1 Cos'è l'UPS
L'UPS, noto anche come gruppo di continuità, è un gruppo di continuità a tensione costante e frequenza costante che contiene dispositivi di accumulo dell'energia e un inverter come componente principale. Fornisce principalmente alimentazione ininterrotta per un singolo computer, sistema di rete di computer o altre apparecchiature elettroniche di potenza.
Il gruppo di continuità UPS è un dispositivo di alimentazione di emergenza che può continuare a fornire energia al carico e garantire la qualità dell'alimentazione quando l'alimentazione principale si guasta o perde energia, in modo che il funzionamento del carico non venga influenzato. Ha le funzioni principali di commutazione ininterrotta tra doppie fonti di alimentazione, conversione di frequenza, conversione di tensione, interferenza di isolamento e backup ed è ampiamente utilizzato in campi quali apparecchiature informatiche per big data, alimentazione di backup industriale, centri commerciali, sistemi bancari, ferrovie sistemi e apparecchiature mediche.
L'UPS ha attraversato un processo di sviluppo dall'UPS dinamico (tipo rotante) all'UPS statico (tipo stazionario). I primi UPS dinamici utilizzavano l'accumulo di energia tramite volano, utilizzando l'energia meccanica e il motore per ottenere la conversione dell'energia. Con lo sviluppo dell'elettronica di potenza e della tecnologia dei materiali semiconduttori, gli UPS statici con tiristore come nucleo stanno gradualmente sostituendo gli UPS dinamici. Successivamente, sono stati sviluppati dispositivi UPS statici che utilizzano transistor di potenza giganti a spegnimento automatico, transistor di potenza ad effetto di campo e transistor bipolari a gate isolato come dispositivi di commutazione. Lo sviluppo della tecnologia elettronica e del controllo digitale hanno inoltre favorito la trasformazione dei circuiti di controllo degli UPS da circuiti analogici a circuiti digitali, migliorandone notevolmente le prestazioni.
L'UPS è costituito principalmente da raddrizzatori, pacchi batteria, inverter e commutatori di trasferimento statici. Quando la tensione di rete è normale, l'UPS stabilizza l'alimentazione di rete e la fornisce al carico, caricando al contempo il pacco batterie interno; Quando l'alimentazione di rete viene interrotta, l'UPS converte l'energia elettrica del pacco batteria in alimentazione CA tramite un inverter e continua a fornire energia al carico, ottenendo così un'alimentazione ininterrotta.
In base a diversi standard e caratteristiche, gli UPS possono essere classificati in base alla forma d'onda di uscita, alla capacità di potenza, alla modalità ingresso-uscita, al principio di funzionamento, alla struttura e agli scenari applicativi. I metodi di classificazione comuni includono UPS dinamici e UPS statici in base ai loro principi di funzionamento. L'UPS statico include backup, interattivo, online, ecc.; Secondo il sistema di alimentazione, è diviso in ingresso singolo e uscita singola, tre ingressi e uscita singola, tre ingressi e tre uscite, ecc.; In base alla potenza di uscita, è divisa in micro, piccola, media, grande, ecc.
2 tipi di UPS
UPS interattivo online
L'UPS interattivo online combina l'elevata efficienza dell'UPS di backup con i vantaggi dell'alimentazione di alta qualità dell'UPS online. Quando l'alimentazione di rete è normale, fornisce energia direttamente al carico dall'alimentazione di rete senza passare attraverso un complesso processo di conversione di potenza, quindi l'efficienza di lavoro è estremamente elevata, raggiungendo oltre il 98%. Allo stesso tempo, ha anche una funzione di stabilizzazione automatica della tensione, che può stabilizzare approssimativamente la tensione e assorbire alcune interferenze della rete elettrica. Il suo metodo di stabilizzazione della tensione è più o meno lo stesso del tipo di backup, utilizzando principalmente relè per modificare il metodo di presa del trasformatore. Quando la tensione di ingresso è alta, il trasformatore si abbassa e quando la tensione di ingresso è bassa, il trasformatore aumenta, con una precisione di stabilizzazione della tensione di uscita del 5% -10%.
L'inverter in questo tipo di UPS ha la funzione di conversione bidirezionale e, quando alimentato da rete, funge da raddrizzatore AC/DC per caricare la batteria; Quando si verifica un'interruzione di corrente, viene convertito in un inverter CC/CA, alimentato da batterie e l'UPS continua a fornire alimentazione al carico. La forma d'onda della tensione di uscita può anche essere un'onda quasi sinusoidale, ma a causa dell'elevata potenza di uscita, potrebbero esserci dispositivi che richiedono che la tensione di ingresso sia un'onda sinusoidale nel carico, quindi la tensione di uscita dell'inverter dell'UPS line Interactive è principalmente un onda sinusoidale. È inoltre dotato di filtri ad alta frequenza di ingresso e uscita, che possono resistere alle interferenze ad alta frequenza (differenziale e di modo comune) derivanti dalla tensione di rete.
L'UPS Line Interactive è adatto per apparecchiature di rete domestiche e di uffici di piccole e medie dimensioni. Per questi scenari, non solo soddisfa determinati requisiti di protezione dell'alimentazione, ma presenta anche i vantaggi di basso costo, circuito semplice e alta affidabilità. E il convertitore ha anche una funzione di ricarica e la sua capacità di ricarica è maggiore di quella del tipo di backup. Sebbene l'output dell'UPS abbia ancora un tempo di conversione, è più breve del tipo di backup, in genere 4-6ms. Se un induttore è collegato in serie tra l'interruttore di ingresso e il regolatore automatico di tensione, l'inverter può fornire immediatamente alimentazione al carico quando l'alimentazione di rete viene interrotta, il che può ridurre a zero il tempo di conversione interattiva della linea e aumentare la capacità anti-interferenza .
UPS a doppia conversione
L'UPS a doppia conversione garantisce la stabilità e la continuità della tensione di uscita attraverso due conversioni di alimentazione ed è ampiamente utilizzato in scenari applicativi chiave come data center, strutture mediche e istituti finanziari.
La struttura del circuito dell'UPS a doppia conversione è composta da raddrizzatore/caricabatterie, inverter, caricabatteria (opzionale), interruttore batteria, ecc. Il raddrizzatore/caricabatterie converte l'alimentazione CA in ingresso in alimentazione CC, la fornisce all'inverter e carica la batteria al stesso tempo. Quando l'alimentazione di rete viene interrotta, l'inverter converte la potenza DC della batteria in potenza AC e la fornisce al carico.
La struttura del circuito di un UPS a doppia conversione senza bypass è costituita da un raddrizzatore/caricabatterie, inverter, caricabatteria (opzionale), staccabatteria, ecc. I moderni sistemi UPS sono spesso dotati di caricabatteria indipendenti, che hanno il vantaggio che la tensione di carica di mantenimento della batteria non cambierà con il carico, il che è vantaggioso per prolungare la durata della batteria. L'interruttore della batteria viene utilizzato per collegare o scollegare la batteria dal raddrizzatore o dall'inverter e può utilizzare tiristori, diodi o interruttori meccanici.
L'UPS a doppia conversione con bypass aggiunge un modulo di commutazione UPS che consente all'UPS di passare dalla modalità normale alla modalità di accumulo di energia o viceversa.
Il principio di funzionamento di un UPS a doppia conversione è che la potenza CA in ingresso della rete viene prima convertita in potenza CC da un raddrizzatore, quindi convertita in potenza CA da un inverter. Allo stesso tempo, il raddrizzatore/caricabatterie o il caricabatteria indipendente caricano la batteria. In circostanze normali, il carico è alimentato da una combinazione di raddrizzatore/inverter. Quando gli indicatori dell'alimentazione CA in ingresso della rete superano il limite di capacità predeterminato, l'UPS passa alla modalità di accumulo di energia, ovvero la combinazione batteria/inverter fornisce alimentazione al carico e l'intervallo di tempo di alimentazione è l'accumulo di energia durata della batteria, o finché l'alimentazione di rete in ingresso non ritorna al limite di capacità progettata dell'UPS, quindi passa alla modalità normale. Quando il raddrizzatore/inverter si guasta o quando l'UPS subisce un sovraccarico istantaneo o continuo, l'UPS passerà alla modalità di funzionamento bypass, in cui il carico viene temporaneamente alimentato dall'alimentatore bypass (ingresso CA 3). Per garantire una conversione ininterrotta, l'uscita dell'inverter e l'ingresso CA 3 devono essere sincronizzati. Inoltre, se le tensioni di ingresso e di uscita sono diverse, è necessario installare un trasformatore nel circuito di bypass (ingresso CA 3).
Il carico dell'UPS a doppia conversione è sempre alimentato continuamente dall'inverter, sia che l'inverter sia alimentato da un raddrizzatore o da una batteria. La tensione di uscita e la frequenza dell'UPS non dipendono dalla tensione di ingresso e dalla frequenza della rete elettrica. La forma d'onda di uscita è un'onda sinusoidale sia in modalità normale che in modalità di accumulo di energia. Grazie all'isolamento del carico dall'alimentazione di rete tramite raddrizzatori e inverter, vengono soppressi vari disturbi dell'alimentazione di rete, che possono proteggere da sovratensioni/picchi, rumore di linea, sottotensione, sovratensione, fulmini, variazioni di frequenza, distorsione di tensione, armoniche di tensione, interruzioni di corrente e altri disturbi derivanti dall'alimentazione di rete. L'intervallo di tensione consentito per l'alimentazione in ingresso di un UPS a doppia conversione è ampio e la precisione statica e transitoria della tensione in uscita è elevata. Quando l'alimentazione CA in ingresso viene a mancare, è possibile passare istantaneamente dalla modalità normale alla modalità di accumulo di energia senza interruzione della potenza in uscita durante il processo di conversione o, in altre parole, il tempo di conversione è pari a zero. Tuttavia, quando l'UPS si guasta, il tempo di transizione dalla modalità normale alla modalità bypass è di 1-4ms.
UPS in linea
L'UPS online converte l'alimentazione CA in ingresso in alimentazione CC e nuovamente in alimentazione CA quando necessario, con il massimo livello di capacità di protezione dell'alimentazione, ampiamente utilizzato nei sistemi di alimentazione, nei data center dei computer e in altri campi.
L'UPS online mantiene sempre il suo inverter in condizioni di lavoro. Innanzitutto converte l'alimentazione CA esterna in alimentazione CC attraverso il circuito, quindi converte l'energia CC in alimentazione CA a onda sinusoidale di alta qualità attraverso un inverter di alta qualità per l'output sul computer. In condizioni di alimentazione, la funzione principale è stabilizzare la tensione e prevenire le interferenze delle onde radio; Durante un'interruzione di corrente, utilizzare una fonte di alimentazione CC di riserva (pacco batteria) per fornire alimentazione all'inverter. Grazie al funzionamento continuo dell'inverter, non vi è alcun problema relativo al tempo di commutazione, rendendolo adatto a situazioni con severi requisiti di alimentazione.
Gli UPS online si dividono in due tipologie: senza bypass e a doppia conversione. La struttura del circuitoLa creazione di un UPS a doppia conversione senza bypass è relativamente semplice, essendo costituito da un raddrizzatore, un inverter, una batteria, ecc. L'UPS a doppia conversione con bypass aggiunge un modulo di commutazione UPS per consentire all'UPS di passare dalla modalità normale alla modalità di accumulo di energia o viceversa, migliorare la flessibilità e l’affidabilità del sistema.
La modalità di funzionamento dell'UPS online è la seguente: quando l'alimentazione di rete è normale, l'alimentazione di rete passa attraverso il circuito del filtro di assorbimento delle sovratensioni → circuito da CA a CC → circuito da CC a CA → e quindi converte l'uscita di potenza CA per alimentare il carico, mentre caricare contemporaneamente la batteria; Una volta che il circuito di controllo del microprocessore rileva un'interruzione di alimentazione, scarica immediatamente la batteria → converte l'alimentazione CC in circuito di alimentazione CA → e converte l'uscita di alimentazione CA per alimentare il carico. Se il circuito di controllo del microprocessore rileva un guasto dell'UPS, l'UPS utilizzerà un relè (RELAY) per attivare il bypass (BYPASS), fornire alimentazione al carico dalla rete ed emettere un avviso acustico all'utente.
L'UPS online presenta molti vantaggi, come l'uscita dell'onda sinusoidale. Sia in modalità rete che in modalità batteria, può emettere un'alimentazione a onda sinusoidale a bassa distorsione, fornendo la migliore garanzia di alimentazione per i dispositivi di carico degli utenti; Tempo di conversione pari a zero, quando l'alimentazione di rete viene interrotta o ripristinata, non vi è alcun tempo di conversione affinché l'UPS passi dalla modalità di rete alla modalità batteria, garantendo in modo efficace l'affidabilità del funzionamento del carico; Funzione di rilevamento del filo zero in ingresso, per evitare la connessione inversa del filo zero in ingresso all'alimentazione di rete dell'UPS, ha la funzione di rilevamento della connessione inversa del filo zero; Uscita bypass umanizzata, ingresso alimentazione di rete normale, uscita predefinita senza bypass, deve essere attivata per avere un'uscita normale dell'inverter, ma può essere modificata in "alimentazione di rete con uscita bypass" tramite la configurazione software; La funzione TVSS, nota anche come funzione di protezione da sovratensione transitoria, viene utilizzata per fax, TELEFONO, MODEM, rete e altre funzioni di protezione di conversione; Backup a caldo su doppia macchina, quando è assolutamente vietato spegnere l'apparecchiatura di carico più importante dell'utente, i modelli con una capacità di 6KVA o superiore possono supportare completamente la funzione di backup a caldo su doppia macchina. Gli utenti possono utilizzare due UPS per uso primario e di backup. Quando uno dei due si guasta, l'altro è responsabile della fornitura di energia; Correzione del fattore di potenza in ingresso, con funzione di correzione del fattore di potenza in ingresso. In condizioni di pieno carico, il fattore di potenza in ingresso può raggiungere 0,95 o superiore, in modo che l'ambiente della rete elettrica dell'utente non venga inquinato; Avvio CC. In caso di interruzione di corrente, se è necessario un UPS per avviare un computer o altre apparecchiature di carico, la batteria può essere utilizzata direttamente per l'avvio CC, rendendo l'utilizzo dell'UPS più conveniente e affidabile; La protezione bypass e la funzione di alimentazione bypass migliorano notevolmente la capacità di risposta alle emergenze dell'UPS. Allo stesso tempo, quando l'apparecchiatura di carico dell'utente ha requisiti speciali per l'alimentazione, ad esempio una tensione non troppo elevata, viene fornita la protezione della tensione di alimentazione di bypass per proteggere l'apparecchiatura di carico dell'utente dai rischi dell'alta tensione; Funzione di avvio automatico. Quando l'alimentazione di rete è anomala e si entra in modalità batteria per l'alimentazione fino a quando non viene interrotta, l'UPS si spegne. Quando l'alimentazione di rete ritorna normale, l'UPS si avvierà automaticamente e fornirà alimentazione normale senza la necessità che gli utenti li accendano; La progettazione dell'alimentatore a lungo termine, che fornisce opzioni macchina complete a lungo termine per gli utenti, dotata di pacchi batteria adeguati, può consentire agli utenti di scaricarsi per circa 8 ore per soddisfare i requisiti dei diversi ambienti della rete elettrica; Le macchine di lunga durata hanno forti capacità di ricarica. Oltre a prolungare il tempo di scarica, la batteria ha anche un'elevata capacità di ricarica, fornendo una corrente di carica iniziale di circa 5-10A; La funzione di autocontrollo può simulare una situazione di interruzione di corrente ed entrare in modalità batteria per l'alimentazione. Questa funzione può essere eseguita in qualsiasi momento tramite il pulsante di autocontrollo sul pannello o in combinazione con il software di monitoraggio; Il forte sistema anti-interferenza, progettato in conformità con gli standard internazionali della serie EN50091-2 e IEC61000-4, migliora efficacemente la sicurezza e l'affidabilità dell'uso dell'UPS; Può essere utilizzato insieme a un generatore, con un'ampia gamma di tensione e frequenza di ingresso, consentendone l'utilizzo insieme alle principali marche di generatori per un periodo di tempo più lungo. Allo stesso tempo, rimuove efficacemente la scarsa potenza generata dal generatore, fornendo una fonte di energia pura, sicura e stabile per il carico; Può gestire carichi induttivi; Scarica il software. Per rendere la gestione dell'UPS più comoda ed efficace per gli utenti, sul sito web è possibile scaricare gratuitamente il software di monitoraggio per ottenere una gestione intelligente; Slot, dotato di Slot Intelligente. Gli utenti possono scegliere una scheda AS400 per fornire segnali di comunicazione standard IBM AS400. Gli utenti possono utilizzare l'interfaccia AS400 per il display remoto, inclusi allarmi sonori e display luminosi. In alternativa, è possibile acquistare una scheda WinPower CMC (scheda di monitoraggio centralizzato) e utilizzare un software di monitoraggio per consentire a un computer di monitorare simultaneamente lo stato operativo di più sistemi UPS online locali.
Altri tipi di UPS
Compresi UPS tower e UPS modulari. Tower UPS ha una struttura trifase indipendente, con una bassa probabilità di guasto dei componenti interni e tempi di manutenzione brevi, che lo rendono adatto a data center di alto livello. L'UPS modulare ottiene la ridondanza del modulo di alimentazione attraverso il funzionamento in parallelo, che presenta i vantaggi di un costo macchina singolo inferiore e di un'efficienza leggermente superiore, ma ha un tasso di guasto più elevato.
Le macchine ad alta frequenza e gli alimentatori UPS modulari presentano alcuni vantaggi e svantaggi unici. L'alimentatore UPS per macchine ad alta frequenza, noto anche come UPS modulare ad alta frequenza, adotta un design modulare ad alta intelligenza a cassetto. Può soddisfare i requisiti di potenza in ingresso e affidabilità aggiungendo o rimuovendo moduli UPS nell'armadio, con grande flessibilità e ottenendo il miglior rapporto costo-efficacia. È dotato di funzionalità di facile collegamento e scollegamento, che non solo soddisfa i requisiti di potenza e affidabilità aggiungendo o rimuovendo moduli all'interno dell'armadio, ma consente anche la manutenzione online purché la ridondanza lo consenta, ottenendo tempi di riparazione pari a zero. L'adozione della tecnologia di controllo completo, che raccoglie risultati tecnologici avanzati nei campi dell'elettronica di potenza e del controllo automatico, rappresenta una pietra miliare nella rivoluzione tecnologica del settore degli UPS. L'alimentatore UPS ad alta frequenza ha dimensioni ridotte e peso leggero; Forte adattabilità alle fluttuazioni della tensione di rete; Il fattore di potenza in ingresso dell'alimentazione di rete può raggiungere 0,99 o superiore, riducendo il contenuto armonico della corrente in ingresso di rete a meno del 5%, riducendo al minimo l'inquinamento della rete elettrica di rete ed eliminando il rumore udibile (compresi quelli elettrici). e rumore meccanico). Ma le macchine ad alta frequenza devono utilizzare IGBT ad alta frequenza che possono funzionare negli UPS da 20kHz. Questi IGBT sono costosi, hanno fornitura limitata, aree di lavoro ristrette di tensione e corrente, scarsa resistenza agli urti, bassa affidabilità e tassi di guasto elevati.
L'UPS modulare è un sistema che separa i componenti di potenza dell'UPS ad alta frequenza in singoli moduli di potenza, che vengono poi emessi in parallelo. Inoltre, anche il modulo di commutazione bypass e l'unità di controllo sono realizzati in unità modulari, in modo che l'intero UPS sia composto da moduli impilati. La caratteristica più importante degli UPS modulari è che la parte di alimentazione può facilmente ottenere la funzione di ridondanza. Finché la potenza in eccesso della capacità di carico dell'UPS è maggiore della potenza di un singolo modulo, la parte di alimentazione dell'UPS può raggiungere la ridondanza "N+1", migliorando così l'affidabilità dell'alimentazione dell'UPS. Un altro vantaggio degli UPS modulari è la sua elevata disponibilità. Quando un modulo si guasta, può essere sostituito direttamente, con tempi di riparazione molto brevi e una manutenzione conveniente. Inoltre, gli UPS modulari menzionano spesso il modello "crescita investendo", il che significa che gli utenti possono acquistare meno moduli di alimentazione durante la costruzione iniziale e quindi acquistare moduli di alimentazione per l'espansione dell'UPS dopo che il numero di dispositivi utente aumenta durante la crescita aziendale. La struttura del sistema degli UPS modulari è altamente flessibile e il concetto di progettazione dei moduli di potenza prevede che possano essere facilmente rimossi e installati durante il funzionamento del sistema senza influire sul funzionamento e sulla resa del sistema, consentendo la pianificazione degli investimenti per ottenere "espansione su richiesta" e consentendo utenti per ottenere una "crescita dinamica" con lo sviluppo del business. Ciò non solo soddisfa l'espansione su richiesta delle apparecchiature nella fase successiva, ma riduce anche il costo di acquisto iniziale.