Wie sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) angeordnet und funktionieren sie?

Die Anforderungen an die Qualität der Elektrizität sind gesetzlich durch staatliche Standards und ziemlich strenge Standards vorgeschrieben. Stromversorgungsunternehmen unternehmen große Anstrengungen, um diese einzuhalten, aber sie werden nicht immer umgesetzt.

In unseren Wohnungen und in der Produktion entstehen regelmäßig:

• vollständige Stromausfälle auf unbestimmte Zeit;

• aperiodische kurzzeitige (10 ÷ 100 ms) Hochspannungsspannungsimpulse (bis zu 6 kV);

• Überspannungen und Spannungsabfälle mit unterschiedlicher Dauer;

• Überlagerungen von hochfrequentem Rauschen;

• Frequenzabweichungen.

All diese Störungen beeinträchtigen die Arbeit der Haushalts- und Büroverbraucher von Elektrizität. Mikroprozessor- und Computergeräte, die nicht nur ausfallen, sondern ihre Leistung vollständig verlieren können, sind insbesondere von der Qualität der Stromversorgung betroffen.

Zweck und Art der unterbrechungsfreien Stromversorgung

Um das Risiko von Fehlfunktionen des Stromversorgungsnetzes zu verringern, werden redundante Geräte verwendet, die üblicherweise als solche bezeichnet werden unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) oder USV (gebildet aus der Abkürzung des englischen Ausdrucks "Unterbrechungsfreie Stromversorgung").

Sie werden mit unterschiedlichen Designs hergestellt, um bestimmte Verbraucherprobleme zu lösen. Beispielsweise können leistungsstarke USVs mit Heliumbatterien die Stromversorgung eines ganzen Hauses für mehrere Stunden unterstützen.

Ihre Batterien erhalten eine Ladung von einer Stromleitung, einem Windgenerator, Sonnenkollektoren oder andere Energieträger durch die Gleichrichtervorrichtung des Wechselrichters. Sie versorgen die Stromverbraucher der Hütte.

Wenn die externe Quelle ausgeschaltet ist, werden die Batterien an die an ihr Netzwerk angeschlossene Last entladen. Je größer die Batteriekapazität und je niedriger der Entladestrom ist, desto länger arbeiten sie.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen mittlerer Leistung können reservieren Stromversorgung für Elektrokessel, Raumklimatisierungssysteme und ähnliche Geräte.

Gleichzeitig können die einfachsten USV-Modelle nur ein Computer-Notabschaltprogramm ausführen. Darüber hinaus wird die Dauer des gesamten Arbeitsprozesses 9-15 Minuten nicht überschreiten.

Computerunterbrechungsfreie Stromversorgungen sind:

1. in das Gerätegehäuse eingebaut;

2. extern.

Die ersten Designs sind bei Laptops, Netbooks, Tablets und ähnlichen Mobilgeräten üblich, die mit einem eingebauten Akku betrieben werden, der mit einem Strom- und Lastschaltkreis ausgestattet ist.

Laptop-Akku mit integrierter Steuerung ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Die Schaltung im Automatikmodus schützt das Betriebsgerät vor Stromausfällen.

Externe USV-DesignsEntwickelt für den normalen Abschluss von Programmen auf einem stationären Computer werden in einer separaten Einheit erstellt.

Sie werden über ein Netzteil an eine Steckdose angeschlossen. Nur Geräte, die für den Betrieb der Programme verantwortlich sind, werden von diesen mit Strom versorgt:

• Systemeinheit mit angeschlossener Tastatur;

• Monitor zeigt laufende Prozesse an.

Andere Peripheriegeräte: Scanner, Drucker, Lautsprecher und andere Geräte von USV werden nicht mit Strom versorgt. Andernfalls übernehmen sie nach Beendigung der Programme einen Teil der in den Batterien gespeicherten Energie.

Entwurfsoptionen für den USV-Workflow

Computer- und Industrie-USVs werden in drei Hauptoptionen hergestellt:

1. Power-Backups;

2. interaktive Schaltung;

3. doppelte Umwandlung von Elektrizität.

Mit der ersten Methode Backup-SchaltungMit den englischen Begriffen „Standby“ oder „Offline“ bezeichnet, wird die Spannung vom Netzwerk über die USV an den Computer geliefert, wobei elektromagnetische Störungen durch die eingebauten Filter beseitigt werden. Hier einstellen Batteriederen Kapazität durch den von der Steuerung geregelten Ladestrom unterstützt wird.

Wenn die externe Stromversorgung verschwindet oder die festgelegten Standards überschreitet, leitet die Steuerung die Batterieenergie an die Stromverbraucher weiter. Ein einfacher Wechselrichter ist angeschlossen, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.

Vorteile von UPS Standby

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen der Offline-Schaltung weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Wenn die Spannung an sie angelegt wird, arbeiten sie leise, produzieren wenig Wärme und sind relativ billig.

Nachteile

UPS Standby fällt auf:

• ein langer Übergang zur Batterieleistung 4 ÷ 13 ms;

• eine verzerrte Form des vom Wechselrichter ausgegebenen Ausgangssignals in Form eines Mäanders und nicht einer harmonischen Sinuswelle;

• fehlende Einstellung von Spannung und Frequenz.

Solche Geräte sind am häufigsten auf PCs anzutreffen.

Interaktive USV-Schaltung

Sie werden mit dem englischen Begriff „Line-Interactive“ bezeichnet. Sie werden gemäß dem vorherigen, aber komplizierteren Schema durchgeführt, da ein Spannungsstabilisator unter Verwendung eines Spartransformators mit Stufenregelung enthalten ist.

Dies ermöglicht eine Einstellung der Ausgangsspannung, sie können jedoch die Frequenz des Signals nicht steuern.

Das Filtern von Rauschen im normalen Modus und das Umschalten auf Wechselrichterleistung im Falle eines Unfalls erfolgt gemäß den USV-Standby-Algorithmen.

Durch Hinzufügen eines Spannungsstabilisators verschiedener Modelle mit Steuermethoden konnten Wechselrichter mit einer Wellenform nicht nur des Mäanders, sondern auch der Sinuskurven erzeugt werden. Eine kleine Anzahl von Steuerstufen, die auf Relaisschaltung basieren, ermöglicht es jedoch nicht, die vollständigen Stabilisierungsfunktionen zu realisieren.

Dies gilt insbesondere für billige Modelle, die beim Umschalten auf Batteriestrom nicht nur die Frequenz über dem Nennwert überschätzen, sondern auch die Form der Sinuswelle verzerren. Die Interferenz wird durch den eingebauten Transformator verursacht, in dessen Kern Hystereseprozesse auftreten.

In teuren Modellen arbeiten Wechselrichter mit Halbleiterschaltern. UPS Line-Interactive bietet beim Umschalten auf Batteriestrom eine höhere Leistung als Offline-USVs. Dies wird durch den Betrieb von Synchronisationsalgorithmen zwischen der eingehenden Spannung und den erzeugten Signalen sichergestellt. Gleichzeitig wird die Effizienz jedoch etwas unterschätzt.

Line-Interactive USV kann nicht zur Stromversorgung von Induktionsmotoren verwendet werden, die in allen Haushaltsgeräten, einschließlich Heizungssystemen, massiv installiert sind. Sie dienen zur Bedienung von Geräten mit Impulsblöckewo die Energie gleichzeitig gefiltert und gleichgerichtet wird: Computer und Unterhaltungselektronik.

USV mit doppelter Konvertierung

Diese USV-Schaltung wird als englischer Ausdruck „Online“ bezeichnet und funktioniert an Geräten, die eine qualitativ hochwertige Stromversorgung erfordern. Es wird eine doppelte Umwandlung von Elektrizität erzeugt, wenn die sinusförmigen Harmonischen des Wechselstroms vom Gleichrichter ständig in einen konstanten Wert umgewandelt werden, der durch den Wechselrichter geleitet wird, um am Ausgang eine wiederholte Sinuskurve zu erzeugen.

Hier ist die Batterie ständig mit dem Stromkreis verbunden, so dass kein Umschalten erforderlich ist. Durch dieses Verfahren entfällt praktisch die Vorbereitungszeit für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zum Schalten.

Der Betrieb der Online-USV nach dem Zustand der Batterie kann in drei Stufen unterteilt werden:

1. Ladestufe;

2. Wartezustand;

3. Entladung zum Computer.

Ladezeit

Die Sinus-Eingangs- und Ausgangskreise werden durch einen internen USV-Schalter unterbrochen.

Eine an den Gleichrichter angeschlossene Batterie erhält Ladungsenergie, bis ihre Kapazität wieder auf optimale Werte eingestellt ist.

Bereitschaftszeit

Nach dem Ende der Batterieladung schließt die unterbrechungsfreie Stromversorgungsautomatisierung den internen Schalter.

Die Batterie behält im Puffermodus einen Standby-Zustand bei.

Entladezeit

Der Akku wird automatisch auf die Stromversorgung der Computerstation übertragen.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, die nach der Methode der doppelten Stromumwandlung betrieben werden, weisen im Netzversorgungsmodus aufgrund des Energieverbrauchs für Wärme und Lärm einen geringeren Wirkungsgrad auf als andere Modelle. Bei komplexen Konstruktionen werden jedoch Techniken verwendet, um die Effizienz zu steigern.

UPS On-Line kann nicht nur die Größe der Spannung, sondern auch deren Schwingungsfrequenz korrigieren. Dies vergleicht sie günstig mit früheren Modellen und ermöglicht es Ihnen, verschiedene komplexe Geräte mit Induktionsmotoren zu versorgen. Die Kosten solcher Geräte sind jedoch viel höher als bei früheren Modellen.

UPS Zusammensetzung

Abhängig von der Art des Arbeitskreises enthält das unterbrechungsfreie Stromversorgungskit:

• Batterien zur Energiespeicherung;

• LadegerätGewährleistung der Aufrechterhaltung der Batterieleistung;

• Wechselrichter zur Bildung einer Sinuswelle,

• Prozesskontrollschema;

• Software.

Für den Fernzugriff auf das Gerät kann ein lokales Netzwerk verwendet werden, und Sie können die Zuverlässigkeit der Schaltung aufgrund ihrer Redundanz erhöhen.

Bei einigen unterbrechungsfreien Stromversorgungen wird der Bypass-Modus verwendet, wenn die Last durch die gefilterte Netzspannung versorgt wird, ohne dass der Hauptstromkreis des Geräts in Betrieb ist.

Ein Teil der USV verfügt über einen schrittweisen Spannungsregler "Booster", der durch Automatisierung gesteuert wird.

Je nach Bedarf an komplexen technischen Lösungen können unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit zusätzlichen Sonderfunktionen ausgestattet werden.

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