Nepertraukiamojo maitinimo šaltinis (angl. UPS - Uninterruptable Power Source) - tai įrenginys, jungiamas tarp maitinimo šaltinio (pvz., 220V tinklo rozetės) ir elektros energijos vartotojo (kompiuterio, mini telefono stoties, buitinės technikos ir t.t.). Pagrindinė jo paskirtis yra užtikrinti nepertraukiamą energijos tiekimą, net dingus pagrindinio maitinimo šaltinio įtampai, bei apsaugoti elektros įrangą nuo energijos tiekimo sutrikimų.
Jeigu pažiūrėti plačiąja prasme, prie nepertraukiamojo maitinimo šaltinių galima priskirti daug ką, pradedant kompiuterio baterija, maitinančia CMOS mikroschemą, baigiant poros šimtų kilovatų dyzeliniu generatoriumi. UPS sistemose yra naudojamas akumuliatorius, kurio sukaupta elektros energija yra panaudojama užtikrinti nepertraukiamam energijos tiekimui nutrūkus elektros tiekimui iš tinklo.
Pagrindinės UPS Funkcijos
Šie įrenginiai atlieka dvi pagrindines funkcijas:
- Apsaugo įrangą nuo įtampos svyravimų - laikinų įtampos šuolių bei kritimų.
- Užtikrina elektros energijos tiekimą laikinai dingus elektros tiekimui iš elektros tinklo.
UPS Topologijos ir Veikimo Principai
UPS industrijoje naudojama daugybė scheminių sprendimų, tačiau taip jau susiklostė, kad egzistuoja kelios tipinės topologijos. Pagal nepertraukiamojo maitinimo šaltinio architektūrą yra išskiriami keli pagrindiniai tipai.
„Off-line“ (Rezervinio Maitinimo Šaltinio) Topologija
Tai paprasčiausia rezervinio maitinimo šaltinio topologija, turinti du darbo režimus: Standby ir On-line. Elektros energija normaliu darbo režimu yra tiesiogiai perduodama iš elektros tinklo.
- Tinklo įtampa patenka į EMI/RFI (ElectroMagnetic Interference and Radio Frequency Interference) trukdžių slopintuvą, kuris saugo UPS elektroniką ir maitinamą aparatūrą nuo žaibo bei trumpų, bet galingų trukdžių ir dažniausiai daromas iš metalo oksido varistorių.
- Šiame režime atliekamas akumuliatorių baterijos krovimas. Jeigu jie įkrauti, krautuvas pereina į palaikymo režimą, kurio metu kompensuojamas vidinis akumuliatorių nuotėkis.
Tinklo įtampai patekus už leistinų ribų, komutatorius perjungia UPS apkrovą prie DC-AC keitiklio išėjimo. UPS pereina į On-line režimą, įjungiamas DC-AC keitiklis, kuris, naudodamas akumuliatorių energiją, apkrovai generuoja kintamą 50Hz, 300V (220V efektinė) amplitudės sinuso arba stačiakampės formos įtampą.
Kadangi akimirksniu keitiklis pasileisti, o komutatoriaus kontaktai persijungti negali, apkrovos maitinimas trumpam laikui („transfer time“) bus nutrauktas. Toks perjungimo laikas gali trukti iki 10ms, todėl tokia sistema nerekomenduojama itin jautrių įrenginių apsaugai, tačiau daugeliui buitinės elektronikos įrenginių toks trumpas elektros tiekimo sutrikimas yra saugus.
Tinklo įtampai peržengus leistinas ribas, perjungimas į režimą On-line atliekamas iš karto, o sugrįžimas atgal į režimą Standby - su keleto sekundžių būtinu užlaikymu. Tai leidžia išvengti bereikalingų režimo perjungimų, kai tinkle vienas po kito seka eilė įtampos šuolių. Ši schema neturi stabilizacijos galimybės Standby režime ir atitinkamai bet kokio tinklo įtampos šuolio metu ji persijungia į On-line režimą. Daugumos šio tipo UPS išėjimo įtampos forma - stačiakampė aproksimacija, o ne sinusas, todėl tokie šaltiniai ir On-line režime neturi išėjimo įtampos stabilizacijos. Dėl neharmoninės įtampos išėjimo formos jie nelabai tinka maitinti induktyvinę apkrovą (didesni nuostoliai transformatorių ir variklių šerdyse).
„Line-interactive“ Topologija
Ši topologija taip pat veikia „Of-line“ principu, bet šioje schemoje AC/DC keitiklis visada prijungtas prie UPS išėjimo, o jo veikimo principas gana sudėtingas. Tai „off-line“ ir „online“ sistemų kombinacija - inverteris atlieka dvi funkcijas: esant normaliam energijos tiekimui iš tinklo krauna akumuliatorių bei kontroliuoja išeinančią įtampą (AVR - automatic voltage regulation), o nutrūkus elektros tiekimui - veikia kaip įprastinis „offline“ inverteris.
Tinklo įtampa patenka į impulsų slopintuvą ir trukdžių filtrą. Jeigu įtampa normos ribose, komutatoriaus K1 kontaktai perduoda ją įtampos „stabilizatoriaus“ (AVR) komutatoriams K2 bei K3 ir per išėjimo rėlę K4 įtampa patenka į apkrovą. Tinklo įtampos reikšmei esant normos ribose, AC/DC keitiklis atlieka krautuvo funkciją. Komutatoriai K2 bei K3 naudojami išėjimo įtampos korekcijos režimams BOOST ir TRIM. Jeigu, pavyzdžiui, maitinimo įtampa padidėjo ir peržengė leistiną ribą, komutatoriai K2 ir K3 nuosekliai pagrindinei apvijai W1 prijungia papildomą apviją W3. Jeigu tinklo įtampa dėl kažkokių priežasčių sumažėjo, komutatoriai K2 ir K3 papildomą apviją W3 prijungia atvirkščiai. Didesnis už vienetą, o išėjimo įtampa padidinama 10-20% (režimas Smart BOOST). Perjungimo histerezės slenksčius galima nustatyti su APC programa „PowerChute“.
Šio tipo UPS esanti stabilizacijos galimybė negalima vadinti pilnaverte, nes realizuojama paprasčiausiai komutuojant papildomą keitiklio transformatoriaus apviją ir jos 3 žingsnių diapazonas sudaro tik apie 10-20% į kiekvieną pusę. Tinklo įtampai nukrypus dar daugiau arba dingus visiškai, atsijungia komutatoriai K1, K2, K3, įsijungia galingas AC/DC keitiklis, kuris maitinamas iš akumuliatorių baterijos ir veikia impulso pločio moduliacijos principu. Perjungimo metu keitiklis pratęsia tinklo įtampos svyravimo fazę, taip sumažinama pereinamojo proceso amplitudė ir trukmė. Ši schema turi 3 pakopų įtampos korekcijos galimybę Standby režime ir atitinkamai nedidelių tinklo įtampos šuolių metu ji nepersijungia į On-line režimą ir nenaudoja akumuliatorių energijos.
„On-line“ (Dvigubos Konversijos) Topologija
Iš pirmo žvilgsnio, On-line UPS topologija gali atrodyti nesudėtinga ir niekuo nesiskirti nuo paprastos Of-line topologijos. Tačiau keitiklis šioje schemoje veikia pastoviai, ir dingus maitinimo tinklo įtampai jo darbo režimas nesikeičia. „Online“ technologija veikia dvigubos konversijos principu - iš elektros tinklo gaunama srovė konvertuojama į DC srovę (akumuliatoriaus maitinimui), o iš jos vėl konvertuojama į AC srovę įrangos maitinimui.
Energijos keitimas atliekamas dviem etapais:
- Galingas krautuvas iš kintamos 220V įtampos gamina žemesnę, nuolatinę, stabilizuotą, akumuliatorių krovimui tinkamą įtampą.
- Didžioji energijos dalis keliauja toliau į keitiklį ir vėl paverčiama į 220V kintamą įtampą.
Tinklo įtampai peržengus leistinas ribas, krautuvas išjungiamas ir visą reikiamą energiją keitikliui suteikia akumuliatoriai. Baterijų krautuvas turi būti pakankamai galingas, kad išmaitintų maksimaliai apkrautą keitiklį ir galėtų greitai pakrauti išsikrovusias akumuliatorių baterijas. Tokiu būdu energijos tiekimas yra atstatomas praktiškai be uždelsimo, išvengiama harmoninių iškraipymų, todėl „online“ sistemos yra tinkamos itin energijos tiekimo nukrypimams jautriems įrenginiams. Ši topologija naudojama tais atvejais, kai maitinama įranga labai kritiška maitinimo įtampos kokybei. Ji garantuoja aukščiausią maitinamos įrangos apsaugos lygį.
Sudėtingesnė „True On-line“ Topologija
Tai pati sudėtingiausia topologija, naudojama aukščiausios klasės nepertraukiamojo maitinimo šaltiniuose. Kaip ir ankstesnėje On-line topologijoje, pagrindinis Keitiklis #1 dirba pastoviai, o dingus tinklo įtampai jo darbo režimas nekinta. Jis maitinamas gana aukšta įtampa, nes lygintuvas dirba dvigubinimo režime, o jo išėjimo įtampa siekia apie 650V. Jei šaltinyje realizuota maitinimo įtampos formos faktoriaus korekcija, tada įtampa siekia net 800V.
Antras galingas Keitiklis #2 įsijungia tinklo avarijos atveju ir paaukština baterijų įtampą (25V - 120V - priklausomai nuo UPS galingumo) iki pagrindinio keitiklio normaliam darbui reikalingos įtampos (650V - 800V). Krautuvas jokiomis ypatingomis savybėmis nepasižymi. Šioje schemoje keitiklis veikia visą laiką ir atlieka nuolatinę išėjimo įtampos stabilizaciją, todėl ši topologija puikiai veikia esant ypač blogos kokybės maitinimo tinklui.
Beveik visi šio tipo UPS turi gerą išėjimo įtampos formą - sinusą, todėl tokie šaltiniai puikiai tinka maitinti bet kokio tipo apkrovą. Šaltiniai turi pilnavertę išėjimo įtampos stabilizaciją. Dauguma jų gali dirbti be baterijų - atlikti galingo įtampos stabilizatoriaus funkciją. Topologija pasižymi gana aukštu naudingo veiksmo koeficientu. Nors UPS keitiklis veikia pastoviai, bet energijos keitimas atliekamas vienu etapu ir naudojant didelę darbinę įtampą. Kaip ir True On-line topologija, ji naudojama tais atvejais, kai maitinama įranga labai kritiška maitinimo įtampos kokybei. Ji garantuoja aukščiausią maitinamos įrangos apsaugos lygį. Visuose šio tipo UPS keitikliai dirba impulso pločio moduliacijos principu ir formuoja stabilizuotą ir geros sinusinės formos išėjimo įtampą.
UPS Taisymo Metodai ir Gedimų Diagnostika
Susidūrus su UPS gedimu, galima pasitelkti kelis diagnostikos ir taisymo metodus, pradedant paprasčiausiais patikrinimais ir baigiant sudėtingesnėmis grandinės analizėmis.
1 metodas: Inverterio Grandinės Valdymo Šerdies Patikra
Pirmiausia patikrinkite įrenginio viduje esančio akumuliatoriaus įtampą. Jei ji normali, plokštėje nėra labai pažeistų komponentų ir keturiuose MJ4502 keitikliuose nėra jokių sutrikimų. Paleidę, išmatuokite kiekvieno integrinio grandyno VCC maitinimo šaltinį, kuris taip pat yra normalus, tačiau nėra jokių inversijos ženklų. Todėl įtariama, kad JCT yra sugadintas.
Kadangi buvo sunku rasti mašinos techninės priežiūros brėžinius ir duomenis, buvo sunku nustatyti gedimus naudojant kelio matavimo ir identifikavimo metodus. Pirmasis pakeitimas buvo inverterio grandinės valdymo šerdis Icl (sG3524), kuri buvo tiesiogiai išbandyta su „Samsung“ pagamintu KA3524. Po paleidimo keitiklis iš karto grįžo į normalią būseną, įrodydamas, kad mašinos gedimas atsirado dėl SG3524 pažeidimo.
2 metodas: Žemos Įtampos Grandinės Gedimų Nustatymas
Jei paleidus mašinos viduje nevyksta cheminė reakcija, o prijungus prie maitinimo tinklo taip pat nevyksta cheminė reakcija, šis gedimo reiškinys rodo, kad mašinos viduje esanti žemos įtampos grandinė (daugiausia valdymo grandinė) neveikia.
3 metodas: Inverterio Išėjimo ir Perjungimo Grandinės Analizė
Jei yra informacijos, rodančios, kad keitiklis neveikia arba keitiklio indikatoriaus lemputė mirksi, tuomet turime įsigilinti į grandinę, kad nuodugniai apžiūrėtume keitiklio išėjimo ir keitiklio išėjimo perjungimo grandinę. Tai priklauso nuo remonto darbuose sukauptos patirties ir praktinių įgūdžių.
4 metodas: Akumuliatoriaus ir Žemos Įtampos Saugiklio Patikra
Patikrinkite, ar mašinos viduje esantis žemos įtampos saugiklis yra normalus, o abiejose akumuliatoriaus pusėse yra tik mažesnė nei 5 V įtampa. Pakeiskite jį nauja baterija, įkiškite maitinimo kištuką į elektros tinklą ir nedelsdami įjunkite. Įkrovimo atveju (atkreipkite dėmesį į saugumą), ištraukite naują bateriją ir prijunkite originalią.
5 metodas: Akumuliatoriaus Įtampos Matavimas
Akumuliatoriaus kokybę galima atskirti išmatavus, ar abiejose baterijos pusėse yra 12V įtampa (modelių, kuriuose maitinimui naudojami nuosekliai sujungti du ar trys akumuliatorių komplektai, kiekviena baterija turi būti 12 V).