CECHY DOBREGO ZASILACZA
AWARYJNEGO (UPS) MAŁEJ MOCY |
Współczesne zasilacze awaryjne małej mocy realizowane
są głównie w technologii line-interactive z przebiegiem quasi-sinusoidalnym na
wyjściu podczas pracy awaryjnej.
W
przypadku zasilaczy, o których mowa, technologię line-interactive
rozumie się w następujący sposób (rys. 1):
Podczas pracy z poprawnym napięciem sieci zasilającej
następuje transfer energii na wyjście UPS’a przez filtr sieciowy (F) oraz
zwarty rozłącznik (P) (strzałka 2) przy jednoczesnym ładowaniu akumulatorów
(strzałka 1). W przypadku wykrycia awarii zasilania UPS uruchamia rozłącznik
(P) i synchronicznie do przebiegu sieciowego włącza falownik (B) dostarczający
na wyjście UPS’a energię z wewnętrznych akumulatorów (strzałka 3). Pracujący w
układzie UPS’a transformator główny pełni podwójną rolę: podczas pracy z
prawidłowym napięciem sieciowym pełni on rolę elementu prostownika (A)
doładowującego akumulatory zasilacza oraz, jeżeli UPS wyposażony jest w układ
stabilizacji napięcia AVR, stanowi element stabilizatora napięcia sieciowego, a
podczas pracy awaryjnej stanowi element falownika (B).
Rys. 1. Zasada pracy zasilacza awaryjnego w trybie
line-interactive.
Przebieg quasi-sinusoidalny to przebieg prostokątny z regulowaną szerokością wypełnienia w funkcji obciążenia wyjściowego UPS’a oraz stanu rozładowania akumulatorów (rys. 2).
Rys. 2. Kształt napięcia wyjściowego UPS’a podczas pracy
normalnej i awaryjnej.
Przebieg
quasi sinusoidalny nadaje się do zasilania komputerów wraz z monitorami. W
przypadku zasilania urządzeń peryferyjnych istotny jest zakres zmian amplitudy
napięcia wyjściowego i jego szerokości, który zależy od szczegółów
konstrukcyjnych poszczególnych zasilaczy awaryjnych.
Poniżej przedstawiono
istotne cechy dobrego zasilacza awaryjnego małej mocy uwzględniając ergonomię,
funkcjonalność i bezpieczeństwo.
1.
Prosta obsługa
Korzystne jest wyposażenie UPS’a w jeden centralny wyłącznik zasilania. Wyłącznik taki powinien mieć odpowiednie wymiary i jednoznaczne oznaczenia stanu pracy oraz powinien być zlokalizowany w widocznym miejscu. W sąsiedztwie wyłącznika nie powinno być przycisków pełniących inną funkcję. Takie rozwiązanie nie budzi wątpliwości związanych z uruchamianiem zasilacza i zasilanego stanowiska komputerowego zapewniając użytkownikowi bezstresową obsługę.
2. Jednoznaczna sygnalizacja
optyczno-dźwiękowa stanów pracy zasilacza
Odpowiednia sygnalizacja zapewnia użytkownikowi komfort pracy i gwarantuje prawidłową reakcję na awarie zasilania opierając się na jego intuicji. Sygnalizacja taka powinna w miarę możliwości uwzględniać użytkowników niepełnosprawnych np.: głuchych, daltonistów itp. Powinna również uwzględniać niekorzystną lokalizację UPS’a (poza zasięgiem wzroku). Jednocześnie sygnalizacja taka nie powinna być zbyt skomplikowana. Dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie trzech lampek sygnalizacyjnych ustawionych w szeregu od lewej do prawej lub od góry do dołu świecących w odpowiednich kolorach. Pierwsza zielona mogłaby sygnalizować włączenie zasilacza i napięcia na jego wyjściu w przypadku prawidłowego napięcia w sieci zasilającej. Druga żółta oznaczałaby pracę akumulatorową UPS’a na skutek awarii sieci zasilającej. Trzecia czerwona mogłaby ostrzegać przed sytuacjami krytycznymi, takimi jak rozładowane akumulatory czy przeciążone wyjście UPS’a. Sygnalizacja dźwiękowa powinna uwzględniać informację o pracy awaryjnej oraz zbliżanie się jej końca na skutek rozładowania akumulatorów. Przykładowo stan pracy awaryjnej może być sygnalizowany krótkimi piknięciami w dłuższych odstępach czasu (tak jak w telefonie komórkowym sygnalizowane są upływające minuty rozmowy) natomiast znaczne rozładowanie akumulatorów może być sygnalizowane szybkim przerywanym dźwiękiem (przypominającym budzik).
3. Konstrukcja zapewniająca wydłużenie
żywotności akumulatorów
Całkowite odłączanie zasilania UPS’a wyłącznikiem wpływa korzystnie na żywotność akumulatorów. Odłączanie okresowe układu ładowania powoduje obniżenie temperatury pracy akumulatorów, wzrost, której jest wynikiem przepływu prądu ładowania przez akumulator oraz co ważniejsze wydzielaniem się ciepła w obwodach prostownika i stabilizatora. Podwyższona temperatura pracy skraca żywotność akumulatorów, a mały prąd doładowujący płynący przez już naładowane akumulatory również przyczynia się w znacznej mierze do jej skrócenia. Przeciętny czas pracy stanowiska komputerowego wynosi 1/3 doby, wyłączenie stanowiska i zasilacza powoduje, że resztę czasu akumulatory odpoczywają. Rozwiązanie takie obniża dodatkowo zużycie energii elektrycznej.
4. Wysoka sprawność zasilacza podczas pracy awaryjnej
W celu uzyskania wysokiej sprawności UPS powinien zapewniać małe zużycie energii z akumulatora na potrzeby własne podczas pracy awaryjnej. Wymusza to stosowanie nisko rezystancyjnych kluczy w obwodzie falownika (tj. odpowiedniej obsady tranzystorowej stopnia mocy), co ma niestety istotny wpływ na wzrost ceny zasilacza. Takie rozwiązanie gwarantuje jednak wydłużanie czasu podtrzymania zasilania stanowiska komputerowego podczas awarii sieci zasilającej.
5. Filtr przeciwzakłóceniowy na wejściu
zasilacza
Filtr wejściowy (rys.1) tłumi zakłócające częstotliwości radiowe pojawiające się w sieci zasilającej, powinien również zawierać warystorowy tłumik przepięć impulsowych. Tłumik taki powinien charakteryzować się możliwie dużą zdolnością absorpcji energii impulsów. Ponadto filtr zapobiega przedostaniu się ewentualnych zakłóceń generowanych przez komputer do sieci zasilającej. Rozwiązanie takie eliminuje konieczność stosowania listew przeciwzakłóceniowych, obniżając koszt systemów zabezpieczających.
6. Gniazda wyjściowe w polskim
standardzie z zabezpieczeniem
Gniazda w polskim standardzie eliminują konieczność stosowania specjalistycznych przewodów zasilających łączących komputer i monitor z zasilaczem. Zabezpieczenie gniazd uniemożliwia ingerencje do wnętrza metalowymi przedmiotami (gwoździami, drutem itp.) na przykład przez bawiące się w pobliżu dzieci. Korzystne jest wyposażenie zasilacza w minimum dwa gniazda wyjściowe umożliwiające jednoczesne podłączenie monitora i komputera osobnymi przewodami.
7. Zamknięta metalowa obudowa
Obudowa zasilacza awaryjnego powinna być wykonana z odpowiedniej grubości blachy zapewniając sztywność i trwałość konstrukcji z reguły masywnego UPS’a. Obudowa powinna być ocynkowana i pokryta trwałą powłoką farby oraz powinna mieć zapewniony doskonały kontakt elektryczny z systemem uziemienia ochronnego zasilacza. Ponadto nie powinna posiadać jakichkolwiek ostrych, kaleczących krawędzi. Tak zaprojektowana obudowa pełni w zasilaczu wielorakie funkcje:
a) Brak otworów w obudowie zapobiega przedostaniu się do jego wnętrza metalowych przedmiotów takich jak spinacze, zszywki, szpilki itp. Zasilacz awaryjny w odróżnieniu od innych urządzeń biurowych wyposażony jest w wydajne źródło energii elektrycznej (o prądzie zwarcia kilkaset amper), którym jest akumulator. Jakiekolwiek zwarcie w układzie mocy falownika spowodowane ingerencją metalowych przedmiotów do wnętrza zasilacza może spowodować pożar.
b) W przypadku awarii stopnia mocy UPS’a (np. na skutek obciążania go dużą indukcyjnością) zamknięta obudowa stanowi barierę przeciwpożarową. Roli tej nie spełniają obudowy plastikowe oraz metalowe z otworami wentylacyjnymi.
c) Zamknięta obudowa zabezpiecza również przedostaniu się do UPS’a innego rodzaju zanieczyszczeń mogących być przyczyną awarii w szczególności, gdy pracuje on w pomieszczeniach mocno zapylonych.
d) Metalowa obudowa pełni dodatkowo funkcję radiatora o dużej powierzchni odprowadzającego ciepło wydzielane w zasilaczu.
e) Pełni rolę ekranu elektromagnetycznego zapobiegając emisji fal zakłócających jakie mogą być generowane w obrębie stanowiska komputerowego w szczególności podczas pracy awaryjnej.
8. Dwa bezpieczniki sieciowe
zabezpieczające oba przewody robocze biegun/zero
Urządzenia komputerowe wyposażone są w przewody zasilające z uziemieniem i mogą być podłączane tylko do gniazd sieciowych wyposażonych w kołek uziemiający. Brak jednoznacznego określenia fazy w gniazdach sieciowych w stosunku do kołka uziemiającego (w szczególności w gniazdach podwójnych) wymusza konieczność stosowania dwóch bezpieczników.
Szczegółowe wyjaśnienie tego zagadnienia zamieszczono przykładowo na stronach internetowych www.eta.com.pl . Zastosowanie jednego bezpiecznika nakłada na instalatora UPS’a obowiązek wyposażenia instalacji pomieszczenia w którym jest on zainstalowany w odpowiedni zewnętrzny bezpiecznik w przewodzie fazowym. Bezpiecznik zewnętrzny powinien zapewniać zadziałanie przy prądzie nie powodującym uszkodzeń w instalacji wewnętrznej UPS. W zasilaczach małej mocy bezpieczniki mają wartość od 2,5A do 6,3A i takie też zabezpieczenie powinno być w instalacji zewnętrznej (oczywiście w przypadku stosowania jednego bezpiecznika w UPS’ie). We współczesnych instalacjach elektrycznych standardowo stosuje się zabezpieczenia nie mniejsze niż 16A, z czego wynika, że zastosowanie zasilacza z jednym bezpiecznikiem jest w praktyce niedopuszczalne.
9. Dwubiegunowe odłączanie wyjścia
zasilacza
Centralny wyłącznik zasilania powinien odłączać całkowicie zasilanie UPS’a oraz urządzeń do niego podłączonych. Oznacza to odłączenie dwóch biegunów zasilania fazy i zera od zasilanego sprzętu komputerowego i eliminuje niebezpieczeństwo pojawienia się niebezpiecznych potencjałów (220 V w stosunku do uziemienia) w urządzeniach zasilanych przez UPS’a. Zapobiega również przedostaniu się przepięć impulsowych (wywołanych np. przez wyładowania atmosferyczne) na wyjście zasilacza przy wyłączonym wyłączniku sieciowym gwarantując bezpieczeństwo użytkownika i zasilanego sprzętu.
10. Identyfikowalność zasilacza UPS
Zasilacz powinien posiadać jednoznaczne i czytelne oznaczenie typu. Znajdujące się w zasilaczu złącza i przełączniki powinny być opisane. Opisy występujące na zasilaczu powinny umożliwić jego bezpieczne podłączenie bez dokumentów wspomagających, a więc powinny zawierać między innymi:
- parametry dotyczące sieci zasilającej: napięcie, prąd maksymalny i częstotliwość,
- obciążalność gniazd wyjściowych: moc wyrażona w VA i W, maksymalny prąd, napięcie i częstotliwość,
- typ i wartość bezpieczników dostępnych na zewnątrz,
- przeznaczenie złączy dodatkowych.
Wszystkie wyżej wymienione opisy powinny być wykonane w sposób trwały np.: sitodruk, nalepki samoprzylepne nie spełniają tego zadania.
11. Zabezpieczenie obwodów akumulatora
Akumulator jest źródłem bardzo dużej energii, co pociąga konieczność stosowania w jego obwodzie elementów zabezpieczających o jednoznacznej charakterystyce rozłączania w przypadku zwarć. Takie wymagania spełniają bezpieczniki topikowe lub automatyczne. Stosowanie wyłącznie czynnych obwodów elektronicznych w obwodzie zabezpieczenie akumulatora nie zapewnia odpowiedniego stopnia bezpieczeństwa, ponieważ nie jest zdefiniowane ich zachowanie podczas ich awarii skutkiem, czego może być pożar zasilacza. Wynika z tego,że elektroniczne systemy zabezpieczeń obwodu akumulatora powinny być uzupełnione elementem biernym typu bezpiecznik.
Istnieją również mniej istotne cechy
zasilacza małej mocy podnoszące jego funkcjonalność:
- RST – „zimny start” – możliwość uruchomienia zasilacza bez obecności sieci zasilającej,
- AVR – stopniowa stabilizacja napięcia wyjściowego przy pracy z sieci zasilającej,
- KF – możliwość współpracy z kasami fiskalnymi,
- AG – możliwość współpracy z agregatami prądotwórczymi,
- COM – możliwość zdalnego monitorowania pracy UPS’a przez komputer,
- TEL – wyposażenie zasilacza w filtr linii telefonicznej
Celem tego opracowania jest ułatwienie potencjalnym użytkownikom UPSów wyboru najlepszych produktów dostępnych na rynku.
Wybór przez autora prezentowanych cech zasilaczy awaryjnych jako istotnych wynika z wieloletniej praktyki w tej dziedzinie. Opracowanie ma charakter popularyzatorski i nie pretenduje do ściśle technicznego opisu zagadnienia.