Zasilacz awaryjny

Zasilacz UPS

Zasilacz UPS

Zasilacz awaryjny, zasilacz bezprzerwowy, zasilacz UPS (ang. Uninterruptible Power Supply - Nieprzerywalne Zasilanie Energii) – urządzenie albo system, którego funkcją jest nieprzerwane zasilanie innych urządzeń elektrycznych albo elektronicznych.

Ten typ zasilacza wyposażony jest najczęściej w akumulator, oraz w przypadku przerwy albo zakłóceń dostawy energii elektrycznej z sieci energetycznej urządzenie przełącza się na pracę z akumulatora. Czas podtrzymania napięcia wynosi od kilku minut do kilkudziesięciu godzin oraz zależy m.in. od obciążenia zasilacza oraz pojemności akumulatora.

Urządzenia tego typu stosowane są najczęściej do zasilania komputerów, a zwłaszcza serwerów. Dzięki ich zastosowaniu, w przypadku awarii zasilania zmniejsza się ryzyko utraty danych znajdujących się aktualnie w pamięci operacyjnej komputera, a nawet uszkodzenia urządzeń pamięci masowej. Urządzenia typu UPS znajdują także zastosowanie w przypadku konieczności bezawaryjnej pracy innych urządzeń, np. urządzeń medycznych.

W przypadku współpracy urządzeń typu UPS z komputerami, serwerami albo całymi sieciami komputerowymi UPS może sygnalizować występujące problemy z zasilaniem. Serwery oraz inne urządzenia potrafią reagować na takie sygnały automatycznym zamykaniem systemu operacyjnego. Możliwa jest także stała kontrola parametrów zasilania. W pierwszych zasilaczach komunikację zapewniał prosty cyfrowy interfejs z kartą do slotu ISA, najczęściej umożliwiający sygnalizację ładowania akumulatorów oraz braku zasilania sieciowego. Komunikacja z innymi urządzeniami przebiega się przy pomocy interfejsu szeregowego RS-232 w starszych urządzeniach, nowsze urządzenia komunikują się przez sieć komputerową albo nowszą wersję interfejsu szeregowego – USB.

Zasilacze bezprzerwowe dostarczają najczęściej jednofazowego napięcia 230 V, zdarzają się też zasilacze trójfazowe 400 V. Czasami w przypadku dużych mocy oraz długiego działania akumulatory są wspomagane przez spalinowe agregaty prądotwórcze. Zasilacze dużych mocy stosowane są jako rozwiązania zasilające całe budynki albo kondygnacje wymagające takiego zabezpieczenia. Niejednokrotnie jest separacja galwaniczna. W takim wypadku wszystkie urządzenia objęte zabezpieczeniem zasilane są z wydzielonego zasilania niewrażliwego na warunki zewnętrzne, w tym wyładowania atmosferyczne oraz zaniki napięcia. Najczęściej takim zasilaniem objęte są serwerownie, jednostki rządowe, pomieszczenia intensywnej opieki medycznej oraz sale operacyjne. Przeważajaca ilość nowoczesnych UPS-ów dopuszcza tzw. zimny start, czyli wymuszenie pracy akumulatorowej bez podłączania UPS-a do sieci zasilającej.

Moc zasilacza bezprzerwowego podawana jest jako moc pozorna mierzona w VA. Do zabezpieczenia stacji roboczych wystarczają zasilacze o mocy 300-500 VA (przy rozbudowanych stacjach roboczych bywają potrzebne zasilacze o mocy nawet ponad 1000-1200 VA), natomiast serwery wymagają dużo większych mocy od 500 VA do mocy liczonych w dziesiątkach tysięcy VA.

Przed zbudowaniem tranzystorowych przetwornic mocy, podobną rolę pełniła przetwornica wirowa z kołem zamachowym. Silnik zasilany z sieci energetycznej napędzał prądnicę zasilającą ośrodek obliczeniowy. Po zaniku napięcia prądnica była napędzana energią zgromadzoną w kole zamachowym. Dodatkowo przetwornica stabilizowała napięcie.

Typy UPS

Online

Całkowicie odseparowuje on układ podłączony na wyjściu od napięcia wejściowego, działa na zasadzie podwójnego przetwarzania, zmienne napięcie sieciowe przetwarzane jest na napięcie stałe w układzie prostownikowym, a następnie z tego stałego napięcia w układzie falownikowym jest wytwarzane napięcie zmienne. Układ taki zapewnia stabilne napięcie na wyjściu, prawie całkowicie odporne na zakłócenia oraz zaniki napięcia wejściowego. Wadą tego rozwiązania jest większy ciężar urządzenia oraz jego wyższy koszt z uwagi na konieczność użycia transformatora sieciowego dużej mocy oraz wydajnego prostownika oraz falownika. Wszystkie te elementy muszą być obliczone do pracy ciągłej z pełną mocą. Energia przechodząca przez transformator sieciowy prawie w całości zasila falownik. Tylko niewielka jej cząstka doładowuje akumulator. W razie zaniku napięcia sieciowego falownik będzie nadal zasilany z akumulatora, bo cały czas jest do niego podłączony. Działanie układu jest zatem natychmiastowe oraz bez zakłóceń na wyjściu. Podstawowym zastosowaniem jest zasilanie urządzeń w warunkach dużych zakłóceń napięcia wejściowego. Ten typ UPS-a sporadycznie stosuje się przy mocach poniżej 750VA, a prawie stale powyżej 5000VA^[1].

Zalety

• Bardzo duża odporność na zakłócenia napięcia wejściowego.
• Brak jakiejkolwiek przerwy w napięciu wyjściowym.
• Wbudowany układ do poprawy współczynnika mocy^[1].

Wady

• Straty energii przy pracy sieciowej, a w związku z tym:
  • Mniejsza trwałość na skutek wyższej temperatury pracy.
  • Wyższy koszt eksploatacji.
  • Konieczność dodatkowego chłodzenia.
• Hałas stale pracującego falownika.
• Wysoki koszt początkowy (więcej części).

Offline

  W Wikimedia Commons leżą multimedia związane z tematem:
Zasilacz awaryjny

Urządzenie podłączone do tego UPS-a zasilane jest bezpośrednio z sieci, zaś akumulatory są – w razie potrzeby – automatycznie podładowywane niewielkim prądem. W czasie normalnej pracy sieciowej zasilany jest zaledwie układ sterowania, co minimalizuje straty energii. Napięcie zasilania jest cały czas monitorowane oraz w razie jego zaniku, zbytniego obniżenia albo podwyższenia układ sterowania (po czasie 2–10 ms) odłącza zasilanie z sieci oraz UPS przechodzi w stan pracy akumulatorowej. Pracę rozpoczyna falownik, który przekształca napięcie stałe z akumulatora w napięcie zmienne, podawane na wyjście.
Układ sterowania zapewnia synchronizację fazową falownika z siecią zasilającą. Synchronizacja taka jest bardzo cenna, ze względu na dużo niższe zakłócenia oraz przerwy napięcia wyjściowego w momencie przełączania z pracy sieciowej na akumulatorową oraz odwrotnie. Przy jej braku mogłoby się zdarzyć, że zanik napięcia nastąpiłby np. przy początku górnej połówki sinusoidy na wejściu, a falownik dawałby na wyjściu akurat początek dolnej połówki. Wówczas – nawet przy natychmiastowym przełączeniu na pracę akumulatorową – na wyjściu pojawiłyby się kolejno dwie ujemne połówki sinusoidy (zakładając, że falownik daje na wyjściu sinusoidę, co zdarza się sporadycznie – najczęściej jest to przebieg prostokątny). W najgorszym przypadku do opóźnienia przekaźnika mogłoby się dodać opóźnienie wynikające z nieodpowiedniej fazy startu falownika, a więc dodatkowe 10ms (przy 50 Hz). Ten typ UPS-a jest powszechnie stosowany do zabezpieczania domowych komputerów. Powyżej 5000VA stosuje się go rzadko^[1].

Zalety

• Niewielkie straty energii przy pracy sieciowej, a w związku z tym:
  • Większa trwałość na skutek niskiej temperatury pracy.
  • Niski koszt eksploatacji.
• Falownik hałasuje tylko w trybie awaryjnym.
• Mniejsza ilość części zwiększa niezawodność.
• Niski koszt początkowy (mało części).

Wady

• Zakłócenia napięcia wejściowego są obecne także na wyjściu.
• Opóźniona reakcja po zaniku napięcia (kilka milisekund). (Jeśli wyjście UPS-a podłączone jest do zasilacza impulsowego to przerwa do 10ms nie ma znaczenia, albowiem obecne standardy wymagają utrzymanie napięcia wyjściowego przynajmniej 10ms przez każdy zasilacz impulsowy, a w praktyce czas ten wynosi 18ms.)^[1]
• Wprowadzanie zakłóceń napięcia wyjściowego w trakcie przełączania trybu pracy.

Line-interactive

Takie oznaczenie sugeruje, że jest to ulepszony typ Offline, który ma jedną z następujących cech:

• Wykorzystanie transformatora falownika zarówno w pracy akumulatorowej jak oraz do doładowywania akumulatora w czasie pracy sieciowej.
• Stabilizację napięcia wyjściowego w trakcie pracy sieciowej – zob. typ Line-interactive AVR.
  

Czasem oznaczenie to jest nadużywane oraz oznacza zaledwie synchronizację fazową falownika z siecią zasilającą, a czasem oznacza zwykły UPS typu Offline^[1].

Line-interactive AVR

Jest to ulepszony typ Offline. AVR to skrót od Automatic Voltage Regulator. Tłumacząc dosłownie otrzymamy "interaktywny z linią stabilizator napięcia". Zamiast klasycznego transformatora sieciowego zastosowano autotransformator z wieloma odczepami po stronie sieci zasilającej, dzięki czemu w razie ciągłej nadwyżki albo obniżki napięcia zasilania UPS może dowolnie długo utrzymywać nominalne napięcie na wyjściu bez przechodzenia do pracy akumulatorowej. Układ sterowania dobiera wówczas odpowiedni odczep uzwojenia aby skompensować różnicę napięcia. W czasie przełączania z jednego odczepu na odmienny następuje jednak krótki zanik napięcia na wyjściu, co dyskwalifikuje ten typ UPS-a do poniektórych zastosowań.

Bardziej zaawansowane konstrukcje (wszystkich typów) są w stanie dostarczyć do centrum monitorowania informacji na temat swojego stanu pracy. W przypadku zaniku napięcia wejściowego może np. wysłać komunikat powiadamiający poprzez SNMP. W przypadku prac serwisowych da się zdalnie sprawdzić stan urządzenia, np. poziom naładowania baterii, stan baterii, itp. Zaawansowane UPS-y posiadają możliwość podłączenia do sieci Ethernet, posiadają własny adres IP, poprzez który da się się zalogować do interfejsu zarządzania poprzez http, https, telnet albo ssh. Starsze UPS-y posiadają możliwość podłączenia się do nich poprzez interfejsy szeregowe, np. USB, RS-232 albo RS-485.

Programy zarządzające

• Microsoft Windows
  • Powerchute
• Linux
  • nut
  • apcupsd

Sprawdź też

• system zasilania awaryjnego

Bibliografia

Przemysław Lisowski: Zasilacze awaryjne UPS. [dostęp 2010-10-31].

Przypisy