JAK DOBRAĆ ZASILACZ AWARYJNY UPS

      Dla znaczącej części użytkowników komputerów dobór zasilacza awaryjnego stanowi poważny problem. Dystrybutorzy zasilaczy awaryjnych, poza nielicznymi wyjątkami, wcale nie ułatwiają tego zadania. Na dobór zasilacza mają wpływ następujące elementy:
    Charakter obciążenia ma wpływ na to jaka część mocy całkowitej (pozornej) wyrażonej w VA stanowi moc czynną (czyli użyteczną) wykorzystywaną przez stanowisko komputerowe. Dla użytkownika, który zdobył podstawy z elektrotechniki sprawa wydaje się prosta, urządzenia elektryczne wnoszą obciążenie indukcyjne, pojemnościowe lub rezystancyjne. W przypadku zasilania urządzeń nie rezystancyjnych przebiegiem sinusoidalnym następuje przesunięcie prądu w stosunku do napięcia o pewien kąt Ø. Na rysunku 1 przedstawiono graficznie przebiegi napięcia i prądu z przewagą obciążenia indukcyjnego.

obciążenie indukcyjne

Rys. 1. Przebieg napięcia i prądu z przewagą obciążenia indukcyjnego.

Moc pozorna Pc pobierana przez obciążenie stanowi iloczyn wartości skutecznych prądu Isk i napięcia Usk. Moc czynna P jest pomniejszona o tzw. współczynnik mocy, który w tym przypadku równa się cosØ i wyrażona jest wzorem:

P = Isk Usk cosØ

W przypadku obciążeń rezystancyjnych współczynnik mocy równa się jeden czyli moc pozorna wyrażona w VA (voltamperach) jest równa mocy czynnej wyrażonej w W (watach). Przy obciążeniach komputerowych ma to miejsce wtedy, gdy zabezpieczane urządzenia komputerowe wyposażone są w układ korekcji współczynnika mocy. Popularne komputery nie posiadają takiego układu i wtedy przebieg prądu i napięcia wygląda jak na rysunku 2.

Prąd i napięcie D800M17

Rys. 2. Przebieg napięcia i prądu na obciążeniu komputerowym (Duron 800 z monitorem 17').

Z rysunku 2 wynika, że przebieg prądu przy obciążeniu komputerowym jest nieliniowy i znacznie odbiega od tego z rysunku 1. Pobór prądu ma charakter impulsowy a współczynnik szczytu tj. stosunek wartości maksymalnej do skutecznej jest większy od V2 (tj. wartości dla przebiegu sinusoidalnego). Stąd chwilowa wydajność prądowa zasilacza awaryjnego dla obciążeń (nieliniowych) komputerowych powinna być większa niż dla obciążeń (liniowych) niekomputerowych. Na rysunku 3 przedstawiono porównanie przebiegów prądów podbieranych przez żarówkę 320 W oraz zestawu komputerowego opartego na procesorze Duron 800 z monitorem 17'.

Żarówka 320 W i D800M17
Rys. 3. Przebieg prądu żarówki 320W i zestawu komputerowego (Duron 800 z monitorem 17').
       
        Jaką moc pobiera komputer? Z pomiarów Watomierzem (wartości rzeczywistej skutecznej - True RMS) wynika, że relatywnie nie dużą, potwierdzają to również czasy podtrzymania zasilania zasilacza awaryjnego pracującego z akumulatorów. Poniżej zestawiono przykładowe wyniki pomiarów.
       
           Tab.1.

          Komputer            
       Moc [W]       
       Moc [VA]    
Współczynnik mocy
C533M15'       
120W
160VA
0.75
C533M17'       
130W
190VA
0.68
D800M17'       
145W
200VA
0.73
A2000XPM17'
195W
260VA
0.75
Oznaczenia:
C533M15' - Komputer z procesorem Celeron 533 MHz i monitorem 15 cali.
C533M17' - Komputer z procesorem Celeron 533 MHz i monitorem 17 cali.
D800M17' - Komputer z procesorem Duron 800 MHz i monitorem 17 cali.
A2000XPM17' - Komputer z procesorem Athlon 2000 XP z monitorem 17 cali.

Nie wdając się w dalsze szczegółowe dywagacje, uwzględniając powyższe wywody na temat charakteru obciążenia korzystnie jest przyjąć, że moc zasilacza awaryjnego (wyrażona w Voltamperach) powinna być dwa razy większa niż moc (w  Voltamperach) zabezpieczanego zestawu komputerowego. Takie podejście zapewni dostateczny poziom bezpieczeństwa chronionego zestawu, nawet przy wykorzystaniu zasilaczy awaryjnych mniej renomowanych dostawców.          

            Tab.2.
       Komputer          
Moc komputera [VA]
     Moc UPS [VA]  
C533M15'
160VA
320VA
D800M17'
200VA
400VA
A2000XPM17'
260VA
520VA

            Oznaczenia:  jak w tabeli 1.

        Na czas podtrzymania zasilania przez UPS podczas awarii sieci zasilanjącej ma wpływ pojemonść zastosowanych w zasilaczu awaryjnym akumulatorów. Typowe zastosowania akumulatorów przedstawiają się następująco:
        - Akumulator 5Ah/12V stosowany jest w zasilaczach od 300VA do 500VA.
        - Akumulator 7Ah/12V stosowany jest w zasilaczach od 400VA do 700VA.
        - Akumulator 12Ah/12V stosowany jest w zasilaczach od 700VA do 1000VA podobnie jak 2 x 5Ah/12V.
        - Akumulatory 2 x 7Ah/12V stosowane są w zasilaczach od 700VA do 1400VA.
        - Akumulatory 2 x 12Ah/12V stosowane są w zasilaczach od 1200VA do 2000VA.
W zasilaczach UPS renomowanych marek stosuje się odpowiednio duże akumulatory przy małych mocach zasilaczy, w zasilaczach popularnych odwrotnie.

        Poniżej przedstawiono przykładowe charakterystyki czasu podtrzymania zasilania w funkcji obciążenia dla różnych pojemności akumulatorów.


Rys. 4. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS  z akumulatorem 5Ah/12V w funkcji obciążenia.

Akumulator 7Ah/12V
Rys. 5. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS  z akumulatorem 7Ah/12V w funkcji obciążenia.

Akumulator 12Ah/12V
Rys. 6. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS  z akumulatorem 12VAh/12V w funkcji obciążenia.

Akumulatory 2 x 5Ah/12V
Rys. 7. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS z akumulatorami  2 x 5Ah/12V w funkcji obciążenia.


Akumulatory 2 x 7Ah/12V
Rys. 8. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS z akumulatorami 2 x 7Ah/12V w funkcji obciążenia.

Akumulatory 2 x 12Ah/12V
Rys. 9. Czas pracy awaryjnej zasilacza UPS z akumulatorami 2 x 12Ah/12V w funkcji obciążenia.

        Przy pomocy prezentowanych wykresów - znając moc (czynną wyrażoną w [W]) zabezpieczanego zestawu komputerowego (Tab. 1.) oraz wyposażenie UPS w akumulatory - można oszacować czas podtrzymania zasilania podczas pracy awaryjnej.
        W tabeli 3 przedstawiono przykładowe zmierzone czasy podtrzymania zasilania komputerów podczas pracy awaryjnej zasilaczy awaryjnych wyposażonych w poszczególne typy akumulatorów.

                Tab.3.
KOMPUTER
CZAS  PRACY  AWARYJNEJ  UPS  Z  AKUMULATORAMI
 5Ah/12V  
 7Ah/12V  
 12Ah/12V
2x5Ah/12V
2x7Ah/12V
2x12Ah/12V
C533M15'
15 min
20 min
41 min
33 min
52 min
92 min
D800M17'
9 min
16 min
33 min
28 min
42 min
68 min

            Oznaczenia:  jak w tabeli 1.