Neil Rasmussen, Amerikan Güç Dönüşümü

Yaygın olarak sadece iki tür kesintisiz güç kaynağı (UPS) sistemi olduğuna inanılmaktadır: bekleme UPS ve çevrimiçi UPS. Bu iki terim, yaygın olarak anlaşıldığı gibi, bugün piyasadaki birçok UPS sistemine doğru şekilde uygulanmamaktadır. UPS sistemleri ile ilgili birçok yanlış anlaşılma, farklı UPS topolojileri uygun şekilde tanımlandığında temizlenir.

UPS sistemleri, AC gücünün kalitesini iyileştirmek ve AC ile çalışan ekipmanların kesintisiz çalışmasını sağlamak için tasarlanmıştır. Bu işlevleri yerine getirmek için bir UPS, yerel elektrik şebekesinden normal kalitede AC gücü alır ve iki iyileştirme sağlar: güç kalitesi iyileştirmesi ve yedek (veya yedek) güç kaynağı.

Bir UPS tarafından geliştirilebilecek güç kalitesi kusurları, dalgalanmalar, gürültü ve sarkmaları içerir. Bir UPS sistemi ayrıca birincil kaynağın arızalanması durumunda yedek bir güç kaynağı sağlayarak yedek güç sağlar. Yedekleme gücü tipik olarak bir bataryadan gelir.

Genel amaçlı kesintisiz güç kaynağı, bekleme tipi UPS veya çevrimiçi UPS olarak çalıştırılabilir. Operasyondaki ana fark, birincil olmak için seçilen güç yoludur. Bekleme KGK çalışması için, transfer anahtarı birincil güç kaynağı olarak filtrelenmiş AC girişini seçmek üzere ayarlanır; Yardımcı programın arızalanması durumunda, yedek / yedek kaynak olarak batarya / eviriciye geçer. Çevrimiçi kullanım için transfer anahtarı, batarya / invertörü birincil kaynak olarak seçmek için ayarlanmıştır ve batarya / invertörün arızalanması durumunda yedek kaynak olarak AC girişine geçer. Online ve beklemedeki UPS işlemi arasındaki bu fark çok basittir, fakat operasyonda bazı önemli farklılıklara yol açar.

Örneğin, bu tip bir UPS’in bekleme ve çevrimiçi çalışması arasındaki ilginç bir fark, giriş AC gücü arızası sırasında çalışma şeklidir. Bekleme modunda aktarım anahtarı, yedek güç kaynağı olarak aküye / eviriciye aktarılmalıdır. Bununla birlikte, çevrim içi işletim durumunda, giriş AC’nin başarısız olması transfer anahtarını etkinleştirmez, çünkü giriş AC birincil güç kaynağı değildir (ancak bu işletim modunda yedekleme kaynağıdır). Bu nedenle, bir giriş AC güç kesintisi sırasında, çevrimiçi işlem, yedekleme gücüne geçerken aktarım süresiyle sonuçlanmaz.

Bu nedenle, gerçek çevrimiçi UPS sistemleri bir aktarım süresi gösterir ve gerçek hayattaki kurulumlarda bekleme tipi UPS sistemleri kadar sık ​​aktarılabilir. Bununla birlikte, online UPS transferleri, AC girişi güç arızaları ile ilişkili değildir, çünkü bunlar bir bekleme KGK’sı içindir.

Pil şarj cihazının boyutu, genel amaçlı KGK’nın çevrimiçi işletimine karşı bekleme seçiminden büyük ölçüde etkilenir. Çevrimiçi modda kullanıldığında, batarya şarj cihazının, bataryanın boşalmasını önlemek için tüm çıkış gücünü kullanacak kadar büyük olması gerekir. Bekleme modunda kullanıldığında, batarya sadece kendisi için gerekli olan nispeten küçük şarj gücünü sağlamalıdır.

Kesintisiz bir güç kaynağı tarafından üretilen ısı, genel amaçlı UPS çevrimiçi modda çalıştırıldığında çok daha büyüktür. Akü şarj cihazı ve invertör aracılığıyla güç akışı% 25 ila% 30 güç kaybına neden olur. Bu güç kaybı, üründeki elektrik bileşenlerinin ömrünü kısaltan ve akünün ömrünü önemli ölçüde azaltan ısı üretir. (Pillerin ayrı bir kabinde olması durumunda, pil ömrü üzerindeki olumsuz etki ortadan kaldırılır.)

KGK bekleme modunda çalıştırıldığında, filtrenin ve dalgalanma bastırıcının güç kaybı% 1 ile% 2 arasında önemsizdir. UPS’in ömrü boyunca, UPS çevrimiçi modda çalıştırıldığında gerekli olan ekstra (ve israf edilen) elektriğin maliyeti, UPS’in orijinal maliyetinin önemli bir kısmı olacaktır.

Klasik çevrimiçi topolojiye sahip olan UPS sistemleri, Sola ve Toshiba’nın bazı modellerini içerir. Klasik bekleme yaklaşımını alan üniteler arasında APC Back-UPS ve Emerson Accupower bulunmaktadır.

Diğer UPS topolojileri

Bugün birçok UPS sistemi klasik bekleme veya çevrimiçi tipte değildir. Bu sistemler aşağıdakileri içeren çeşitli farklı yaklaşımlar kullanır:

– bypass olmadan çevrimiçi

– bekleme / çevrimiçi karma

– Standby-Ferro

– etkileşimli.

Bu UPS tiplerinin çoğu, bekleme veya çevrimiçi tasarımlar olarak hatalı sınıflandırılmıştır. Bu uygunsuz sınıflandırma, kullanıcı tarafından UPS tarafından sağlanan koruma düzeylerine ilişkin yanlış inanışlara yol açmaktadır.

Baypassız çevrimiçi – Bu topolojide, genel amaçlı UPS çevrimiçi modda çalışacak şekilde ayarlanmıştır, ancak tüm yedek güç yolu kaldırılmıştır.

Çevrimiçi bir UPS bir baypas içermediğinde, cihaz elektrik kesintisi durumunda bir yedek güç kaynağı veya birincil kaynağında, eviricide bir aksaklık sağlamaz. Bu nedenle, UPS’in bir önemli özelliği – yedeklilik – bu tür UPS tarafından teslim edilmez. Bu UPS elektrik kesintisi sırasında bir aktarım süresi göstermez ve bu nedenle sık sık çevrimiçi bir UPS olarak gösterilir.

Mini bilgisayarlar ve ana bilgisayarlar için büyük UPS sistemleri asla bu tip değildir, ancak baypas olarak adlandırılan yedek güç yolunun eksikliği genellikle kişisel bilgisayar piyasasında tanınmaz. Bu nedenle, bu tip UPS’ler bazen bu pazarda satılmaktadır.

Bekleme / çevrimiçi karma – Bekleme / çevrimiçi hibrit UPS, çevrimiçi baypassız tasarımın bir modifikasyonudur. Bu durumda, akü şarj cihazı ve akü bağlantıları değiştirilir ve bir bekleme DC-DC dönüştürücü eklenir.

Beklemedeki bir UPS’de olduğu gibi, AC güç arızası algılandığında, bataryadaki yedek dönüştürücü açılır. Akü şarj cihazı azdır ve bu UPS bir AC elektrik kesintisi sırasında aktarım süresi göstermez. Bununla birlikte, çevrimiçi bypasssız UPS gibi, bu ünitede herhangi bir yedek güç yolunun bulunmadığı olası tek bir arıza noktası olan bir invertör vardır.

Bu topolojiyle ilgili en yanlış anlaşılan şey, birincil güç yolunun daima çevrimiçi olduğu inancıdır. Aslında, bataryadan çıkışa giden güç yolu sadece kısmen çevrimiçi; invertör çevrimiçi, DC-DC dönüştürücü ise bekleme modunda çalışır.

Bu topolojide, klasik bekleme veya çevrimiçi tasarımlardan farklı olarak, birincil güç yolunun arızalanması durumunda yedek güç yolu bulunmadığını unutmayın. Bu topoloji, Unison Unipower ve Exide`s Personal Powerware gibi UPS sistemlerinde kullanılır.

Standby-ferro – Standby-ferro UPS, üç sargıya (güç bağlantıları) sahip özel bir transformatöre bağlıdır. Birincil güç yolu, AC girişinden, bir transfer anahtarından transformatöre ve daha sonra çıkışa doğrudur. Bir elektrik kesintisi durumunda, transfer anahtarı açılır ve invertör çıkış yükünü alır.

Standby-ferro tasarımında invertör bekleme modundadır ve giriş gücü kesildiğinde ve transfer anahtarı açıldığında enerjilenir. Transformatör, sınırlı regülasyon ve çıkış dalga biçimi şekillendirmesi sağlayan özel bir ferro-rezonans kabiliyetine sahiptir. Ferro transformatör tarafından sağlanan AC güç geçişlerinden elde edilen izolasyon, mevcut herhangi bir filtreden daha iyi veya daha iyidir, ancak ferro transformatörün kendisi, hatalı bir AC bağlantısından daha kötü olabilen ciddi çıkış voltajı bozulmalarını ve geçişlerini yaratır. Doğal olarak yedek bir UPS olmasına rağmen, standby-ferro büyük bir ısı üretir çünkü ferro-rezonant transformatör doğal olarak verimsizdir. Bu tür UPS’in en iyi bilinen örneği En İyi FerrUPS’dir.

Standby-ferro kesintisiz güç kaynağı sistemleri, bir transfer anahtarına sahip olsalar da, eviriciler bekleme modunda çalışırlar ve bir AC güç arızası sırasında bir aktarma süresi sergilerler.

Hat etkileşimli – Bu hibrit tasarımda, aküden AC güç dönüştürücüsüne (inverter) daima KGK çıkışına bağlanır.

Hat etkileşimli UPS’te, pil şarj işlemi, AC güç girişi normal olduğu zamanlarda inverterin ters çalışarak gerçekleştirilir. Giriş gücü bozulduğunda, aktarma anahtarı açılır ve güç akışı pilden UPS çıkışına geçer.

Eviricinin daima çıkışa bağlı olması, bekleme tipi UPS’e kıyasla ek filtreleme ve azaltılmış anahtarlama geçişleri anlamına gelir. İnvertör ayrıca, aksi takdirde UPS’in akü çalışmasına geçmesini zorlayacak olan kırılma koşullarını düzeltmek için çalışan bir düzenleme de sağlar. Bu, UPS’in düşük güç kalitesine sahip bölgelerde çalışmasına izin verir. İnverter, başarısızlığı hala AC girişinden çıkışa giden güç akışına izin verecek şekilde tasarlanabilir; bu da, tek noktalı bir arıza ihtimalini ortadan kaldırır ve etkin şekilde iki bağımsız güç yolunu sağlar.

Bu topoloji, doğası gereği oldukça verimlidir, bu da yüksek güvenilirliğe yol açar. Aynı zamanda, üstün güç koruması sağlar. APC Smart-UPS ve En İyi Kalesi, bu türdeki UPS sistemleri.

Diğer önemli UPS özellikleri

İzolasyon transformatörleri herhangi bir UPS türüne dahil edilebilir. İzolasyon transformatörleri, ortak mod gürültüsü adı verilen bir tür AC hattı gürültüsünü tamamen ortadan kaldırmak için kullanılabilir. Endüstride, ortak mod gürültüsü ile ilgili çok fazla karışıklık var ve bu durum ile sistem içi yer gürültüsü arasındaki ayrım, çoğu reklam ve diğer literatürde uygun şekilde yapılmıyor. Bilgisayar ağları, sistem içi yer gürültüsüne karşı hassastır, ancak ortak mod gürültüsüne nispeten bağışıktırlar. Ne yazık ki, pek çok kullanıcı, bu cihazların problem üzerinde kesinlikle bir etkisi olmamasına rağmen, sistem içi yer gürültüsü problemlerini çözmek için izolasyon transformatörlerini belirtmektedir. Günümüzde çoğu UPS sistemi, ister çevrimiçi, ister standby isterse tasarımda hibrit olsun, ortak mod izolasyonu sağlamak için elektronik filtreler kullanır. q

Neil Rasmussen, American Power Conversion’ın Billerica, MA’daki araştırma ve tasarım tesisinde mühendislik başkan yardımcısıdır.

Genel amaçlı UPS, birincil güç yolunun hangisi olduğuna ve yedeklemenin hangisi olduğuna bağlı olarak çevrimiçi veya bekleme modunda çalışabilir.

Baypassız çevrimiçi, kaldırılan yedek güç yolu ile çalışır. Bunun yerine, batarya şarj aleti ve batarya online olarak bir DC-AC inverter kullanıyor.

Bekleme / çevrimiçi tasarım, bypass topolojisi olmadan çevrimiçi olarak elde edilir, ancak batarya şarj cihazı ve batarya bağlantısı değiştirilir ve bir bekleme DC-DC dönüştürücü eklenir.

Standby-ferro UPS, üç sargıya sahip özel bir transformatöre bağlıdır. AC giriş gücü başarısız olduğunda, bir aktarım anahtarı açılır ve bir invertör yükü alır.