Szünetmentes tápegység: a háztartási UPS rendeltetése és működésének sajátosságai

A készülékek működőképességének megőrzése érdekében hálózati zavarok esetén szünetmentes tápegységet használnak. A kiszolgált fogyasztók típusától és az elektromos energia paramétereitől függően különböző modelleket kell választani. Ezek az eszközök keresettek, így nem nehéz beszerezni a jellemzőinek megfelelő példányt.

Vásárlás előtt azonban önállóan kell megismerkedni a jellemzőivel, nem pedig az eladásokban érdekelt menedzserekre bízni ezt a kérdést.

Ebben az anyagban megvizsgáljuk az UPS felépítését és működésének jellemzőit, valamint ismertetjük a használatának szabályait.

Váltakozó áramú UPS-ek sémái

Háztartási célokra olyan szünetmentes tápegységeket használnak, amelyeket egyfázisú 220 V-os hálózatra csatlakoztatnak, és amelyek áramkimaradás esetén egy ideig képesek táplálni az azonos feszültséget igénylő fogyasztókat.

Léteznek olyan UPS-ek is, amelyek bemenete háromfázisú hálózatra van csatlakoztatva, a kimeneten pedig 380 V vagy 220 V feszültséget adnak. Ezek azonban drágák, és akkor használják őket, ha 10 kVA-tól autonóm teljesítményre van szükség, ami háztartási célokra nem szükséges.

A váltakozó áramú háztartási UPS-ek működési sémájuk szerint a következő típusokra oszthatók:

• tartalék (offline);
• interaktív (line-interaktív);
• kettős átalakítású (online).

Ezek a kimeneti feszültség minőségében és az árban különböznek. A legolcsóbbak a tartalék (offline) típusúak, a legdrágábbak pedig a kettős átalakításúak.

A legegyszerűbb kivitelű tartalék tápellátási séma egy kapcsolórelét és passzív szűrést foglal magában a zavarok elnyomására.

A váltakozó áram egyenárammá alakításához a töltőberendezésben egyenirányítót használnak. A visszaalakítás pedig inverter segítségével történik.

A szünetmentes tápegységekben az áramkör hálózatról akkumulátorra történő átkapcsolásához általában hagyományos elektromechanikus reléket szerelnek. Ha ez az alkatrész jó minőségű, akkor az élettartama elegendő az UPS teljes működési idejére. Leggyakrabban azonban az egység meghibásodása esetén a probléma pont ebben a konstrukciós elemben rejlik.

Az interaktív áramkör abban különbözik a tartalék áramkörttől, hogy feszültségstabilizátorral rendelkezik. Ez egy tipiłkus autotranszformátor, melynek tekercsei közvetlenül össze vannak kapcsolva.

Feszültségstabilizáció számos háztartási készülékben is megatálható, így ha az eltérések kicsik, akkor nincs értelme drágább lineáris-interaktív modellt vásárolni.

A transzformátor jelenléte gyakran kényszeríti a gyártót a mesterséges hűtés alkalmazására, ezért az ilyen szünetmentes tápegységeket ventilátorokkal szerelik fel. Ezek zajt bocsátanak ki, amelynek intenzitása összehasonlító egy számítógépes rendszeregység működésével.

Online kapcsolás esetén az inverter táplálása folyamatosan az akkumulátorokról történik. Ezért, ha az elektromos hálózatban meghibásodás lép fel, a tartalék tápellátásra való átkapcsolási idö nulla.

A legbonyolultabb és legdrágább kettős átalakítású készülékek rádául a legalacsonyabb hatásfokkal rendelkeznek. Az elektromos energia hővé alakul, amelyet a készülék bocsát ki. Ezért használatukat indokolni kell.

Az ilyen típusú szünetmentes tápegységek legjelentősebb előnye a villamosenergia-kimarádsra adot azonnali reakció. De a legtöbb háztartási készülék esetében ez nem olyan fontos. A szamítógépeket például általában tartalék vagy interaktív típusú UPS-sel szerelik fel.

A legfontosabb paraméterek

Jelenleg a piacon számos háztartási szünetmentes tápegység eladási ajánlata található. Ahhoz, hogy pontosan meghatározza rendeltetésüket és ne tévedjen a válásztásban, meg kell értenie, mely paraméterekre kell elsősorban figyelmet forditania.

Alapvető műszaki jellemzők

A készülék kimeneti teljesítménye határozza meg azt a maximálisan megengedhető értéket, amelyet az egység garantáltan ki tud adni a fogyasztónak. Ezt volt-amperben (VA) mérik. A felhasználók kényelme érdekében gyakran megadják ezt az értéket, és wattban.

A készülékek terhelésének méréséhez használhat ampermérőt, vagy kiszámíthatja azt a lakásban elhelyezett mérőóra leolvasásának felhasználásával.

A fogyasztot villamos energia mérhető egy háztartási ampermérő (wattmérő) segítségével, amely aljzattal rendelkezik. A csatlakoztatandó készüléket a maximális fogyasztású üzemmódba kell kapcsolni.

A számítógép tényleges teljesítményének meghatározásakor nem szabad a tápegység névleges teljesítményéből kiindulni, mert azt mindig tartalékkal vásárolják.

Ha nincs ampermérője, akkor a követező lépéseket kell végrehajtania:

1. Kapcsolja ki a biztosítéktáblában az összes áramkört, kivéve azt, amelyikről a számítógép táplálást kap.
2. Kapcsolja ki az összes készüléket ezen az áramkörön.
3. Kapcsolja be a számítógépet, és indítson el rajta egy rá jellemző programot (például egy YouTube-videót).
4. Várja meg, amíg a mérőórán a kilowatt tized részének megfelelő érték változást mutat.
5. Jegyezze fel az időt a következő változásig.

Az átlagos fogyasztási teljesítmény (P, watt) ebbe az időszakban (t, perc) a következő képlet segítségével számítható ki:

P = 100 * (60 / t)

A következő fontos jellemző a működesi időszak. Ez a mutató függ a terheléstől, amelyet a UPS az addot pillanatban tapasztal. Maximalis megengedett teljesítményen a háztartási készülék akkumulátorai 1-3 perig működek. Fél teljesítményen viszont sokkal tovább (akár 10 perig).

Az akkumulátorok átlags terheléstől függő üzemidejének graf ikon jából láth ató, hogy ez az összefüggés nem lineáris. Ezt az akkumulátorok kisütésének módja okz a.

Ebből két következtetés adódik:

• áramkimar adás esetén max imál is an csökkenteni kell a készülékek által fogy aszt ott terhel ést;
• célszerű olyan UPS-t vásárolni, amelynek teljesítm énye leg alább 30%-kal meghaladja a számított ér téket.

A bemeneti feszültségtartomány megadja a hálózat minimális és maximális megengedett feszültségét, amelynél nem történik átkapcsolás akkumulátoros üzemre. Általában minden UPS elviseli a 180-260 V közötti tartományt.

Egyes gyártóknál nagyon jó (reklám)adatokkal találkozhatunk, például alsó érték 110 V. Itt meg kell győződni arról, hogy ezek a számok a maximális terhelésre vonatkoznak, nem a fél terhelésre.

Egy másik fontos műszaki jellemző a zajszint. A lineáris-interaktív vagy online technológiájú UPS-ek sok hőt termelnek, ezért a gyártók ventilátorokat szerelnek rájuk. Ha a hűtők olcsók, idővel zúgást fognak kiadni, ami lakóhelyiségben nem kívánatos.

Interfész és a beállítás

A készülékek külső megjelenése nagyon változatos lehet. Általában klasszikus téglalap alakúak, ahol az előlapon indikátorok vagy kijelző található, a hátulsó oldalon pedig tápcsatlakozók. Ezek száma nem olyan fontos, mert a kimenetre hosszabbítót lehet csatlakoztatni elosztóval. Ez semmiben sem ellentmond a UPS koncepciójának.

A modell rendelkezhet LCD-kijelzővel, amelyen látható lesz a csatlakoztatott készülékek ellátása: áramellátás megléte, fogyasztók száma, akkumulátor töltöttsége stb.

Az indikációs rendszer csökkenti a berendezés költségét. Ezenkívül praktikusabb. Ha valamilyen paramétert kell megtudni, akkor soks mod ellnél megvalósították a számítógéphez való csatlakoztatás funkcióját.

Ahhoz, hogy megtudja az áramellátás paramétereit, a UPS akkumulátorainak állapotát és működését, csatlakoztassa azt a számítógéphez. Sok modell esetében ezt a funkciót megvalósították, és szoftvert is fejlesztettek hozzá.

Három fő interfésztípus létezik:

• USB. A számítógép és a UPS közötti legelterjedtebb csatlakozás.
• RS-232 (COM-port). Ritkán található meg a háztartási modellekben.
• Ethernet 10/100. A UPS távvezérlésére használják.

Az UPS adatainak lekérésére és vezérlésére szolgáló szoftvert nem csak a Windows különböző verzióihoz fejlesztették ki. Így például az ismert Powercom gyártónak van Android-verziójú szoftvere, amely lehetővé teszi az áramellátás állapotának távoli nyomon követését és szükség esetén a szünetmentes tápegység működésének beállítását.

A szoftver lehetővé teszi az elektromos hálózat főbb jellemzőinek nyomon követését, mint például a bemeneti és kimeneti feszültséget, frekvenciát, valamint megtudható az akkumulátorok töltése és az eszköz hőmérséklete.

A szünetmentes tápegységeket a védett villamosenergia-fogyasztók közvetlen közelében helyezik el. Általában a padlóra vagy polcokra teszik. Néhány modell falra szerelhető rögzítőkkel rendelkezik.

A kimeneti áram minősége

A szünetmentes tápegységeknek megfelelő minőségű áramot kell kiadniuk. Akkumulátorról való működéskor az inverter felelős ezért, hálózati táplálás esetén pedig a szűrőknek és a stabilizátornak kell elsimítaniuk a problémás momentumokat. Az elektromos áramkörben keletkező zavarok különböző eredetűek és különböző következményei vannak az elektronikára. Ezért ebben a kérdésben is alaposan utána kell járni.

Hálózati zavarok és védelem

Minden modern UPS fel van szerelve a kiszolgált eszközök részéről származó problémákkal szembeni védelemmel. Ha a terhelés összege meghaladja a maximálisan megengedettet, vagy zárlat lép fel, a szünetmentes tápegység azonnal megszakítja a táplálást.

A hálózati zavarokat feltételesen feloszthatjuk frekvencia- és impulzuszavarokra. Az előbbiek nem olyan veszélyesek, különösen a számítógépek vagy televíziók tápblokkjai számára, amelyek a váltakozó áramot egyenárammá alakítják. Az utóbbiak bármely elektronikánál problémát okozhatnak.

Ezért a legtöbb UPS el van látva impulzus- és harmonikusvédelemmel varisztorok és magas frekvenciájú szűrők segítségével.

A vonali zavarok eltávolítása két lépésben történik. Először a varisztorok levágják a magas frekvenciájú impulzusokat, majd a szűrő elsimítja a kisebb kiugrásokat.

A magasfeszültségű impulzusok megjelenésének problémája nemcsak a tápkábelekre jellemző, hanem az adatátviteli hálózatokra is – számítógépes vagy telefonos. Keletkezhetnek légköri elektromosság hatására, a közelben lévő vezetékek áttörései, keletkező elektromos zavarok és egyéb okok miatt.

Számos gyártó kínál olyan modelleket, amelyek képesek védeni a helyi hálózatot. Ehhez az UPS rendelkezik két RJ-45 csatlakozóval – egy a bemeneten és egy a kimeneten. A jel egy szűrőn halad át, amely elnyomja a feszültségcsúcsokat. A telefonvonalak esetében a rendszer ugyanilyen, csak a csatlakozók RJ-11 formátumúak.

Alacsony és magas feszültség

A feszültségszabályozás automatikus feszültségszabályozó (AVR) segítségével történik, melynek fő eleme az autotranszformátor. Működési elve az egyik tekercs menetszámának változtatásán alapul, aminek eredményeként a feszültség értéke nő vagy csökken.

Az AVR jelenléte a szünetmentes tápegységben (UPS) lehetővé teszi, hogy ne kelljen minden egyes alkalommal bekapcsolni az akkumulátoros üzemmódot, ha a feszültség kismértékben eltér a névleges értéktől. Ez jelentősen megnöveli az akkumulátorok élettartamát.

A professzionális multiméterek, mint például a CEM DT 9909, hosszú időn keresztül képesek rögzíteni a feszültség értékét. Egy ilyen műszer használata segíthet a stabilizátor vagy a szünetmentes tápegység kiválasztásában.

A 29322-2014 szabvány szerint a feszültség legfeljebb 10%-kal térhet el a névleges értéktől, legfeljebb 1 órán keresztül. Minden modern, szabályzókkal ellátott UPS megbirkózik az ilyen ingadozásokkal.

A kimeneti jel tisztasága

A kimenő jel típusa a szünetmentes tápegységbe épített inverter modelljétől függ. Ideális esetben a váltakozó áramú feszültséggörbének szinuszhullámnak kellene lennie. Az inverteren keresztül történő átalakítás után azonban lépcsőzetes formát ölt.

Minél több lépcső van a pillanatnyi feszültség időfüggésének görbéjén, annál jobb a váltakozó áram minősége. Ez egyes készülékeknél fontos.

Az olyan berendezésekhez, amelyek aszinkron villanymotorokat (hűtőszekrény, klímaberendezés), transzformátoros tápegységeket (jó minőségű audioberendezések) vagy APFC tápegységeket (szerverek és nagy teljesítményű számítógépek) tartalmaznak, tiszta vagy jól közelített szinuszhullámra van szükség.

Egyetlen inverter sem, és így egyetlen UPS sem ad ki tiszta szinuszhullámot, hiába írják ezt a gyártók a reklámfüzetekben. A kimenő jel szinuszhullámhoz való közelítését a harmonikus torzítási tényezővel (THD) értékelik.

A blokkból kimenő jel szinuszosnak tekinthető, ha a THD<5%. Egyes modelleknél, például az IMV NetPro 2000-nél, ez az érték mindössze 2%.

Az UPS használatának szabályai

A szünetmentes tápegység vásárlásakor a tartalék áramellátás megszervezéséhez meg kell érteni, hogy milyen készülékekkel használható együtt. Néha nem lehet csak UPS-sel boldogulni, és ilyenkor további intézkedéseket kell tenni a ház áramellátásának biztosítására.

Háztartási készülékek csatlakoztatása

A számítógépek, modemek, routerek, video- és audioberendezések tipikus otthoni vagy irodai készülékek, amelyekhez szünetmentes tápegységeket csatlakoztatnak. Ha ezek a készülékek hagyományos kapcsolóüzemű tápegységeket tartalmaznak, akkor elegendő viszonylag olcsó modelleket vásárolni, amelyek nem adnak ki tiszta szinuszhullámot.

A modern modellek kompaktak és vonzó kialakításúak, amely harmonikusan illeszkedik a nappali enteriőrjébe a többi készülék mellé.

A világításhoz sem kell drága termékeket vásárolni. Itt a legfontosabb a maximális teljesítmény és az autonóm működési idő helyes kiszámítása.

Gyakori áramkimaradások esetén aktuális probléma a hűtők nem tervezett leolvadása és az élelmiszerek romlása. Az aszinkron motorral rendelkező ilyen berendezések védelméhez bonyolultabb felépítésű UPS-re lesz szükség, mivel “tiszta” szinuszos jelre van szükség.

Ezenkívül figyelembe kell venni a motor indításakor fellépő bekapcsolási áramokat. Egyszerűsítve a hűtőberendezések esetében ezek értéke a teljesítmény ötszöröseként határozható meg.

Ha például a konyhában van egy 300 W összteljesítményű hűtő (indításkor 1500 W) és egy 200 W-os fagyasztó (indításkor 1000 W), akkor tiszta szinuszos és legalább 1700 W maximális teljesítményű tápegységre van szükség. Ezt az értéket arra az esetre számolták, amikor a fagyasztó működik, és ekkor bekapcsol a hűtő. A két motor egyidejű indítása nem valószínű, és az ilyen UPS kibír egy egymásodperces, 2,7 kW-os csúcsot is.

Egy 2000 W maximális teljesítményű online UPS körülbelül fél órán át képes működni 500 W összfogyasztás mellett. Mivel a hűtési üzemmód körülbelül 5 percet vesz igénybe, a szünetmentes tápegység garantáltan elegendő mindkét eszköz 6 indításához.

A családi házakban és nyaralókban is aktuális az UPS használata a kényszerkeringetésű fűtési rendszer támogatására. A szivattyúknak is tiszta szinuszra van szükségük.

A szünetmentes tápegységeket aktívan használják gázfűtésű kazánok működtetésére is. Tekintettel a csatlakoztatott berendezések árára, ebben az esetben nem szabad spórolni az UPS minőségén.

Tartalék és kiegészítő tápellátás

Sok háztartási készülékhez nem lehet olcsó UPS-t találni, mert jelentős maximális teljesítményre van szükség hosszú autonóm működési idő mellett. A mosógépek, elektromos sütők, elosztott klímarendszerek sok áramot fogyasztanak.

Természetesen meg lehet lenni ezek nélkül a készülékek nélkül az áramkimaradás idejére. Ez akkor célszerű, ha az ilyen fennakadások ritkák és rövid ideig tartanak. De ha mégis döntés születik a nagy fogyasztók autonóm áramellátásáról, akkor jobb benzines vagy dízel generátort használni. Gyors indításukhoz feszültség hiányában automatikus tartalék kapcsolórendszert (ATR) használnak.

További áramforrás esetén is érdemes UPS-t használni, legalább a számítógépekhez. A generátor azonnali indítását és az áramellátás helyreállítását lehetetlen elérni.

Csökkentett feszültség stabilizálása

Az alacsony feszültség problémája a régi vagy kis teljesítményű elektromos hálózatokhoz csatlakoztatott objektumokra jellemző. Ha ez a helyzet állandóan fennáll, akkor jobb egy bemeneti stabilizátort használni.

Stabilizátor jelenlétében a házon belüli hálózat feszültsége a szabványos értékekre lesz visszaállítva. Ez érinteni fogja azokat a készülékeket is, amelyek nincsenek csatlakoztatva a szünetmentes tápegységhez (UPS).

Alacsony feszültség esetén megnő a házon belüli hálózaton áthaladó áramerősség. Tegyük fel például, hogy a UPS-hez csatlakoztatott fogyasztók összteljesítménynye 1,5 kW, a betáplált feszültség pedíg 190 V.

Ekkor Ohm törvénye szerint:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – az áramerősség a stabilizátor nélküli UPS előtti áramkörben;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – az áramerősség a stabilizátoros UPS előtti áramkörben.

Így a stabilizátor nélküli házon belüli hálózat megnövekedett terhelésnek lesz kitéve, amit a vezeték keresztmetszetének kiválasztásakor esetleg nem vettek figyelembe.

Ezért állandó alacsony feszültség esetén jobb stabilizátort telepíteni. Ebben az esetben a UPS autotranszformátorának terhelése is kisebb lesz, ami meghosszabbítja az élettartamát. Ezenkívül a feszültség kiegyenlítésének köszönhetően olcsóbb szünetmentes tápegységeket is vásárolhat.

Egyenáramú fogyasztók szünetmentes tápellátása

Egyes készülékek esetében szünetmentes egyenáramú táplálást kell biztosítani 12, 24 vagy 48 V feszültséggel. Ilyen típusú UPS-ek is kaphatók. A jelölésükben szerepel a “DC” rövidítés. Léteznek 60, 110 vagy 220 V feszültséget biztosító egységek is, de ezeket az iparban vagy az energetikában használják.

Az egyenáramú szünetmentes tápegységek belső felépítésükben annyiban különböznek a klasszikus modellektől, hogy hiányzik belőlük az inverter. Az akkumulátorokat közvetlenül a kimenethez csatlakoztatják egy áramkorlátozó mérősönttel ellátott kontaktoron keresztül, hogy megakadályozzák az akkumulátorok megengedhetetlenül mély kisülését.

Néha a kimeneten lehet egy stabilizáló konverter, ha a UPS-ről táplált készülékek érzékenyek a kisebb feszültségingadozásokra.

Feszültségátalakítókkal együtt egy 48 W-os egyenáramú UPS képes táplálni egy videómegfigyelő rendszert akár 1 km-es kerületig.

Az ilyen tartalék tápforrásokat a következő, egyenáramról működő háztartási berendezések védelmére használják:

• Videómegfigyelő rendszerek és biztonsági rendszerek;
• különféle érzékelők (szivárgás, füst, tűz, mozgás stb.);
• világítási rendszerek;
• távközlési készülékek;
• kommunikációs rendszerek;
• az “okos otthon” vezérlőrendszerének komponensei.

Számos egyenáramú UPS rendelkezik külső akkumulátorok csatlakoztatásának opciójával. Ebben az esetben az általuk kiszolgált készülékek autonóm működése nagyon hosszú lehet.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Röviden a háztartási UPS-ek fő jellemzőiről:

Az UPS-ek típusainak és jellemzőinek sokfélesége a használat különféle körülményeinek következménye: a csatlakoztatott készülékek teljesítménye és típusa, az adott elektromos hálózat paraméterei és tipikus problémái. A szünetmentes tápegység általában nem a legdrágább elem a rendszerben, de attól függ a rendszer stabilitása. Ezért meg kell határozni a működési körülményeket, és alaposan meg kell választani a modellt.

Maradtak kérdései a cikk témájával kapcsolatban? Vagy esetleg kiegészítené ezt az anyagot érdekes információkkal az UPS-ekről? Kérjük, írja meg észrevételeit, tegye fel kérdéseit, ossza meg tapasztalatait az alábbi blokkban.