Váltakozó áramú szünetmentes tápegységek

Mi a szünetmentes tápegység?

A klasszikus értelemben vett szünetmentes tápegység, vagy más néven UPS (Uninterruptible Power Supply) egy olyan eszköz, ami hálózati áramellátásból fakadó hibákat (pl. feszültségesések, rövid ideig tartó áramkimaradások vagy hosszabb áramkimaradások) áthidalja, így biztosítja a fogyasztók áramellátását és hálózati ellátás ingadozásából származó meghibásodások elkerülését.

A szünetmentes tápegységeknek számos topológiája létezik (mint pl. online, vonal interaktív, offline). A különböző topológiájú UPS-ek különböző előnyökkel és gyengeségekkel rendelkeznek. Így a megfelelő szünetmentes rendszer kiválasztásához, az ellátni kívánt fogyasztókat és azok funkcióját illetve környezetét is teljes mértékben ismerni kell.

Milyen típusú szünetmentes tápegységek léteznek?

• Offline (Készenléti) UPS: Az offline szünetmentes tápegység vagy más néven VFD a fogyasztókat közvetlenül egy relén keresztül látja el, ha a hálózati áramellátás problémamentes. Ha a hálózati áramellátás megszűnt vagy a feszültségingadozások nagyok, akkor  a relé a fogyasztókat az inverter kimenetére kapcsolja. Az átkapcsolási idő jellemzően 4-8ms. Amikor a Készenléti szünetmentes tápegység normál üzemben a hálózatról látja el a fogyasztókat, az inverter nem üzemel, így annak hőtermelésével és üresjárati áramfelvételével sem kell számolnunk. Legtöbb esetben az online szünetmentes rendszerekhez képest a fogyasztása hosszútávon kedvezőbb, kisebb hőtermelése miatt a keletkezett hő elvezetését nem igényli. A kapcsolási idő tekintetében az Offline rendszerek alulmaradnak az Online rendszerekkel szemben. Jellemzően az offline UPS berendezések négyszögjel kimenetű inverterrel szeretlek, de különböző gyártóktól függően lehetnek tiszta szinuszhullámú kimenetűek is. A legtöbb gyártó az offline szünetmentes tápegységeket csak 1500VA teljesítményig gyártja, azonban vannak olyan inverter/töltő készülékek több száz kW teljesítményig, melyek tökéletes alapot biztosítanak offline szünetmentes áramellátó rendszerek kiépítéséhez.

• Online UPS (VFI UPS): Kettős átalakítású, vagy dupla konverziós Online UPS –nek is szokták hívni utalva ezzel a szünetmentes rendszeren belül történő váltóáramról egyenárammá történő oda vissza átalakításra (váltóáram→egyenáram→váltóáram). A szünetmentes a hálózati feszültséget egyenirányítja, tölti az akkumulátortelepet és az egyenfeszültségből egy inverter segítségével előállítja a hálózatival megegyező feszültséget. A Váltakozó áramú bemenet kiesése esetén nem beszélhetünk átkapcsolási időről, hiszen az áramellátás folyamatosan egy „áramúton” történik. A 10 kVA feletti teljesítményű UPS- ek esetében szinte mindig ezt a konstrukciót használják. Ugyanakkor a folyamatos energia átalakítás miatt a hatásfoka elmarad az offline rendszerekhez képest, és az energia átalakításból származó termelt hő elvezetésével is számolni kell. Az energiaátalakító és -tároló összetevők folyamatos elhasználódása miatt a megbízhatóságuk más rendszerekhez képest alacsony. Tiszta szinuszhullámú kimenetének és kapcsolási idő nélküli működésének egyes alkalmazásokban előnye megkérdőjelezhetetlen más topológiájú szünetmentes rendszerekhez képest.

• Vonal-interaktív UPS (line-interactive UPS): A line-interactive szünetmentes tápegység talán a legelterjedtebb megoldás a piacon 1÷3kVA teljesítménytartományban. A vonal-interaktív topológiánál az UPS nem csak szűri a hálózati feszültséget, de a bemeneti feszültség korrekciója bizonyos feszültségtartományon belül akkumulátoros üzemre váltás nélkül is megvalósul. A felügyeleti elektronika folyamatosan figyeli a hálózati feszültség minőségét és a kismértékű feszültségingadozásokat egy elektronikusan szabályozott transzformátorral korrigálja. Amikor a hálózati ellátás megfelelő az egyenirányító tölti az akkumulátortelepet, míg az inverter jellemzően valamilyen energiatakarékos állapotban van. Amikor a bejövő áramellátás megszűnik vagy a feszültségingadozás olyan nagy, hogy az a fogyasztók nem megfelelő működéséhez vezetne, akkor az inverter veszi át a fogyasztók ellátását. Mivel az inverter folyamatosan üzemel és kapcsolatban áll a kimenettel a vonal-interaktív UPS-ek átkapcsolási ideje jóval rövidebb a készenléti rendszerekénél. Az Offline rendszerekhez képest jóval gyakoribb akkumulátorhasználat az akkumulátorok idő előtti elhasználódásához vezet. Az inverter megtervezésekor szempont, hogy meghibásodása ne gátolja a váltakozó áramú bemenet és a kimenet kapcsolatát. Ennek előnye, hogy a rendszerben nem lesz olyan aktív elem, aminek a meghibásodása teljes leállást eredményez. A line-interactive szünetmentes tápegységek előnye más topológiájú társaihoz képest a magas hatásfok, a kis helyigény, költséghatékonyság és magas megbízhatóság. Ha szeretnénk bizonyos fokú szűrést és nem jelent problémát a 4ms körüli átkapcsolási idő, akkor ilyen ebrendezésre van szükség.