Kesintisiz güç kaynağı - Uninterruptible power supply

Tek bir kule tipi UPS IEC 60320 C14 giriş ve üç C13 çıkışları
Elektrikçiler tarafından kurulan büyük bir veri merkezi ölçeğinde UPS

Bir kesintisiz güç kaynağı ya da kesintisiz bir güç kaynağı ( UPS ) giriş gücü kaynağı veya bir yüke acil güç sağlayan bir elektrik aparatı olup ana güç başarısız olur. Bir UPS , akülerde, süper kapasitörlerde veya volanlarda depolanan enerjiyi sağlayarak giriş gücü kesintilerine karşı neredeyse anlık koruma sağlaması bakımından bir yardımcı veya acil durum güç sisteminden veya yedek jeneratörden farklıdır . Çoğu kesintisiz güç kaynağının pille çalışma süresi nispeten kısadır (yalnızca birkaç dakika), ancak beklemedeki bir güç kaynağını başlatmak veya korunan ekipmanı uygun şekilde kapatmak için yeterlidir. Bir tür sürekli güç sistemidir .

Bir UPS tipik olarak , beklenmedik bir güç kesintisinin yaralanmalara, ölümlere, ciddi iş kesintilerine veya veri kaybına neden olabileceği bilgisayarlar , veri merkezleri , telekomünikasyon ekipmanı veya diğer elektrikli ekipman gibi donanımları korumak için kullanılır . UPS birimlerinin boyutları, video monitörü olmayan (yaklaşık 200 volt-amper değeri) tek bir bilgisayarı korumak için tasarlanmış birimlerden tüm veri merkezlerine veya binalara güç sağlayan büyük birimlere kadar değişir. Fairbanks, Alaska'da bulunan dünyanın en büyük UPS'si olan 46 megavatlık Batarya Enerji Depolama Sistemi (BESS), kesintiler sırasında tüm şehre ve yakındaki kırsal topluluklara güç sağlıyor.

Yaygın güç sorunları

Herhangi bir UPS'nin birincil rolü, giriş güç kaynağı arızalandığında kısa süreli güç sağlamaktır. Bununla birlikte, çoğu UPS birimi, yaygın şebeke gücü sorunlarını değişen derecelerde düzeltme yeteneğine de sahiptir:

  1. Gerilim yükselmesi veya sürekli aşırı gerilim
  2. Giriş voltajında anlık veya sürekli azalma
  3. Gerilim sarkması
  4. Genellikle yakındaki ekipman tarafından hatta enjekte edilen yüksek frekanslı geçici veya salınım olarak tanımlanan gürültü
  5. Şebeke frekansının kararsızlığı
  6. Hat üzerinde beklenen ideal sinüzoidal dalga biçiminden bir sapma olarak tanımlanan harmonik bozulma

Bazı UPS birimleri üreticileri, ele aldıkları güçle ilgili sorunların sayısına göre ürünlerini sınıflandırır.

Bir UPS birimi, elektrik gücü kalitesiyle ilgili sorunlar da ortaya çıkarabilir . Bunu önlemek için bir UPS sadece kapasiteye göre değil aynı zamanda sağlanan ekipmanın ihtiyaç duyduğu güç kalitesine göre seçilmelidir.

teknolojiler

Modern UPS sistemlerinin üç genel kategorisi çevrim içi , hat etkileşimli ve beklemedir :

  • Çevrimiçi bir UPS, AC girişini kabul etmek , şarj edilebilir pilden (veya pil dizilerinden) geçmek için DC'ye doğrultmak ve ardından korunan ekipmana güç sağlamak için 120 V/230 V AC'ye geri çevirmek için "çift dönüştürme" yöntemini kullanır .
  • Hat etkileşimli UPS, invertörü hatta tutar ve güç kesildiğinde akünün DC akım yolunu normal şarj modundan besleme akımına yönlendirir.
  • Bekleme ("off-line") bir sistemde, yüke doğrudan giriş gücünden güç sağlanır ve yedek güç devresi yalnızca şebeke gücü kesildiğinde çalıştırılır.

Bir kilo volt-amperin (1 kVA) altındaki çoğu UPS , genellikle daha az pahalı olan hat etkileşimli veya bekleme türündedir.

Büyük güç üniteleri için bazen dinamik kesintisiz güç kaynakları (DUPS) kullanılır. Şebekeye bir jikle ile senkron motor/alternatör bağlanır . Enerji bir volanda depolanır . Şebeke gücü kesildiğinde, girdap akımı düzenlemesi, volanın enerjisi tükenmediği sürece yük üzerindeki gücü korur. DUPS bazen kısa bir gecikmeden sonra açılan bir dizel jeneratör ile birleştirilir veya entegre edilir ve bir dizel döner kesintisiz güç kaynağı (DRUPS) oluşturur.

Hydrogenics şirketi tarafından, bir güç kaynağı olarak hidrojen ve bir yakıt hücresi kullanılarak, potansiyel olarak küçük bir alanda uzun çalışma süreleri sağlayan bir yakıt hücreli UPS geliştirildi.

Çevrimdışı/bekleme

Çevrimdışı/bekleme UPS: Yeşil çizgi, elektrik gücünün akışını gösterir. Tipik koruma süresi: 5–20 dakika. Kapasite genişletme: Genellikle mevcut değildir.

Çevrimdışı/bekleme UPS, yalnızca en temel özellikleri sunarak aşırı gerilim koruması ve pil yedeklemesi sağlar. Korunan ekipman normalde doğrudan gelen şebeke gücüne bağlanır. Gelen voltaj önceden belirlenmiş bir seviyenin altına düştüğünde veya üzerine çıktığında UPS, dahili bir aküden güç alan dahili DC-AC invertör devresini açar. UPS daha sonra bağlı ekipmanı mekanik olarak DC-AC invertör çıkışına geçirir. Yedek KGK'nın kayıp şebeke voltajını algılaması için geçen süreye bağlı olarak geçiş süresi 25 milisaniye kadar uzun olabilir. UPS herhangi sakıncalı daldırma veya olmadan, böyle bir kişisel bilgisayar gibi, güç belirli ekipmana dizayn edilecektir brownout o cihaza.

Hat etkileşimli

Hat etkileşimli UPS: Yeşil hat, elektrik gücünün akışını gösterir. Tipik koruma süresi: 5-30 dakika. Kapasite genişletme: birkaç saat.

Hat etkileşimli UPS, çalışma açısından yedek bir UPS'e benzer, ancak çok kademeli değişken voltajlı bir otomatik transformatörün eklenmesiyle . Bu, güçlendirilmiş tel bobinlerini ekleyebilen veya çıkarabilen, böylece manyetik alanı ve transformatörün çıkış voltajını artıran veya azaltan özel bir transformatör türüdür. Bu aynı zamanda , bir ototransformatörden farklı olan bir buck-boost transformatörü tarafından da gerçekleştirilebilir , çünkü ilki galvanik izolasyon sağlamak için kablolanabilir .

Bu UPS türü , sınırlı yedek pil gücünü tüketmeden sürekli düşük voltaj kesintilerini ve aşırı voltaj dalgalanmalarını tolere edebilir . Bunun yerine, otomatik transformatörde farklı güç musluklarını otomatik olarak seçerek telafi eder. Tasarıma bağlı olarak, ototransformatör musluğunun değiştirilmesi çok kısa bir çıkış gücü kesintisine neden olabilir, bu da güç kaybı alarmı ile donatılmış UPS'lerin bir an için "cıvıltısına" neden olabilir.

Bu, zaten dahil olan bileşenlerden yararlandığı için en ucuz UPS'lerde bile popüler hale geldi. Hat voltajı ile akü voltajı arasında dönüştürme yapmak için kullanılan ana 50/60 Hz transformatörün iki biraz farklı dönüş oranı sağlaması gerekir: Biri akü çıkış voltajını (tipik olarak 12 V'un katları) hat voltajına dönüştürmek için ve ikincisi dönüştürmek için hat voltajından biraz daha yüksek bir akü şarj voltajına (14 V'un katları gibi). İki voltaj arasındaki fark, bir pili şarj etmek için bir delta voltajı gerektirmesidir (12 V'luk bir pili şarj etmek için 13–14 V'a kadar). Ayrıca trafonun hat voltajı tarafında anahtarlama yapmak, o taraftaki akımların daha düşük olması nedeniyle daha kolaydır.

Buck/boost özelliğini elde etmek için gerekli olan tek şey iki ayrı anahtardır, böylece AC girişi iki birincil kademeden birine bağlanırken yük diğerine bağlanır, böylece ana transformatörün birincil sargıları bir olarak kullanılır. ototransformatör. Akü, bir aşırı voltajı "artırırken" hala şarj edilebilir, ancak bir düşük voltajı "artırırken", transformatör çıkışı pilleri şarj etmek için çok düşüktür.

Ototransformatörler, çok çeşitli değişken giriş voltajlarını kapsayacak şekilde tasarlanabilir, ancak bu, daha fazla bağlantı gerektirir ve karmaşıklığın yanı sıra UPS'in masrafını da artırır. Ototransformatörün 120 V güç için yalnızca yaklaşık 90 V ila 140 V arasındaki bir aralığı kapsaması ve ardından voltaj bu aralıktan çok daha yüksek veya daha düşük olursa aküye geçmesi yaygındır.

Düşük voltaj koşullarında UPS normalden daha fazla akım kullanır, bu nedenle normal bir cihazdan daha yüksek bir akım devresine ihtiyaç duyabilir. Örneğin, 120 V'ta 1000 W'lık bir cihaza güç sağlamak için KGK 8.33 A çekecektir. Bir kararma meydana gelirse ve voltaj 100 V'a düşerse, KGK telafi etmek için 10 A çekecektir. Bu aynı zamanda ters yönde de çalışır, böylece bir aşırı gerilim durumunda UPS daha az akıma ihtiyaç duyar.

Çevrimiçi/çift dönüşüm

Çevrimiçi bir UPS'de piller her zaman invertöre bağlıdır, böylece güç aktarım anahtarlarına gerek kalmaz. Güç kaybı meydana geldiğinde, doğrultucu basitçe devreden çıkar ve piller gücü sabit ve değişmeden tutar. Güç geri geldiğinde, doğrultucu yükün çoğunu taşımaya devam eder ve pilleri şarj etmeye başlar, ancak yüksek güçlü doğrultucunun pillere zarar vermesini önlemek için şarj akımı sınırlı olabilir. Çevrimiçi bir UPS'nin ana avantajı, gelen şebeke gücü ve hassas elektronik ekipman arasında bir "elektrik güvenlik duvarı" sağlama yeteneğidir.

Çevrimiçi UPS, elektriksel izolasyonun gerekli olduğu ortamlar veya güç dalgalanmalarına karşı çok hassas olan ekipmanlar için idealdir. Bir zamanlar 10 kW veya daha fazla çok büyük kurulumlar için ayrılmış olmasına rağmen, teknolojideki gelişmeler şimdi 500 W veya daha az güç sağlayan ortak bir tüketici cihazı olarak sunulmasına izin verdi. Güç ortamı "gürültülü" olduğunda, şebeke gücü kesintileri, kesintiler ve diğer anormallikler sık ​​olduğunda, hassas BT ekipmanı yüklerinin korunması gerektiğinde veya uzun süreli çalışan bir yedek jeneratörden çalıştırma gerektiğinde çevrimiçi UPS gerekli olabilir.

Çevrimiçi UPS'in temel teknolojisi, bekleme veya hat etkileşimli UPS'tekiyle aynıdır. Bununla birlikte, çok daha yüksek bir AC-DC akü şarj cihazına/doğrultucuya sahip olması ve geliştirilmiş soğutma sistemleri ile sürekli çalışacak şekilde tasarlanmış doğrultucu ve invertör ile tipik olarak çok daha pahalıya mal olur . Normal AC akımından güç sağlandığında bile, doğrultucu doğrudan invertörü çalıştırdığı için çift ​​dönüşümlü UPS olarak adlandırılır .

Çevrimiçi UPS, güvenilirliği artırmak için tipik olarak bir statik aktarım anahtarına (STS) sahiptir.

Diğer tasarımlar

Hibrit topoloji/talep üzerine çift dönüşüm

UTL tarafından kullanılan bir isim "talep üzerine çift dönüşüm" olmasına rağmen, bu hibrit döner UPS tasarımlarının resmi tanımları yoktur. Bu UPS tarzı, çift dönüşümün sunduğu özellikleri ve koruma seviyesini korurken yüksek verimli uygulamalara yöneliktir.

Bir hibrit (talep üzerine çift dönüşüm) UPS, güç koşulları önceden ayarlanmış belirli bir pencere içinde olduğunda, çevrimdışı/bekleme UPS olarak çalışır. Bu, UPS'nin çok yüksek verimlilik derecelerine ulaşmasını sağlar. Güç koşulları önceden tanımlanmış pencerelerin dışında dalgalandığında, UPS çevrimiçi/çift dönüşüm çalışmasına geçer. Çift çevrim modunda UPS, akü gücünü kullanmak zorunda kalmadan voltaj değişimlerini ayarlayabilir, hat gürültüsünü ve kontrol frekansını filtreleyebilir.

ferrorezonans

Ferrorezonant üniteleri, yedek bir UPS ünitesiyle aynı şekilde çalışır; ancak, çıkışı filtrelemek için bir ferrorezonans transformatörünün kullanılması dışında çevrimiçidirler . Bu transformatör, enerjiyi hat gücünden pil gücüne geçiş arasındaki süreyi kapsayacak kadar uzun süre tutacak şekilde tasarlanmıştır ve aktarım süresini etkin bir şekilde ortadan kaldırır. Birçok ferrorezonant UPS %82-88 verimlidir (AC/DC-AC) ve mükemmel izolasyon sunar.

Transformatör, biri normal şebeke gücü için, ikincisi doğrultulmuş pil gücü için ve üçüncüsü yüke AC çıkış gücü için olmak üzere üç sargıya sahiptir.

Bu, bir zamanlar baskın UPS tipiydi ve yaklaşık 150 kVA aralığı ile sınırlıdır . Bu üniteler, UPS'in sağlam yapısından dolayı hala bazı endüstriyel ortamlarda (petrol ve gaz, petrokimya, kimya, kamu hizmetleri ve ağır sanayi pazarları) kullanılmaktadır. Kontrollü ferro teknolojisini kullanan birçok ferrorezonanslı UPS, güç faktörü düzeltme ekipmanı ile etkileşime girebilir. Bu, KGK'nın çıkış voltajının dalgalanmasına neden olur, ancak yük seviyelerini azaltarak veya başka doğrusal tip yükler ekleyerek düzeltilebilir.

DC gücü

DC ekipmanına güç sağlamak için tasarlanmış bir UPS, bir çıkış invertörüne ihtiyaç duymaması dışında çevrimiçi bir UPS'e çok benzer. Ayrıca KGK'nın akü voltajı cihazın ihtiyaç duyduğu voltaj ile eşleşirse cihazın güç kaynağına da ihtiyaç duyulmaz. Bir veya daha fazla güç dönüştürme adımı ortadan kaldırıldığından, bu, verimliliği ve çalışma süresini artırır.

Telekomünikasyonda kullanılan birçok sistem , kablo ve bağlantı kutuları gibi daha az kısıtlayıcı güvenlik düzenlemelerine sahip olduğundan, ekstra düşük voltajlı " ortak pil " 48 V DC güç kullanır. DC tipik olarak telekomünikasyon için baskın güç kaynağı olmuştur ve AC genellikle bilgisayarlar ve sunucular için baskın kaynak olmuştur.

Arıza olasılığını ve ekipman maliyetini azaltmak umuduyla, bilgisayar sunucuları için 48 V DC güç ile çok sayıda deney yapılmıştır. Ancak, aynı miktarda güç sağlamak için akım, eşdeğer bir 115 V veya 230 V devreden daha yüksek olacaktır; daha büyük akım, daha büyük iletkenler veya ısı olarak daha fazla enerji kaybı gerektirir.

Yüksek voltajlı DC (380 V), bazı veri merkezi uygulamalarında kullanım buluyor ve küçük güç iletkenlerine izin veriyor, ancak yüksek voltajların güvenli bir şekilde muhafaza edilmesi için daha karmaşık elektrik kodu kurallarına tabidir.

Döner

Bir döner UPS yüksek kütle iplik ataletini kullanan volan ( volan enerji depolama kısa bir sürede sağlamaktır) sürüş oranı güç kaybı durumunda. Volan ayrıca, bu tür kısa süreli güç olayları, yüksek kütleli volanın dönme hızını kayda değer ölçüde etkileyemediğinden, güç yükselmelerine ve düşmelerine karşı bir tampon görevi görür. Aynı zamanda, vakum tüpleri ve entegre devrelerden önce gelen en eski tasarımlardan biridir.

Normal şartlarda sürekli döndüğü için on-line olarak kabul edilebilir . Ancak akü tabanlı UPS'lerin aksine, volan tabanlı UPS sistemleri, volan yavaşlamadan ve güç çıkışı durmadan önce tipik olarak 10 ila 20 saniye koruma sağlar. Geleneksel olarak yedek jeneratörlerle birlikte kullanılır ve yalnızca motorun çalışmaya başlaması ve çıkışını stabilize etmesi için ihtiyaç duyduğu kısa süre için yedek güç sağlar.

Döner UPS, genellikle 10.000 W'tan fazla korumaya ihtiyaç duyan uygulamalar için, masrafları haklı çıkarmak ve döner UPS sistemlerinin getirdiği avantajlardan yararlanmak için ayrılmıştır. Daha büyük bir volan veya paralel çalışan birden fazla volan, yedek çalışma süresini veya kapasitesini artıracaktır.

Volanlar mekanik bir güç kaynağı olduğu için, acil durum gücü sağlamak için tasarlanmış bir dizel motor ile elektrik motoru veya jeneratör arasında aracı olarak kullanılmasına gerek yoktur. Şanzıman dişli kutusu kullanılarak, volanın dönme ataleti, bir dizel motoru doğrudan çalıştırmak için kullanılabilir ve bir kez çalıştığında, dizel motor, volanı doğrudan döndürmek için kullanılabilir. Her bir volan için ayrı motorlara ve jeneratörlere ihtiyaç duymadan birden fazla volan da mekanik ara miller aracılığıyla paralel olarak bağlanabilir .

Normalde, tamamen elektronik bir UPS'ye kıyasla çok yüksek akım çıkışı sağlamak üzere tasarlanmıştır ve motor başlatma veya kompresör yükleri gibi endüktif yükler ve ayrıca tıbbi MRI ve cath laboratuvar ekipmanı için ani akım sağlayabilirler . Ayrıca, elektronik bir UPS'den 17 kata kadar daha büyük kısa devre koşullarını tolere edebilir ve bir cihazın sigortayı atmasına ve diğer cihazlara döner UPS'ten güç sağlamaya devam ederken arızalanmasına izin verir.

Yaşam döngüsü, genellikle 30 yıl veya daha fazla olan tamamen elektronik bir UPS'den çok daha uzundur. Ancak, bilyalı rulman değişimi gibi mekanik bakım için periyodik arıza süreleri gerektirirler . Daha büyük sistemlerde, sistemin yedekliliği, bu bakım sırasında süreçlerin kullanılabilirliğini sağlar. Pil tabanlı tasarımlar, piller çalışırken değiştirilebiliyorsa , genellikle daha büyük üniteler için geçerli olan kesinti süresi gerektirmez . Daha yeni döner üniteler, bekleme verimliliğini artırmak ve bakımı çok düşük seviyelere indirmek için manyetik yataklar ve hava tahliyeli muhafazalar gibi teknolojileri kullanır .

Tipik olarak, yüksek kütleli volan, bir motor-jeneratör sistemi ile birlikte kullanılır . Bu birimler şu şekilde yapılandırılabilir:

  1. Mekanik olarak bağlı bir jeneratörü çalıştıran bir motor,
  2. Tek bir rotor ve statorun alternatif yuvalarına sarılmış kombine bir senkron motor ve jeneratör,
  3. Aküler yerine volanı kullanması dışında çevrimiçi bir UPS'e benzer şekilde tasarlanmış hibrit bir döner UPS. Doğrultucu, volanı döndürmek için bir motoru çalıştırırken, bir jeneratör invertere güç sağlamak için volanı kullanır.

3 numaralı durumda motor jeneratörü senkron/senkron veya endüksiyon/senkron olabilir. 2 ve 3 numaralı durumda ünitenin motor tarafı, doğrudan bir AC güç kaynağı (tipik olarak invertör baypasındayken), 6 kademeli çift çevrimli motor sürücüsü veya 6 darbeli invertör tarafından çalıştırılabilir. Vaka No. 1, harici, elektriksel olarak bağlı jeneratör setlerinin çalışmaya başlaması ve devreye alınması için zaman tanımak için piller yerine kısa vadeli bir enerji kaynağı olarak entegre bir volan kullanır. Vaka No. 2 ve 3, kısa vadeli enerji kaynağı olarak piller veya serbest duran elektriksel olarak bağlı bir volan kullanabilir.

Biçim faktörleri

Daha küçük UPS sistemleri birkaç farklı biçim ve boyutta gelir. Bununla birlikte, en yaygın iki biçim kule ve rafa montajdır.

Kule modelleri yerde veya bir masa veya raf üzerinde dik durur ve genellikle ağ iş istasyonlarında veya masaüstü bilgisayar uygulamalarında kullanılır. Rafa monte modeller, standart 19 inç raf muhafazalarına monte edilebilir ve 1U ila 12U ( raf birimleri ) arasında herhangi bir yer gerektirebilir . Genellikle sunucu ve ağ uygulamalarında kullanılırlar. Bazı cihazlarda 90° dönen kullanıcı arabirimleri bulunur ve bu, cihazların bir rafta olduğu gibi yere dikey veya yatay olarak monte edilmesini sağlar.

Uygulamalar

N  + 1

Güvenilirliğin büyük önem taşıdığı büyük iş ortamlarında, tek bir büyük UPS, diğer birçok sistemi bozabilecek tek bir arıza noktası da olabilir. Daha fazla güvenilirlik sağlamak için, çok büyük bir UPS'ye eşdeğer yedekli güç koruması sağlamak için birden fazla küçük UPS modülü ve pili birlikte entegre edilebilir . " N  + 1", yükün N modül tarafından sağlanabilmesi durumunda , kurulumun N  + 1 modül içereceği anlamına gelir . Bu şekilde bir modülün arızalanması sistemin çalışmasını etkilemeyecektir.

Çoklu artıklık

Birçok bilgisayar sunucusu yedekli güç kaynakları seçeneği sunar , böylece bir güç kaynağının arızalanması durumunda, bir veya daha fazla güç kaynağı yüke güç sağlayabilir. Bu kritik bir noktadır – her güç kaynağı tüm sunucuya kendi başına güç sağlayabilmelidir.

Yedeklilik, her bir güç kaynağının farklı bir devreye (yani farklı bir devre kesiciye ) takılmasıyla daha da artırılır .

Yedekli koruma, her bir güç kaynağını kendi UPS'sine bağlayarak daha da genişletilebilir. Bu, hem güç kaynağı arızasından hem de UPS arızasından çifte koruma sağlar, böylece çalışmaya devam edilir. Bu yapılandırma aynı zamanda 1 + 1 veya 2 N yedeklilik olarak da adlandırılır . Bütçe iki özdeş UPS ünitesine izin vermiyorsa, bir güç kaynağını şebeke gücüne ve diğerini UPS'e bağlamak yaygın bir uygulamadır .

Dış mekan kullanımı

Bir UPS sistemi dış mekana yerleştirildiğinde, performans üzerinde herhangi bir etki olmaksızın hava koşullarına dayanabileceğini garanti eden bazı özel özelliklere sahip olmalıdır. Dış mekan UPS sistemi tasarlanırken, diğerlerinin yanı sıra sıcaklık, nem , yağmur ve kar gibi faktörler üretici tarafından dikkate alınmalıdır. Dış mekan UPS sistemleri için çalışma sıcaklığı aralıkları −40 °C ile +55  °C arasında olabilir .

Dış mekan UPS sistemleri direk, zemin (kaide) veya ana bilgisayara monte edilebilir. Dış ortam aşırı soğuk anlamına gelebilir, bu durumda dış UPS sistemi bir akü ısıtıcı matı veya aşırı ısıyı içermelidir, bu durumda dış mekan UPS sistemi bir fan sistemi veya bir klima sistemi içermelidir.

Bir güneş invertörünün iç görünümü. Enerjiyi kısaca depolamak ve çıkış dalga biçimini iyileştirmek için kullanılan birçok büyük kapasitöre (mavi silindir) dikkat edin.

Bir güneş invertörü veya PV invertörü veya güneş dönüştürücüsü , bir fotovoltaik (PV) güneş panelinin değişken doğru akım (DC) çıkışını, ticari bir elektrik şebekesine beslenebilecek veya kullanılabilecek bir şebeke frekansı alternatif akımına (AC) dönüştürür . yerel, şebekeden bağımsız bir elektrik ağı. Bir fotovoltaik sistemdeki kritik bir BOS bileşenidir ve sıradan AC ile çalışan ekipmanın kullanımına izin verir. Solar invertörler, maksimum güç noktası izleme ve adalaşma önleme koruması dahil olmak üzere fotovoltaik dizilerle kullanım için uyarlanmış özel işlevlere sahiptir .

Harmonik bozulma

Normal 120 VAC 60 Hz güç dalga biçimine (mor) kıyasla UPS çıkış dalga biçimi (sarı)

Bazı elektronik UPS'lerin çıkışı, ideal bir sinüzoidal dalga biçiminden önemli ölçüde farklı olabilir. Bu, özellikle ev ve ofis kullanımı için tasarlanmış, ucuz, tüketici sınıfı tek fazlı üniteler için geçerlidir. Bunlar genellikle basit anahtarlamalı AC güç kaynakları kullanır ve çıkış harmonikler açısından zengin bir kare dalgayı andırır. Bu harmonikler, radyo iletişimi dahil olmak üzere diğer elektronik cihazlarla parazite neden olabilir ve bazı cihazlar (örn. AC motorlar gibi endüktif yükler) düşük verimlilikle çalışabilir veya hiç çalışmayabilir. Daha sofistike (ve pahalı) UPS üniteleri, neredeyse saf sinüsoidal AC gücü üretebilir.

Güç faktörü

Çift çevrimli bir KGK ve bir jeneratör kombinasyonundaki bir sorun, KGK tarafından oluşturulan voltaj bozulmasıdır. Çift dönüşümlü bir UPS'nin girişi, esasen büyük bir doğrultucudur. UPS tarafından çekilen akım sinüzoidal değildir. Bu, AC şebekesinden veya bir jeneratörden gelen voltajın da sinüzoidal olmamasına neden olabilir. Voltaj bozulması daha sonra UPS'in kendisi de dahil olmak üzere o güç kaynağına bağlı tüm elektrikli ekipmanlarda sorunlara neden olabilir. Ayrıca, akım akışındaki ani yükselmeler nedeniyle UPS'e güç sağlayan kablolarda daha fazla güç kaybına neden olacaktır. Bu "gürültü" seviyesi, " akımın toplam harmonik bozulmasının " (THD I ) yüzdesi olarak ölçülür . Klasik UPS redresörleri, %25-30 civarında bir THD I seviyesine sahiptir. Voltaj bozulmasını azaltmak için bu, daha ağır şebeke kabloları veya UPS'in iki katından daha büyük jeneratörler gerektirir.

THD azaltmak için çeşitli çözümler vardır I çift çevrim UPS in:

Bu tür pasif filtreler gibi klasik çözeltiler THD azaltmak I tam yükte% 5% -10. Güvenilirdirler, ancak büyüktürler ve yalnızca tam yükte çalışırlar ve jeneratörlerle birlikte kullanıldığında kendi sorunlarını ortaya çıkarırlar.

Alternatif bir çözüm, aktif bir filtredir. Böyle bir cihazın kullanımı sayesinde, THD I tam güç aralığında %5'e düşebilir. Çift çevrimli UPS ünitelerindeki en yeni teknoloji, klasik doğrultucu bileşenleri (tristörler ve diyotlar) kullanmayan, bunun yerine yüksek frekanslı bileşenler kullanan bir doğrultucudur. Bir ile iki çevrim UPS yalıtılmış-kapı çift kutuplu transistor doğrultucu ve indüktör bir THD olabilir I küçük olarak% 2. Bu, ek filtreler, yatırım maliyeti, kayıplar veya alan olmadan jeneratörü (ve transformatörleri) aşırı boyutlandırma ihtiyacını tamamen ortadan kaldırır.

İletişim

Güç yönetimi (PM) şunları gerektirir:

  1. UPS, durumunu seri port , Ethernet ve Basit Ağ Yönetim Protokolü , GSM/ GPRS veya USB gibi bir iletişim bağlantısı aracılığıyla beslediği bilgisayara bildirir.
  2. İşletim sisteminde raporları işleyen ve bildirimler, PM olayları oluşturan veya sıralı bir kapatma komutu veren bir alt sistem . Bazı UPS üreticileri iletişim protokollerini yayınlar, ancak diğer üreticiler ( APC gibi ) özel protokoller kullanır .

Temel bilgisayardan UPS'e kontrol yöntemleri, tek bir kaynaktan tek bir hedefe bire bir sinyalleşmeye yöneliktir. Örneğin, tek bir UPS, UPS hakkında durum bilgisi sağlamak için tek bir bilgisayara bağlanabilir ve bilgisayarın UPS'i kontrol etmesine izin verebilir. Benzer şekilde, USB protokolü de tek bir bilgisayarı birden çok çevresel aygıta bağlamayı amaçlar.

Bazı durumlarda, tek bir büyük UPS'nin birkaç korumalı cihazla iletişim kurabilmesi yararlıdır. Geleneksel seri veya USB kontrolü için, örneğin bir UPS'nin seri veya USB bağlantıları kullanarak beş bilgisayara bağlanmasına izin veren bir sinyal çoğaltma cihazı kullanılabilir. Bununla birlikte, bölme, durum bilgisi sağlamak için tipik olarak UPS'ten cihazlara yalnızca bir yöndür. Geri dönüş kontrol sinyallerine yalnızca korunan sistemlerden birinden UPS'e izin verilebilir.

1990'lardan beri Ethernet'in yaygın kullanımı arttıkça, kontrol sinyalleri artık tek bir UPS ile birden çok bilgisayar arasında TCP/IP gibi standart Ethernet veri iletişim yöntemleri kullanılarak gönderilmektedir . Durum ve kontrol bilgileri tipik olarak şifrelenir, böylece örneğin dışarıdan bir bilgisayar korsanı UPS'in kontrolünü ele geçiremez ve ona kapatma komutu veremez.

UPS durum ve kontrol verilerinin dağıtımı, bir elektrik kesintisi sırasında UPS uyarılarının hedef sistemlere ulaşması için, Ethernet anahtarları veya seri çoklayıcılar gibi tüm aracı cihazların bir veya daha fazla UPS sisteminden beslenmesini gerektirir . Ethernet altyapısına bağımlılığı önlemek için UPS'ler, GSM/GPRS kanalı kullanılarak da doğrudan ana kontrol sunucusuna bağlanabilir. UPS'lerden gönderilen SMS veya GPRS veri paketleri, yazılımın yükü azaltmak için bilgisayarları kapatmasını tetikler.

Piller

Pil dolabı

Üç ana UPS akü tipi vardır: Valf Düzenlemeli Kurşun Asit (VRLA), Taşmalı Hücre veya VLA aküleri ve Lityum İyon aküler. Pille çalışan bir UPS'nin çalışma süresi, pillerin tipine ve boyutuna, deşarj hızına ve inverterin verimliliğine bağlıdır. Bir kurşun-asit pilin toplam kapasitesi, Peukert yasası olarak tanımlanan, boşalma hızının bir fonksiyonudur .

Üreticiler, paketlenmiş UPS sistemleri için çalışma süresi derecelendirmesini dakikalar içinde sağlar. Daha büyük sistemler (veri merkezleri gibi), gerekli dayanıklılığın elde edilmesini sağlamak için yükün, invertör verimliliğinin ve pil özelliklerinin ayrıntılı hesaplanmasını gerektirir.

Ortak pil özellikleri ve yük testi

Bir kurşun-asit pil şarj edildiğinde veya boşaldığında, bu başlangıçta yalnızca elektrotlar ve elektrolit arasındaki arayüzde bulunan reaksiyona giren kimyasalları etkiler. Zamanla, ara yüzeydeki kimyasallarda depolanan ve genellikle "arayüz yükü" olarak adlandırılan yük , bu kimyasalların aktif malzemenin hacmi boyunca difüzyonu ile yayılır .

Bir akü tamamen boşalmışsa (örneğin, araba farları gece boyunca açık bırakılmışsa) ve sonrakine sadece birkaç dakika için hızlı bir şarj verilirse, kısa şarj süresi boyunca sadece arayüzün yakınında bir şarj gelişir. Akü voltajı, şarj akımının önemli ölçüde düşmesi için şarj voltajına yakın olacak şekilde yükselebilir. Birkaç saat sonra bu arayüz yükü elektrot ve elektrolit hacmine yayılmayacak, bu da bir arabayı çalıştırmak için yetersiz olabilecek kadar düşük bir arayüz şarjına yol açacaktır.

Arayüz şarjı nedeniyle, yalnızca birkaç saniye süren kısa UPS kendi kendine test işlevleri, bir UPS'nin gerçek çalışma süresi kapasitesini doğru bir şekilde yansıtmayabilir ve bunun yerine , aküyü derinden boşaltan genişletilmiş bir yeniden kalibrasyon veya arıza testi gereklidir.

Derin deşarj testi, deşarj olmuş pildeki kimyasalların, pil yeniden şarj edildiğinde yeniden çözünmeyen ve şarj kapasitesini kalıcı olarak azaltan oldukça kararlı moleküler şekillerde kristalleşmeye başlaması nedeniyle pillere zarar verir . Kurşun asitli pillerde bu, sülfatlama olarak bilinir ancak nikel kadmiyum piller ve lityum piller gibi diğer türleri de etkiler . Bu nedenle, genel olarak, altı ayda bir ila bir yılda bir gibi, sık sık inceleme testlerinin yapılması önerilir.

Pil/hücre dizilerinin test edilmesi

Çoklu kilovat büyük ve kolayca erişilebilir pil bankaları ile ticari UPS sistemleri izole edilmesi ve bir tek tek hücreler test etme yeteneğine sahip olan pil dize kablolu ya da tek tek kimyasal hücreler (örneğin, 12-V gibi kurşun asit bataryalar) ya kombine hücreli pil birimleri içerir, seri halinde. Tek bir hücreyi izole etmek ve onun yerine bir jumper takmak, bir pilin deşarj testine tabi tutulmasını sağlarken, pil dizisinin geri kalanı şarjlı ve koruma sağlamak için kullanılabilir durumda kalır.

Bir pil dizisindeki tek tek hücrelerin elektriksel özelliklerini, her hücre-hücre bağlantısına kurulan ve hem tek tek hem de toplu olarak izlenen ara sensör kablolarını kullanarak ölçmek de mümkündür. Pil dizileri, örneğin 20 hücreli iki set gibi seri paralel olarak da bağlanabilir. Zayıf hücrelerin, yüksek dirençli ölü hücrelerin veya kısa devre yapan hücrelerin etkilerini dengelemek için diziler arasında akım dolaşabileceğinden, böyle bir durumda paralel diziler arasındaki akım akışını izlemek de gereklidir. Örneğin, daha güçlü diziler, voltaj dengesizlikleri eşitlenene kadar daha zayıf diziler üzerinden deşarj olabilir ve bu, her dizi içindeki ayrı hücreler arası ölçümlerde hesaba katılmalıdır.

Seri-paralel pil etkileşimleri

Seri paralel olarak bağlanan pil dizileri , çoklu paralel diziler arasındaki etkileşimler nedeniyle olağandışı arıza modları geliştirebilir. Bir dizideki arızalı piller, diğer dizilerdeki iyi veya yeni pillerin çalışmasını ve ömrünü olumsuz etkileyebilir. Bu sorunlar, sadece UPS sistemlerinde değil aynı zamanda elektrikli araç uygulamalarında da seri-paralel dizilerin kullanıldığı diğer durumlar için de geçerlidir .

Tüm iyi hücrelere sahip bir seri paralel pil düzenlemesi düşünün ve bir tanesi kısa devre yapar veya ölür:

  • Başarısız olan hücre, içinde bulunduğu tüm dizi dizisi için maksimum geliştirilmiş voltajı azaltacaktır.
  • Bozulmuş diziye paralel olarak bağlanan diğer seri diziler, voltajları bozulmuş dizinin voltajıyla eşleşene kadar bozulmuş diziden boşalır, potansiyel olarak aşırı şarj olur ve bozulmuş dizide kalan iyi hücrelerden elektrolit kaynamasına ve gaz çıkışına yol açar . Artan voltaj, arızalı pili içeren diziden dışarı akacağından, bu paralel diziler artık asla tam olarak yeniden şarj edilemez.
  • Şarj sistemleri, toplam voltajı ölçerek pil dizisi kapasitesini ölçmeye çalışabilir. Ölü hücreler nedeniyle toplam dizi voltajının tükenmesi nedeniyle, şarj sistemi bunu bir deşarj durumu olarak algılayabilir ve seri-paralel dizileri sürekli olarak şarj etmeye çalışır, bu da sürekli aşırı şarja ve tüm hücrelerde hasara yol açar. hasarlı pili içeren bozulmuş seri dizi.
  • Eğer kurşun-asit batarya kullanılır bunları tam olarak şarj edilmesi için, daha önce iyi paralel şeritlerinin tüm hücreler, kalıcı hasar bu hücrelerin depolama kapasitesi ile sonuçlanır yetersizlik nedeniyle sülfat başlayacaktır bile hasarlı hücre bir bozulmuş dize sonunda keşfedilir ve yenisiyle değiştirilir.

Bu ince seri-paralel dizi etkileşimlerini önlemenin tek yolu, paralel dizileri hiç kullanmamak ve ayrı dizi dizileri için ayrı şarj kontrolörleri ve eviriciler kullanmaktır.

Seri yeni/eski pil etkileşimleri

Yeni piller eski pillerle karıştırılırsa, seri olarak bağlanmış tek bir pil dizisi bile olumsuz etkileşimlere sahip olabilir. Eski pillerin depolama kapasitesi azalma eğilimindedir ve bu nedenle hem yeni pillerden daha hızlı boşalır hem de maksimum kapasitelerine yeni pillerden daha hızlı şarj olur.

Karışık bir yeni ve eski pil dizisi tükendiğinde, dizi voltajı düşecek ve eski piller bittiğinde yeni pillerin hala şarjı var. Yeni hücreler, dizinin geri kalanı boyunca boşalmaya devam edebilir, ancak düşük voltaj nedeniyle bu enerji akışı yararlı olmayabilir ve eski hücrelerde dirençli ısıtma olarak boşa harcanabilir.

Belirli bir deşarj aralığında çalışması gereken hücreler için, daha fazla kapasiteye sahip yeni hücreler, seri dizideki eski hücrelerin deşarj penceresinin güvenli alt sınırının ötesinde deşarj olmaya devam etmesine ve eski hücrelere zarar vermesine neden olabilir.

Yeniden şarj edildiğinde, eski hücreler daha hızlı şarj olur, bu da voltajın tam şarj durumuna yakın bir hızla yükselmesine yol açar, ancak daha fazla kapasiteye sahip yeni hücreler tam olarak yeniden şarj edilmeden önce. Şarj kontrolörü, neredeyse tamamen şarj edilmiş bir dizinin yüksek voltajını algılar ve akım akışını azaltır. Daha fazla kapasiteye sahip yeni hücreler artık çok yavaş şarj olur, o kadar yavaş ki kimyasallar tam şarj durumuna ulaşmadan önce kristalleşmeye başlayabilir, kapasiteleri seri dizideki eski hücrelerle daha yakından eşleşene kadar birkaç şarj/deşarj döngüsü boyunca yeni hücre kapasitesini azaltabilir. .

Bu nedenle, bazı endüstriyel UPS yönetim sistemleri, seri ve paralel diziler içinde ve arasında yeni piller ve eski piller arasındaki bu zararlı etkileşimler nedeniyle potansiyel olarak yüzlerce pahalı pil kullanan tüm pil dizilerinin periyodik olarak değiştirilmesini önerir.

Derecelendirmeler

Çoğu UPS cihazı , destekleyebilecekleri en yüksek yük gücünü veren volt-amper cinsinden derecelendirilir . Ancak bu, örneğin Joule veya kilowatt-saat cinsinden depolanan toplam gücün bir göstergesini gerektirecek şekilde, hangi destek süresinin mümkün olduğu konusunda doğrudan bir bilgi vermez .

standartlar

  • EN 62040-1:2008 Kesintisiz güç sistemleri (UPS) – Bölüm 1: UPS için genel ve güvenlik gereksinimleri
  • EN 62040-2:2006 Kesintisiz güç sistemleri (UPS) – Bölüm 2: Elektromanyetik uyumluluk (EMC) gereksinimleri
  • EN 62040-3:2011 Kesintisiz güç sistemleri (UPS) – Bölüm 3: Performans ve test gereksinimlerini belirleme yöntemi
  • EN 62040-4:2013 Kesintisiz güç sistemleri (UPS) – Bölüm 4: Çevresel hususlar – Gereksinimler ve raporlama

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar