Dobór zasilacza UPS, przetwornicy akumulatorowej 12V 230V.

W przemyśle, duże baterie akumulatorów wykorzystywane są najczęściej jako rezerwowe źródło zasilania. Celem jest najczęściej zwiększenie stabilności zasilania oraz poprawa jakość dostarczanej energii.

Systemy UPS działające online oprócz bezprzerwowego zasilania dodatkowo jeszcze separują zasilane obwody od zakłóceń sieci energetycznej, zapewniając dostawę energii w pełnym tego słowa znaczeniu bez przerw i na najwyższym poziomie jakościowym, jeżeli chodzi o poziom napięcia oraz częstotliwość.

Dobór zasilacza odpowiedniego do zapotrzebowania

Zasilacze UPS, podobnie jak pozostałe urządzenia elektryczne, same również potrzebują energii aby działać. Zużycie energii na „potrzeby własne” zasilacza bywa różne i najczęściej zależy od:

  • mocy znamionowej,
  • temperatury pracy
  • jakości urządzenia
  • czy jest to urządzenie pracujące w trybie online, z podwójnym przetwarzaniem energii.

Małej mocy urządzenia offline, renomowanych producentów zadowalają się mocą około 10­ Watt, natomiast większe urządzenia pobierają w czasie pracy dziesiątki lub nawet setki Watt. Moc pobierana przez zasilacz UPS to również ważny czynniki, konieczny do uwzględnienia przy projektowaniu systemu zasilania.

Najkorzystniej jest wybrać urządzenie nieznacznie przewymiarowane w stosunku do maksymalnego spodziewanego obciążenia, zakładając że nigdy nie będzie przez dłuższy czas pracowało na pełnym obciążeniu. Przyjęcie maksymalnego obciążenia jako 80% mocy znamionowej urządzenia wydaje się rozsądnym kompromisem. Optymalnie gdyby było to urządzenie:

  • wysokiej jakości – z wysoką sprawnością – z małymi stratami,
  • odpowiedniej mocy,
  • o małych gabarytach

Błędem będzie zastosowanie urządzenia zbyt małej mocy ale także nie należy przesadzać z zapasem ponieważ urządzenia większej mocy potrzebują więcej energii do działania – na potrzeby własne. UPS lub przetwornica pracująca na minimalnym obciążeniu generuje stosunkowo duże straty. Na przykład zasilacz o mocy znamionowej 1000 kVA, zużywające na potrzeby własne 30W, zasilający laptopa pobierającego 60W to mało optymalny zestaw (straty na poziomie 33% mocy pobieranej).

Przy okazji większej mocy zasilacz to również większy wydatek przy zakupie i konserwacji, większe wydatki na utrzymanie temperatury otoczenia – klimatyzację, oraz zwykle większe gabaryty.

Zasilacz awaryjny nie powinien być zbyt mały

Przeciążenie przy rozruchu

Ważna jest nie tylko maksymalna moc jaką pobierają wszystkie przewidywane urządzenia. Dla instalacji, w których pracują urządzenia indukcyjne (silniki, pompy, lodówki) konieczne jest uwzględnienie zapasu mocy na moment rozruchu. Pominięcie zapasu mocy i przyjęcie, że przetwornica to wytrzyma może skutkować odcięciem zasilania – zostanie to potraktowane przez elektronikę jako zwarcie i albo nastąpi przerwa w zasilaniu albo urządzenie się wyłączy na stałe lub czasowo.

Moc urządzenia określona w instrukcji lub na tabliczce znamionowej nie zawsze pokrywa się z maksymalnym obciążeniem jakie może wygenerować dane urządzenie. Większość urządzeń w momencie rozruchu pobiera znacznie więcej mocy niż w trakcie normalnej pracy stałej na maksymalnych ustawieniach (maksymalna prędkość, moc, jasność, temperatura). W związku z tym układ zasilania musi być przygotowany na przyjęcie większych chwilowych obciążeń związanych z rozruchami.

Zapasy na przeciążenie

Producenci przetwornic oraz zasilaczy przewidują możliwość wystąpienia przeciążenia. Bardzo często przetwornica ma określoną moc nominalną i dodatkowo jeszcze przeciążalność. Możliwości przeciążania określane są w procentach w stosunku do mocy znamionowej, określają przez ile minut można przekroczyć znamionową moc przy danym obciążeniu. Przykładowo może być to określone: przeciążenie 5% przez 30 min, przeciążenie 10% przez 12 min, przeciążenie 50% przez 30 sekund. Im większe przeciążenie tym dopuszczalny czas jest krótszy i coraz szybciej dąży do zera – wystąpienia awarii „przeciążenie” i najczęściej wyłączenia układu zasilania. Po awaryjnym wyłączeniu ponowne uruchomienie zasilania może następować automatycznie lub może być wymagana ingerencja – na przykład wciśnięcie przycisku reset, ponowne włączenie, skasowanie błędu itp.

Czas podtrzymania w trybie autonomicznym

Układ zasilania awaryjnego przez większość czasu pracuje w trybie oczekiwania na awarię. Proste UPS-y działające w trybie offline przepuszczają przez siebie energię płynącą z sieci zasilającej bez jakichkolwiek modyfikacji czy poprawy jej parametrów. Dla tych urządzeń prawdziwa praca zaczyna się dopiero w momencie wystąpienia awarii a tak naprawdę najczęściej kilka milisekund po wystąpieniu awarii.

W związku z generowaniem zwiększonych ilości ciepła w trakcie pracy bateryjnej i przetwarzania napięcia mniejsze urządzenia nie będą w stanie pracować godzinami nawet jeżeli zapewnimy im odpowiedni zapas energii z dużego banku akumulatorów. Często małe, tanie zasilacze sprzedawane są z akumulatorami o pojemności od kilku do kilkunastu Ah. na wbudowanym akumulatorze pracują przez kilka lub kilkanaście minut przy maksymalnym obciążeniu. Po obniżeniu napięcia akumulatora praca przetwornicy się kończy. Wymiana akumulatora na większy, a tym samym teoretyczne wydłużenie czasu pracy takiego UPSa może skończyć się przegrzaniem lub nawet jego uszkodzeniem.

Systemy działające online, działają tak samo, w trakcie awarii jak podczas zasilania sieciowego. W tych urządzeniach energia pobierana jest z banku akumulatorów i przy użyciu układów elektronicznych transformowana jest do takiej postaci jakiej potrzebują zasilane urządzenia. Najczęściej wytwarzane jest napięcie zmienne o częstotliwości 50 Hz i napięciu 230V. Wystąpienie awarii linii zasilającej nie powoduje przerwy nawet na ułamek sekundy.

Z tego powodu, w trybie ciągłym działać również musi ładowanie, czyli prostownik, tak aby utrzymać napięcie buforowe zestawu akumulatorów. Prostownik powinien być wystarczająco wydajny aby przez cały czas utrzymać ustalonym poziom napięcia buforowego i nie dopuścić do rozładowania akumulatorów. Musi być to układ ładujący przystosowany do pracy w trybie ciągłym.

Bateria akumulatorów jako stabilizator

W niektórych zastosowaniach, tam gdzie występują znacznie skoki poboru mocy możliwe jest wykorzystanie akumulatorów jako stabilizatora. Należy się jednak liczyć, że duża ilość rozładowań i ładowań (nawet o małym procencie pojemności banku akumulatorów) w dłuższej perspektywie spowoduje przyspieszone zużycie ogniw. W takim układzie akumulatory nie pracują buforowo ale jest to raczej praca mieszania cykliczno – buforowa.

Po ustaleniu jakiego urządzenia UPS potrzebujemy przychodzi pora na dobór zestawu akumulatorów. Ważne aby uwzględniając odpowiednią niezawodność, czas podtrzymania i względy ekonomiczne wybrać odpowiednią ilość akumulatorów, napięcie zestawu, uwzględnić niezbędne zapasy.