z elektrické sítě přes filtr, případně přes kompenzátor, ale bez aktivní konverze. Baterie se přitom z elektrorozvodné sítě dobíjí. V případě přerušení napájení, nebo jeho kolísání, poskytne UPS stabilní napájení z baterie. K přechodu při výpadku elektrické energie dochází zpravidla za dobu kratší než 10 ms. Napájení z baterie trvá tak dlouho, dokud nedojde k ukončení důležitého procesu, většinou bezpečného ukončení systému, případně až do doby obnovení napájení ze sítě či vybití akumulátorů.
Tato topologie je levná a poskytuje dostatečnou ochranu pro kancelářské prostředí. Pasivní standby topologie je nevhodná pro případy, kdy má napájení z elektrorozvodné sítě nízkou kvalitu (např. v blízkosti průmyslových objektů), nebo u něj dochází k častému přerušení.

topologie ups 2019 2

VI – Interakce se sítí (Line-interactive)

Používá se k ochraně napájení podnikových sítí a IT aplikací před výpadky napájení, poklesem napětí, napěťovými špičkami, podpětím a přepětím. Zařízení, připojená na výstup UPS, jsou napájena filtrovaným napětím z veřejné elektrické sítě přes elektronický obvod invertoru. Baterie UPS jsou v takovém stavu dobíjeny přímo z obvodu invertoru. UPS obsahuje odbočkový transformátor a dokáže tak pomocí indukce vyrovnat podpětí/přepětí na definovanou nominální hodnotu výstupního napětí, a to bez nutnosti zálohování z baterií. Při porušení elektrické energie nebo při náhlém přerušení dodávky elektrické energie z veřejné elektrické sítě, jsou napájena připojená zařízení přímo z baterií UPS. Hlavní výhodou interaktivní topologie je, že tuto kompenzaci podpětí a přepětí umožňuje bez nutnosti použít baterie.
Tato topologie nabízí také režim by-pass, který umožňuje napájení (zátěže) požadovaného zařízení přímo prostřednictvím síťového napětí v případě poruchy UPS či při provádění servisního zásahu. Tato topologie je méně nákladnou oproti topologii s dvojitou konverzí, avšak má i své nevýhody. Jednou z nich je nemožnost měnit frekvenci nezávisle na frekvenci sítě.

topologie ups 2019 3

VFI – Dvojitá konverze (Double-conversion)

UPS s dvojitou konverzí jsou používány pro servery i IT zařízení v serverových místnostech a datových centrech. UPS využívá dvojitou přeměnu filtrované elektrické energie odebírané z veřejné elektrické sítě. Střídavé napětí je měněno v elektronickém obvodu usměrňovače na stejnosměrné napětí, a to zpět v elektronickém obvodu měniče opět na stabilizované střídavé napětí. V UPS tak neustále protéká elektrický proud přes baterie, které jsou dobíjeny z usměrňovače a energie z nich zajišťuje přes měnič napájení připojených zařízení.
Při náhlém přerušení dodávky elektrické energie z elektrické sítě, jsou zařízení, připojená na UPS, napájena z baterií UPS okamžitě bez přerušení charakteristického pro reléové prvky. Výstupní střídavé napětí má čistý sinusový průběh. Pro případ interní poruchy UPS je instalován modul pro přemostění UPS (bypass), který zajistí napájení připojených zařízení přímo z elektrické sítě až do odstranění poruchy.

topologie ups 2019 4
Oproti předchozím architekturám UPS je dvojitá konverze o něco méně účinná a vyžaduje vyšší provozní náklady. Naproti tomu poskytuje velmi dobrou izolaci zátěže od vstupního rozvodného systému, tedy chrání před přepětím či napěťovými špičkami v síti. Nezanedbatelnou výhodou je rovněž přesná regulace výstupní frekvence.

topologie ups 2019 5

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl cerven 2020

ElektroPrůmysl.cz, srpen 2020

Číslo je zaměřené na PLC, řídicí systémy, průmyslové roboty a VN napětí.

Najdete nás na Facebooku

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
 Souhlasím se zpracováním osobních údajů pro potřeby zasílání časopisu zdarma. Informace o zpracování osobních údajů
Časopis vychází 1x měsíčně.

Zajímavé odkazy

AC Servokontroléry & Motory Snadné. Účiné. Časově úsporné. Unitronics nabízí novou řadu AC Servo kontrolérů a motorů pro řešení řízení pohybu. Jedno integrované řešení pro řízení a automatizaci.
TERMOKAMERY.cz – novinky a akční ceny! Vyberte si termokameru přesně dle Vašeho požadavku. Technické poradenství, profesionální přístup, prodej, odborná školení, servis a kalibrace. Vyžádejte si předvedení termokamer zdarma přímo ve vaší firmě!
VOLTWORLD.cz - Svět měřicí techniky! Internetový obchod s kvalitní měřicí technikou osvědčených světových značek. Akční ceny, výhodné sady, půjčovna, servis, kalibrace, školení a semináře.
Nová barva, snadná identifikace! NKT představila barevnou identifikaci instalačních kabelů NKT instal PLUS CYKY-J a CYKYLo-J 3 x 1,5 mm2 modrým pruhem a 3 x 2,5 mm2 zeleným pruhem.
Bezplatný odběr časopisu
Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
 Souhlasím se zpracováním osobních údajů pro potřeby zasílání časopisu zdarma. Informace o zpracování osobních údajů
Časopis vychází 1x měsíčně.