UPS-enhed: formål og specifikation for arbejdet med en husholdnings-UPS

For at holde apparaterne i drift under netværksfejl bruges en uafbrydelig strømforsyning. Afhængigt af typen af tilsluttede enheder og parametrene for elektricitet skal man vælge forskellige modeller. Disse enheder er efterspurgte, så det er nemt at købe en model med de ønskede specifikationer.

Men før købet bør man selv sætte sig ind i dets funktioner, og ikke overlade dette spørgsmål til salgsinteresserede medarbejdere.

I denne artikel vil vi gennemgå opbygningen og funktionerne af en UPS, samt fortælle om reglerne for dens brug.

Kredsløb for AC UPS'er

Til husholdningsformål bruges uafbrydelige strømforsyningsenheder, der tilsluttes et enfaset 220 V net, og som i nogen tid ved strømsvigt kan forsyne enheder, der kræver samme spænding.

Der findes også UPS'er, der er tilsluttet et trefaset net på indgangen, og på udgangen giver de enten 380 V eller 220 V. De er dog dyre og bruges, når man har brug for en autonom effekt fra 10 kVA, hvilket ikke er nødvendigt til husholdningsformål.

AC UPS'er til husholdningsbrug opdeles efter funktionsprincip i følgende typer:

• backup (offline);
• interaktive (line-interactive);
• dobbeltkonvertering (online).

De adskiller sig i kvaliteten af udgangsspændingen og prisen. De billigste er backup, og de dyreste er dobbeltkonvertering.

Det enkleste backup-strømforsyningskredsløb inkluderer et skifterelæ og passiv filtrering til at undertrykke støj

Til at omdanne vekselstrøm til jævnstrøm i laderen bruges en ensretter. Den omvendte konvertering sker ved hjælp af en inverter.

I UPS'er bruges der normalt almindelige elektromekaniske relæer til at skifte kredsløbet fra net til batteri. Hvis denne del er af god kvalitet, holder den i hele UPS'ens levetid. Men oftest, når enheden går i stykker, ligger problemet netop i dette konstruktionselement.

Den interaktive topologi adskiller sig fra standby ved at have en spændingsstabilisator. Den er udført som en typisk autotransformer med direkte forbundne viklinger.

Spændingsstabilisering findes også i mange husholdningsapparater, så hvis afvigelserne er små, er der ingen mening i at købe en dyrere linje-interaktiv model.

Tilstedeværelsen af en transformer tvinger ofte producenten til at bruge tvungen køling, så sådanne UPS'er er udstyret med køleventilatorer. De afgiver støj, der i intensitet kan sammenlignes med en computers systemenhed.

I online-topologi forsynes inverteren kontinuerligt fra batterier. Derfor, når der opstår fejl i elnettet, er omskiftningstiden til backup-strøm nul.

De mest komplekse og dyre dobbeltkonverteringsenheder har også den laveste virkningsgrad. Elektrisk energi går tabt som varme, som enheden udstråler. Derfor skal deres anvendelse begrundes.

Den mest betydningsfulde fordel ved denne type UPS er den øjeblikkelige reaktion på strømafbrydelse. Men for de fleste husholdningsapparater er dette ikke så vigtigt. Computere er normalt udstyret med standby- eller interaktive UPS-typer.

De mest vigtige parametre

Der er mange tilbud på markedet for husholdnings-uafbrudte strømforsyninger. For at bestemme deres formål korrekt og ikke begå en fejl i valget, skal du forstå, hvilke parametre du skal være opmærksom på først.

Grundlæggende tekniske specifikationer

Udgangseffekten for enheden bestemmer den maksimale tilladte værdi, som enheden kan levere garanteret til forbrugeren. Den måles i volt-ampere (VA). For brugernes bekvemmelighed angives denne værdi ofte og i watt.

For at måle belastningen af enheder kan du enten bruge et amperemeter eller beregne det ved hjælp af aflæsningerne fra måleren installeret i lejligheden.

Du kan måle det forbrugte elektriske energi ved hjælp af et husholdningsamperemeter (wattmeter) med en stikkontakt. Den tilsluttede enhed skal skiftes til maksimalt forbrugstilstand.

Ved bestemmelse af computerens reelle effekt bør man ikke lade sig styre af strømforsyningens mærkeeffekt, da den altid købes med en margin.

Hvis der ikke er et amperemeter, skal du udføre følgende trin:

1. Afbryd alle kredsløb i tavlen undtagen det, der forsyner computeren.
2. Afbryd alle enheder i dette kredsløb.
3. Tænd computeren og kør et typisk program på den (f.eks. en YouTube-video).
4. Vent, indtil måleren ændrer værdien af en tiendedel af en kilowatt.
5. Notér tiden indtil næste ændring.

Det gennemsnitlige strømforbrug (P, watt) over denne periode (t, minutter) kan beregnes med formlen:

P = 100 * (60 / t)

Den næste vigtige egenskab er driftstiden på batteri. Denne værdi afhænger af den belastning, som UPS'en oplever på det aktuelle tidspunkt. Ved maksimal effekt holder batterierne i et husholdningsapparat 1-3 minutter. Ved halv effekt varer de meget længere (op til 10 minutter).

Af grafen over batteritidens afhængighed af den gennemsnitlige belastning ses, at denne afhængighed er ikke-lineær. Dette skyldes den måde, batterierne aflades på.

Heraf kan drages to konklusioner:

• ved strømsvigt skal belastningen fra apparater reduceres så meget som muligt;
• det er ønskværdigt at anskaffe en UPS med en effekt, der er mindst 30 % højere end den beregnede.

Indgangsspændingsområdet viser den mindste og største tilladte netspænding, uden at der sker skift til batteridrift. Som regel tåler alle UPS'er et interval på 180-260 V.

Hos nogle producenter kan man finde meget gode (reklamemæssige) specifikationer, f.eks. en nedre værdi på 110 V. Her skal man sikre sig, at disse tal faktisk gælder for maksimal belastning og ikke for halv belastning.

En anden vigtig teknisk specifikation er støjniveau. UPS'er med line-interaktiv eller online-teknologi afgiver meget varme, så producenterne installerer ventilatorer. Hvis kølerne er billige, vil de med tiden begynde at brumme, hvilket er uønsket i en bolig.

Interface og konfiguration

Enhedernes udseende kan variere meget. De har typisk en klassisk rektangulær form med indikatorer eller display på forsiden og strømstik på bagsiden. Antallet er ikke så vigtigt, da man kan tilslutte en stikdåse med flervejsstik. Det strider ikke mod UPS-konceptet.

Modellen kan have et LCD-display, der viser status for strømforsyningen til tilsluttede apparater: strømtilstedeværelse, antal forbrugere, batteriniveau osv.

Indikatorsystemet gør udstyret billigere. Derudover er det mere praktisk. Hvis man har brug for at kende visse parametre, har mange modeller en funktion til tilslutning til en computer.

For at få oplysninger om strømforsyning, UPS-batteriets tilstand og hvordan det fungerer, kan man tilslutte det til en computer. Mange modeller understøtter denne funktion, og der findes software til det.

Der findes tre primære grænsefladetyper:

• USB. Den mest almindelige forbindelse mellem computer og UPS.
• RS-232 (COM-port). Findes sjældent i husholdningsmodeller.
• Ethernet 10/100. Bruges til fjernbetjening af UPS'en.

Software til indhentning af specifikationer fra UPS og dets styring er udviklet ikke kun til forskellige versioner af Windows. For eksempel hos den kendte producent Powercom findes der en Android-version af softwaren, der gør det muligt at overvåge strømstatus på afstand og om nødvendigt justere UPS'ens drift.

Softwaren gør det muligt at overvåge de vigtigste strømnets specifikationer, såsom indgangs- og udgangsspænding, frekvens. Man kan også se batteriladningen og enhedens temperatur.

UPS'er placeres i umiddelbar nærhed af de beskyttede strømforbrugere. De stilles normalt på gulvet eller på hylder. Nogle modeller har monteringsbeslag, så de kan monteres på vægge.

Kvalitet af udgangsstrøm

Uafbrydelige strømforsyninger skal levere strøm af passende kvalitet. Ved batteridrift står inverteren for dette, og ved netstrøm skal filtre og stabilisator udjævne problematiske forhold. De forstyrrelser, der opstår i strømkretsen, har forskellig oprindelse og konsekvenser for elektronikken. Derfor er det vigtigt at sætte sig grundigt ind i dette emne.

Netværksstøj og beskyttelse

Alle moderne UPS'er er udstyret med beskyttelse mod problemer, der opstår fra de tilsluttede apparater. Hvis den samlede belastning overstiger den maksimalt tilladte, eller der opstår en kortslutning, vil UPS'en straks afbryde strømmen.

Forstyrrelser i nettet kan opdeles i frekvens- og impulsforstyrrelser. De første er mindre farlige, især for strømforsyninger til computere eller tv, der omdanner vekselstrøm til jævnstrøm. De sidstnævnte kan forårsage problemer for enhver elektronik.

Derfor er de fleste UPS'er udstyret med beskyttelse mod impulser og harmoniske svingninger ved hjælp af varistorer og højfrekvensfiltre.

Fjernelse af forstyrrelser på linjen sker i to faser. Først afskærer varistorerne højfrekvensimpulser, derefter udjævner filteret små spring.

Problemet med højspændingsimpulser er ikke kun karakteristisk for strømkabler, men også for datanetværk – computer- eller telefonnetværk. De kan opstå på grund af atmosfærisk elektricitet, gennemslag i nærliggende ledninger, elektrisk induktion og andre årsager.

Mange producenter fremstiller modeller med mulighed for beskyttelse af det lokale netværk. Til dette formål har UPS'en to RJ-45-stik – ét til indgang og ét til udgang. Signalet går gennem et filter, der undertrykker spændingsspidser. For telefonlinjer er systemet det samme, men stikkene har formatet RJ-11.

Lav og høj spænding

Spændingsregulering sker via en automatisk spændingsregulator (AVR), hvis hovedelement er en autotransformator. Dens funktionsprincip er baseret på ændring af antallet af vindinger i en af viklingerne, hvilket resulterer i en stigning eller et fald i spændingen.

Tilstedeværelsen af AVR i UPS'en gør det muligt ikke at aktivere den uafhængige tilstand hver gang, når spændingen afviger lidt fra normen. Dette forlænger batteriernes levetid betydeligt.

Professionelle multimetre, såsom CEM DT 9909, kan optage spændingsværdier over lang tid. Brug af en sådan enhed kan hjælpe med at vælge en stabilisator eller UPS.

I henhold til GOST 29322-2014 er en 10% spændingsafvigelse fra referenceværdien tilladt i højst 1 time. Alle moderne UPS'er med regulatorer kan håndtere sådanne udsving.

Rent signal på udgangen

Typen af udgangssignal afhænger af den invertermodel, der er installeret i UPS'en. Ideelt set bør vekselspændingskurven være en sinusbølge. Men efter konvertering gennem inverteren får den en trinvis form.

Jo flere trin i kurven for øjeblikkelig spænding over tid, desto bedre er kvaliteten af vekselstrømmen. For nogle enheder er dette vigtigt.

Til udstyr, der indeholder asynkronmotorer (køleskab, aircondition), transformatorstrømforsyninger (kvalitetslydudstyr), APFC-strømforsyninger (servere og kraftfulde computere), kræves en ren eller godt tilnærmet sinusbølge.

Ingen inverter, og dermed heller ikke nogen UPS, udsender en ren sinusbølge, uanset hvad udstyrsproducenter skriver i deres reklamebrochurer. Tilnærmelsen af udgangssignalet til en sinusbølge vurderes via den totale harmoniske forvrængning (THD).

Signalet fra enheden kan betragtes som sinusformet, når THD < 5%. Hos nogle modeller, f.eks. IMV NetPro 2000, er dette tal kun 2%.

Regler for brug af UPS

Når du køber en UPS til at organisere backup-strømforsyning, er det nødvendigt at forstå, hvilke enheder den kan bruges sammen med. Nogle gange er det ikke nok med kun en UPS, og der skal træffes yderligere foranstaltninger for at sikre elektricitet i hjemmet.

Tilslutning af husholdningsapparater

Computere, modemer, routere, video- og lydudstyr er typiske hjemme- eller kontorenheder, som tilsluttes UPS'er. Hvis dette udstyr indeholder almindelige switchede strømforsyninger, er det tilstrækkeligt at købe relativt billige modeller, der ikke producerer en ren sinusbølge.

Moderne modeller er kompakte og har et tiltalende design, der harmonisk indgår i stueinteriøret sammen med andet udstyr.

Til belysning behøver man heller ikke købe dyre produkter. Her er det vigtigste at beregne den maksimale effekt og autonomitiden korrekt.

Ved hyppige strømafbrydelser er problemet med uplanlagt optøning af køleskabe og fordærvelse af madvarer aktuelt. Ved beskyttelse af sådant udstyr med asynkronmotorer vil der være brug for UPS'er af mere kompleks konstruktion, da der kræves et “rent” sinusformet signal.

Derudover skal man tage højde for startstrømme, der opstår ved motorstart. Forenklet kan deres størrelse for køleudstyr bestemmes ved at gange effektværdien med 5.

Hvis der f.eks. er et køleskab med en samlet effekt på 300 W (ved start – 1500 W) og en fryser på 200 W (ved start – 1000 W), så har man brug for en strømforsyning med ren sinus og en maksimal effekt på mindst 1700 W. Denne værdi er opnået for det tilfælde, at fryseren kører, og samtidig tænder køleskabet. Samtidig start af begge motorer er usandsynlig, og en sådan UPS kan klare et et-sekunds udsving på 2,7 kW.

En UPS af online-typen med en maksimal effekt på 2000 W kan arbejde i omkring en halv time ved et samlet forbrug på 500 W. Da kølecyklussen varer omkring 5 minutter, vil UPS'en garanteret være nok til 6 starter af begge enheder.

I private huse og sommerhuse er det også relevant at bruge UPS til at understøtte varmesystemer med tvungen cirkulation. Pumperne har også brug for ren sinus.

UPS'er bruges også aktivt til drift af gasvarmekedler. I betragtning af prisen på det tilsluttede udstyr bør man ikke spare på kvaliteten af UPS'en i dette tilfælde.

Backup og ekstra strømforsyning

For mange husholdningsapparater er det umuligt at vælge en billig UPS, da der vil være behov for betydelig maksimal effekt i en længere periode med autonom drift. Vaskemaskiner, elektriske ovne, systemer til distribueret aircondition bruger meget strøm.

Man kan selvfølgelig undvære disse enheder under strømafbrydelser. Dette er hensigtsmæssigt, hvis sådanne afbrydelser forekommer sjældent og i kort tid. Men hvis man alligevel beslutter at forsyne store forbrugere med autonom strøm, er det bedre at bruge en benzin- eller dieselgenerator. Til hurtig start ved spændingssvigt anvendes et automatisk reserveindkoblingssystem (ARI).

Hvis der er en ekstra strømkilde, bør man stadig bruge UPS, i det mindste til computere. Det er umuligt at opnå øjeblikkelig start af generatoren og genoprettelse af strømforsyningen.

Stabilisering af lav spænding

Problemet med lavspænding er relevant for objekter tilsluttet gamle eller svage elnet. Hvis en sådan situation opstår konstant, er det bedre at bruge en indgangs-stabilisator.

Med en stabilisator vil spændingen i husets interne net blive bragt til normale værdier. Dette vil også påvirke apparater, der ikke er tilsluttet UPS'en

Ved lav spænding stiger strømstyrken i husets interne net. Lad os f.eks. sige, at den samlede effekt af forbrugere tilsluttet UPS'en er 1,5 kW, og den tilførte spænding er 190 V.

Så ifølge Ohms lov:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – strømstyrken i kredsløbet før UPS'en uden stabilisator;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – strømstyrken i kredsløbet før UPS'en med stabilisator.

Således vil husets interne net uden stabilisator opleve en øget belastning, hvilket måske ikke var taget i betragtning ved valg af ledningstværsnit.

Derfor er det bedre at installere en stabilisator ved konstant lav spænding. I dette tilfælde vil belastningen på UPS'ens autotransformator også være mindre, hvilket forlænger dens levetid. Desuden, i betragtning af spændingsudjævning, kan man købe billigere UPS-enheder.

Uafbrydelig strømforsyning til DC-forbrugere

For nogle apparater skal der sikres afbrydelsesfri strømforsyning med jævnspænding på 12, 24 eller 48 V. UPS'er af denne type findes også i handlen. De er mærket med forkortelsen “DC”. Enheder med spænding på 60, 110 eller 220 V findes også, men de bruges i industri eller energisektoren.

Forskellen på jævnstrøms-UPS'er i den interne konstruktion i forhold til klassiske modeller er manglen på en inverter. Batterierne tilsluttes direkte til udgangen via en kontaktor med en strømbegrænsende måleshunt for at forhindre uacceptabel dyb afladning af batterierne.

Nogle gange kan der være en stabiliserende konverter på udgangen, hvis apparaterne, der forsynes fra UPS'en, er følsomme over for små spændingsudsving.

Sammen med spændingsomformere kan en jævnstrøms-UPS på 48 W forsyne et videoovervågningssystem med en perimeter på op til 1 km

Sådanne reserve-strømkilder bruges til at beskytte følgende husholdningsudstyr, der kører på jævnstrøm:

• videoovervågningssystemer og sikkerhedssystemer;
• forskellige sensorer (lækage, røg, brand, bevægelse osv.);
• belysningssystemer;
• telekommunikationsapparater;
• kommunikationssystemer;
• komponenter til styresystemet “smart home”.

Mange jævnstrøms-UPS'er har mulighed for tilslutning af eksterne batterier. I dette tilfælde kan den autonome drift af de apparater, de betjener, være meget lang.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Kort om de vigtigste egenskaber ved UPS'er til husholdning:

Mangfoldigheden af UPS-typer og deres egenskaber er en konsekvens af de forskellige brugsbetingelser: strømstyrke og type tilsluttet udstyr, parametre og typiske problemer i det specifikke elnet. En UPS er typisk ikke den dyreste komponent i systemet, men den bestemmer systemets stabilitet. Derfor skal man fastlægge driftsbetingelserne og nøje vælge model.

Har du stadig spørgsmål om artiklen? Eller kan du tilføje interessante oplysninger om UPS? Skriv venligst dine kommentarer, stil spørgsmål og del din erfaring i boksen nedenfor.