ĆWICZENIE 5 BADANIE ZASILACZY UPS

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 5 BADANIE ZASILACZY UPS Cel ćwicenia: aponanie budową i asadą diałania podstawowych typów asilacy UPS ora pomiar wybranych ich parametrów i charakterystyk Podstawy teoretycne Wstęp Zasilac UPS (ang. UPS uninterruptible power supply) to energoelektronicne urądenie prenacone do apewnienia beprerwowej pracy odbiorników wrażliwych na prerwy asilaniu, wahania napięcia ora akłócenia występujące w sieci asilającej. W prypadku awarii sieci elektroenergetycnej asilac UPS umożliwia dostarcenie energii odbiornikom baterii akumulatorów, utrymując stałe parametry napięcia asilania. Dodatkowo asilace UPS eliminują akłócenia pochodące sieci energetycnej i w raie potreby iolują dołącone do nich urądenia od sieci elektroenergetycnej. Dięki temu wykluca się możliwość uskodenia sprętu, oprogramowania a także nieprewidywalnego diałania urądeń. Prawidłowe diałanie układów elektronicnych ależy od ciągłych i nieakłóconych dostaw energii elektrycnej. Do akłóceń sieci energetycnej alicyć można: chwilowe spadki napięć, wahania cęstotliwości, prepięcia itp., które powywoływane mogą być pre wiele źródeł ewnętrnych. W sposób negatywny na pracę urądeń elektronicnych mogą wpływać: pracujące komutatorowe masyny elektrycne, wyładowania atmosferycne, elektronicne urądenia do komunikacji (radiostacja, radio CB, telefon komórkowy) i wiele innych. Stosunkowo skutecnym środkiem abepiecającym pred diałaniem więksości wyżej wymienionych akłóceń jest astosowanie asilaca UPS, który powala na pracę w prypadku aniku asilania ora poprawia jego jakość (amplitudę ora cęstotliwość) eliminując akłócenia. Zasilac UPS powinna cechować: niska awartość wyżsych harmonicnych napięcia wyjściowego, odpowiednio krótki cas reakcji na mianę parametrów sieci asilającej i odpowiednio długi cas podtrymania asilania. Zasilace UPS nalały astosowanie międy innymi w następujących diedinach: technice komputerowej, systemach kontrolno pomiarowych,

2 Zasilanie urądeń. Laboratorium 104 systemach alarmowych, systemach bepieceństwa, systemach telekomunikacyjnych, w układach automatyki premysłowej, w aparature oświetleniowej i medycnej. Różnorodność astosowań UPS wiąże się e spełnieniem wymagań odbiorców dotycących stopnia ciągłości i jakości asilania w serokim akresie mocy wyjściowej pocąwsy od kilkudiesięciu watów do kilku megawatów System asilania gwarantowanego Prystępując do projektowania systemu asilania gwarantowanego w pierwsej kolejności należy opracować schemat blokowy budowanego systemu. W schemacie tym należy uwględnić wybór typu asilaca UPS e wględu na nieawodność systemu, sposób połąceń odbiorników ora grupy odbiorników. Istotnym punktu widenia systemu asilania gwarantowanego jest podiał odbiorników na grupy. Uwględniając nacenie odbiorników i wymagany cas podtrymania asilania. W niektórych odbiornikach praca może być akońcona bepośrednio po aniku inne powinny pracować jak najdłużej niektóre aś nie powinny być w ogóle wyłącane. Wyłącenie cęści odbiorników powoduje oscędności energii gromadonej w akumulatorach asilacy UPS, która może być wykorystana do asilania odbiorników wymagających nacnie dłużsego casu podtrymania. Zróżnicowane wymagania dotycące pewności asilania wymusiły wprowadenie klasyfikacji odbiorników energii elektrycnej na kategorie asilania: odbiorniki III kategorii asilania, dla których dowolnie długa prerwa w dostawie energii elektrycnej nie powoduje żadnych negatywnych skutków, odbiorniki II kategorii asilania, dla których krótka prerwa w dostawi energii elektrycnej (nie prekracająca kilku minut) nie spowoduje negatywnych skutków, odbiorniki I kategorii asilania, są to odbiorniki dla których nawet krótka prerwa w dostawie energii elektrycnej może skutkować niewłaściwą pracą urądeń ratujących życie lub powodujących prerwanie procesu produkcyjnego. Na rys. 5.1 apreentowano schemat asilania odbiorów w ależności od ich kategorii ora podiałem na obwody asilania awaryjnego i gwarantowanego. Preentowany system składa się trech rodielnic. Do pierwsej nich podłącone są odbiorniki III kategorii

3 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 105 asilania ora układ samocynnego asilania reerwy SZR. Do układu SZR w systemie tym podłącony ostał agregat prądotwórcy jako alternatywne źródło asilania na które prełącana jest instalacja elektrycna po awarii głównego źródła asilania. Załącenie agregatu prądotwórcego popre układ SZR może nastąpić po casie niebędnym do uruchomienia agregatu prądotwórcego dlatego pryłącone w tym miejscu mogą być odbiorniki nie wymagające asilania beprerwowego. Do rodielnicy napięcia awaryjnego dołącony jest układ asilania gwarantowanego. Rys Schemat blokowy systemu asilania gwarantowanego i awaryjnego W ależności od romiescenia odbiorników można wyróżnić następujące konfiguracje systemów asilania gwarantowanego: centralny, roprosony ora miesany. Schemat centralnego systemu asilania predstawiono na rys Zasilac astosowany w tym systemie jest awycaj wykonany w technologii on line (scegółowy opis poscególnych konstrukcji asilacy UPS amiescony ostał w dalsej cęści podręcnika)

4 Zasilanie urądeń. Laboratorium 106 wyposażony dodatkowo w moduł stabiliatora napięcia sinusoidalnego na wyjściu. Podwójne pretwaranie napięcia w tym asilacu powoduje że obwód wyjściowy asilaca jest nieależny i odseparowany od obwodu wejściowego. Zmiany, akłócenia cy prerwy w prebiegu asilającym na wejściu asilaca awaryjnego nie wpływają na jego napięcie wyjściowe. Rys Schemat blokowy centralnego systemu asilania gwarantowanego W wielu prypadkach asilace tego typu prystosowane są do pracy równoległej, co powala na wrost gwarantowanej mocy dla chronionych urądeń i apewnia nadmiarowość pry asilaniu obciążeń. Uskodenie jednego asilacy UPS pracujących równolegle nie powoduje awarii w asilaniu, ponieważ obciążenie prejmują na siebie poostałe asilace pracujące równolegle. Centralny system asilania stosowany jest w prypadku instalacji amkniętych, prenaconych do określonych adań. Zapewnione musi być wydielone (klimatyowane) pomiescenie dla UPS ora specjalna dedykowana instalacja elektrycna. Do walorów tego typu układu można alicyć łatwy nadór nad asilacem UPS. Roprosony system asilania gwarantowanego (rys. 5.3) stosowany jest w prypadkach jego dynamicnego i nieprewidywalnego rowoju ora w sytuacjach, gdie istotne są niskie kosty inwestycji. Zastosowanie w tym systemie asilacy nie wymaga modyfikacji istniejącej instalacji asilającej. Zasilace astosowane w tym systemie wykonane są w technologii line interactive. Ze wględu na swoje małe romiary i odpowiednią konstrukcję odporną na warunki ewnętrne nie wymagają wydielonych klimatyowanych pomiesceń. Roprosony system asilania może rowijać się wra rosnącą licbą urądeń wymagających ochrony (jedno urądenie jeden optymaliowany pod wględem mocy asilac awaryjny). Uskodenie jednego asilaca eliminuje ochrony tylko to ochraniane pre dany UPS urądenie nie powodując awarii całego systemu. Wadą

5 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 107 tak budowanego systemu asilania awaryjnego jest słaba separacja chronionych urądeń od sieci asilającej podcas pracy normalnej ora utrudniony nadór nad dużą licbą małych asilacy UPS. Rys Schemat blokowy roprosonego systemu asilania gwarantowanego Pośrednim rowiąaniem asilania gwarantowanego jest astosowanie systemu miesanego w którym w preciwieństwie do roprosonego systemu asilania można wyróżnić podiał na obwody o mniejsym lub więksym naceniu strategicnym. Obwody o więksym naceniu strategicnym chronione są asilacami on line aś poostałe obwody asilacami line interactive Klasyfikacja asilacy UPS Na rynku spotkać można wiele różnych typów asilacy UPS. Różni producenci wytwarają wykle modele o podobnych konstrukcjach ale nacnie różniące się asadą diałania. Zidentyfikowanie danego rodaju asilaca będie możliwe po aponaniu się podstawowymi typami ich konstrukcji. Poniżsa klasyfikacja opracowana ostała na podstawie normy PN-EN :2005 Systemy beprerwowego asilania (UPS). Cęść 3: Metody określania właściwości i wymagań dotycące badań. Według proponowanej klasyfikacji asilace UPS dielimy na: pojedynce równoległe nadmiarowe Zasilace UPS pojedynce

6 Zasilanie urądeń. Laboratorium 108 Grupę asilacy pojedyncych można podielić na dwie podgrupy. Pierwsą nich są układy budowane prostowników, baterii akumulatorów i falownika. Drugą podgrupę prostowników pojedyncych stanowią układy pierwsej podgrupy wyposażone dodatkowo w obwód obejściowy. Do układów nie wyposażonych w obwód obejściowy należą: pojedyncy UPS e wspólnym prostownikiem dla falownika i akumulatorów (rys. 5.4), pojedyncy UPS oddielnym ładowaniem baterii (rys. 5.5) ora pojedyncy UPS wyjściami prądu stałego i premiennego (rys. 5.6). Rys Schemat pojedyncego UPS-a wspólnym prostownikiem dla falownika i baterii. Rys Schemat pojedyncego UPS-a oddielnym ładowaniem akumulatorów. W układie, którego schemat predstawiono na rys. 5.4 energia w casie pracy normalnej dostarcana jest do odbiornika układu składającego się prostownika i falownika. Dodatkowo układ prostownika powinien utrymywać baterie akumulatorów w stanie naładowanym. W prypadku uskodenia wejścia źródła prądu premiennego lub aniku napięcia, energia do falownika dostarcana ostaje baterii akumulatorów. Rodaj

7 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 109 baterii ora jej pojemność będą warunkowały cas pracy układu be asilania prądem premiennym na wejściu. Wymagania dotycące prostownika asilającego falowniki ora ładującego baterię akumulatorów mogą być e sobą sprecne, ponieważ parametry napięcia asilania układu falownika mogą nie być identycne parametrami napięcia ładowania baterii akumulatorów. Rowiąaniem tego problemu może być astosowanie w asilacu oddielnego układu do ładowania baterii akumulatorów (rys 5.5). W asilacu tym należy również astosować separator obwodów prądu stałego którym może być dioda, tyrystor lub łącnik. W niektórych prypadkach opróc źródeł beprerwowego asilania prądu premiennego dodatkowo jest potreba agwarantowania ciągłości asilania w obwodach prądu stałego. Schemat blokowy takiego asilaca apreentowano na rys Wyjście obwodów prądu stałego w takim układie podłącone jest do obwodu pośrednicącego DC (łące DC) najdującego się międy prostownikiem a falownikiem. Do łąca tego podłącona jest również bateria akumulatorów. Rys Schemat pojedyncego UPS-a wyjściami prądu stałego i premiennego. Drugą podgrupę pojedyncych asilacy UPS stanowią układy awierające obwód obejściowy (ang. by pass). Obwodu obejściowy ostanie ałącony odpowiednim prełącnikiem w następujących sytuacjach: gdy UPS ulegnie uskodeniu, wystąpią stany prejściowe prądu, obciążenie podłącone do asilaca nacnie prekrocy jego obciążenie namionowe. Zasilace odwodem obejściowym podielone ostały na: asilace podwójnym pretwaraniem, asilace o diałaniu wajemnym ora asilace bierną reerwą. Zasilac bierną reerwą pracujący w trybie VFD (ang. Voltage Frequency Dependent) wycajowo naywany off line jest najcęściej stosowanym asilacem do komputerów

8 Zasilanie urądeń. Laboratorium 110 osobistych. Schemat blokowy tego asilaca pokaano na rys Parametry napięcia wyjściowego ależne są od mian wartości skutecnej i cęstotliwości napięcia asilającego. Napięcie sieci w tym asilacu jest monitorowane pre układ kontrolujący. Jeżeli mieści się ono w granicach tolerancji urądenia asilane są bepośrednio sieci energetycnej a równoceśnie układ prostownika ładuje akumulator. Taki stan naywamy stanem pracy normalnej omawianego asilaca UPS. W prypadku pracy normalnej prełącnik Ł ustawiony jest w położeniu pry którym energia do odbiorników dostarcana jest bepośrednio sieci asilającej. W robudowanych wersjach konstrukcyjnych napięcie wyjściowe pobierane sieci może być odpowiednio filtrowane. W prypadku awarii lub akłóceń w sieci asilającej (miany amplitudy lub cęstotliwości cy aniku napięcia) prełącnik Ł mienia poycję na taką, w której odbiorniki asilane są akumulatora pre falownik. Taki stan naywamy stanem pracy awaryjnej bądź bateryjnej asilaca. Cas prełącenia, w którym odbiornik ostaje pobawiony dostaw energii wynosi od 2 do 10 ms. Rys Schemat blokowy asilaca VFD (off line) Głównymi aletami tego asilaca są: duża sprawność, niewielkie romiary i niska cena. Zasilace te mogą apewnić odpowiednią filtrację akłóceń i ochronę pred udarami. Do wad asialcy off line alicyć można słabą odporność na akłócenia premysłowe ora wprowadanie do sieci akłóceń wytworonych pre odbiorniki. Zasilac podwójnym pretwaraniem pracującym w trybie VFI (ang. Voltage Frequency Independent) potocnie wanym on line jest najcęściej stosowaną konstrukcją pry dużych mocach (więksych od 10 kva). Parametry napięcia wyjściowego tego asilaca nie ależą od mian wartości skutecnej i cęstotliwości napięcia asilającego. Z predstawionego na rys. 5.8 schematu blokowego widać, że w tej konstrukcji stosuje się

9 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 111 podwójną premianę energii. W pierwsej faie napięcie premienne sieci asilającej amieniane jest pre prostownik na napięcie stałe, po cym ostaje ono w układie falownika amienione na napięcie premienne. Zadaniem prostownika jest również ładowanie akumulatora. Taka konstrukcja apewnia uyskanie na wyjściu asilaca napięcia sinusoidalnego pobawionego jakichkolwiek akłóceń sieciowych o stabilnej cęstotliwości. Układ wejściowy tego asilaca jest galwanicnie oddielony od obwodów wyjściowych. Dla prypadku pracy normalnej w układie on line cała moc obciążenia pretwarana jest pre prostownik ora falownik, co prowadi do obniżenia sprawności układu w porównaniu asilacem off line. Dodatkowo pobierana jest niewielka moc potrebna na ładowanie akumulatora. Rys Schemat blokowy asilaca VFI (on - line) Niektóre asilace typu on line w obwodie obejściowym mogą posiadać układ składający się połąconych preciwsobnie tyrystorów sterowanych mikroprocesorem tw. bypass statycny. Głównym adaniem bypassu statycnego jest możliwe płynne prełącenie odbiorników pomiędy falownikiem, a linią asilającą. Mikroprocesorowy system monitorujący nieustannie śledi napięcie wyjściowe falownika i napięcia na linii asilającej. W raie potreby procesor steruje prełąceniem asilania pomiędy siecią asilającą i wyjściem falownika w sposób beprerwowy. Najcęstsymi powodami prełącania asilania na tor obejściowy są: prądy roruchowe ałącanych odbiorników, warcia w asilanej instalacji lub odbiorników do niej pryłąconych, chwilowe preciążenia, awaria falownika. Do alet tego rodaju asilaca alicyć można: dobrą stabiliację amplitudy i stabilną cęstotliwość napięcia wyjściowego, jak również posiadanie abepiecenia preciwprepięciowego ora brak prerw w asilaniu w prypadku wystąpienia awarii sieci.

10 Zasilanie urądeń. Laboratorium 112 Niekorystną cechą takiego rowiąania jest wysoka cena asilaca w porównaniu innymi typami. Zasilac UPS VI (ang. Voltage Independent), wycajowo naywany line interactive predstawiony na rys. 5.9, to najcęstsy typ asilaca który nalał astosowanie międy innymi w serwerach małych firm. Zasilace tego typu diałają podobnie do asilaca typu off line, ale posiadają dodatkowo regulator skokowy poiomu napięcia wyjściowego (AVR ang. Automatic Voltage Regulation), którego adaniem jest podnosenie lub obniżanie napięcia wyjściowego asilaca do poiomu napięcia namionowego be koniecności cerpania energii akumulatora. W prypadku pracy normalnej prekstałtnik stabiliuje wartość napięcia wyjściowego ora filtruje akłócenia pojawiające się na wejściu asilającym. Równoceśnie odbywa się też ładowanie akumulatora. W prypadku awaria asilania lub, kiedy parametry napięcia asilania nie spełniają ałożonych pre producenta kryteriów asilac prełąca się do pracy bateryjnej (obwód akumulator falownik) apewniając ciągłość asilania odbiorników. Cas prełącenia pracy normalnej na bateryjną wynosi od 2 do 4 ms, natomiast prełącanie pracy bateryjnej na sieciową odbywa się beprerwowo. Rys Schemat blokowy asilaca typu VI (line interactive) Niektóre konstrukcje asilacy typu line interactive mogą awierać transformator elektronicnym układem regulacji napięcia. Daje to możliwość stabiliacji napięcia w prypadku wahań napięcia wejściowego. Stabiliacja napięcia jest ważną funkcją w prypadku wystąpienia stanu byt niskiego napięcia, ponieważ w preciwnym raie asilac UPS prełącyłby się na asilanie akumulatora, a w końcu odłącył obciążenie. Zbyt cęste korystanie akumulatora może doprowadić do jego predwcesnego roładowania.

11 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS Zasilace UPS równoległe Kolejną grupę UPS ów aproponowaną w normie PN-EN stanowią asilace równoległe. Możemy je podielić na asilace cęściowo równoległe i asilace równoległe. Prykład asilaca cęściowo równoległego predstawia rys W układie tym widocne jest połącenie równoległe tylko falowników. Podobnie mogą być równoleglone bloki akumulatorowe lub prostowniki (rys. 5.11). Rys Schemat asilaca UPS cęściowo równoległego. Rys Schemat asilaca UPS równoległego.

12 Zasilanie urądeń. Laboratorium Zasilace UPS nadmiarowe Ostatnią grupą proponowanej w normie klasyfikacji UPS stanowią asilace nadmiarowe (redundantne). Na rys predstawiono asilac UPS obwodem obejściowym. W apreentowanym modelu jedna jednostek UPS asila chroniony odbiornik podcas, gdy kolejne cekają w gotowości do prejęcia obciążenia w prypadku awarii pierwsej. Jednostka uskodona jest odłącana. Rys Schemat asilaca UPS nadmiarowego prełącalnego. Rys Schemat asilaca UPS nadmiarowego równoległego. Preentowany na rys asilac nie posiada obwodu obejściowego. Try jednostki UPS pracują równolegle równomiernie rodielonym obciążeniem. Moc odbiorników asilanych powinna być mniejsa od mocy układu nadmiarowo równoległego minimum o moc jednej jednostki tworącej ten układ. W prypadku awarii którejś jednostek UPS poostałe prejmują równomiernie cęść chronionego obciążenia prypadającego na uskodoną jednostkę. Opróc predstawionych wyżej podstawowych typów asilacy można spotkać wiele innych. Prykładem takiego asilaca może być preentowany na rys asilac standbyferroreonans. W konstrukcji preentowanego asilaca stosowany jest specjalny transformator trema uwojeniami. Główny tor asilania od wejścia do wyjścia prechodi pre prełącnik i transformator. W raie awarii asilania następuje miana poycji

13 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 115 prełącnika i asilenie odbiorników baterii akumulatorów popre falownik. W casie trwania stanu nieustalonego spowodowanego prełąceniem asilaca w stan awaryjny do odbiorników oddawana jest energia gromadona w transformatore powodując erowy cas prełącenia. Transformator użyty w tej konstrukcji asilaca ma właściwości stabiliatora ferroreonansowego polegające na nienacnych mianach napięcia wyjściowego pry dużych mianach napięcia wejściowego i prądu obciążenia. Rys Reerwowe źródło asilania pracujące w trybie standby-ferroreonans. Atutami tej konstrukcji są duża nieawodność i doskonałe filtrowanie akłóceń. Niska sprawności ora niestabilność napięcia wyjściowego powoduje nacne mniejse ainteresowanie tego typu konstrukcjami. Głównym powodem spadku popularności reerwowych asilacy UPS standby-ferroreonans jest ich asadnica niestabilność w prypadku asilania nowocesnych komputerów. We wsystkich omawianych asilacach UPS kstałt i parametry napięcia wyjściowego w stanie pracy awaryjnej uależnione są od pracy falownika. Falownik jest urądeniem energoelektronicnym służącym do amiany napięcia stałego na premienne o regulowanej cęstotliwości. W asilacach UPS astosowanie nalały falowniki napięcia. Prebiegi wyjściowe falowników ależą od sposobu sterowania łącników. Stosując do sterowania łącników metodę modulacji serokości impulsów lub sterowanie wektorowe otrymamy na wyjściu falownika napięcie sinusoidalne. Pry astosowaniu prostsych metod sterowania, tj. sterowanie symetrycne, na wyjściu falownika uyskuje się falę napięcia o kstałcie prostokątnym. W celu obraowania asady diałania falownika na rys. 5.15a amiescono prykładowy schemat jednofaowego mostkowego falownika napięcia.

14 Zasilanie urądeń. Laboratorium 116 Rys Schemat jednofaowego mostkowego falownika napięcia a) ora prebiegi napięcia i prądu obciążenia anaconymi prediałami prewodenia odpowiednich par łącników b). Zapreentowano również rys. 5.15b prebiegi napięcia i prądu wyjściowego anaceniem casu prewodenia odpowiednich łącników. W preentowanym układie nie ma możliwości regulacji napięcia wyjściowego. Zmieniając cas prewodenia poscególnych par łącników reguluje się cęstotliwość napięcia wyjściowego Klasyfikacja systemów beprerwowego asilania na podstawie ich własności Klasyfikacji systemów asilania UPS na podstawie ich właściwości można dokonać a pomocą trycłonowego kodu umiesconego na asilacu (XXX YY ZZZ). Informacje awarte w tym kodie porądkuje norma PN EN Pierwsy cłon kodu (XXX) określa tryb pracy asilacy UPS. Na rynku najcęściej można spotkać asilace: pracujące w trybie VFD (typ off line), pracujące w trybie VI (typ line interactive) ora pracujące w trybie VFI (typ on line). Drugi cłon kodu (YY) określa kstałt napięcia wyjściowego. Pierwsa litera tego cłonu odnosi się do pracy normalnej lub pracy obwodem obejściowym natomiast druga litera odnosi się do pracy bateryjnej. Dla tego cłonu norma prewiduje następujące onacenia literowe: S, X ora Y. Symbol S informuje, że napięcie wyjściowe jest sinusoidalne o współcynniku awartości wyżsych harmonicnych THD U% <8% pry obciążeniu liniowym ora worcowym nieliniowym. Litera X w cłonie onaca, że napięcie wyjściowe pry obciążeniu liniowym ma parametry identycne jak te pry onaceniu literą S. Natomiast dla obciążenia nieliniowego współcynnik awartości wyżsych harmonicnych napięcia wyjściowego jest więksy od 8 %. Litera Y drugiego cłonu kodu klasyfikującego asilac UPS onaca, że napicie wyjściowej nie jest sinusoidalne a awartość wyżsych harmonicnych napięcia wyjściowego prekraca wartości granicne określone normą PN

15 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 117 EN :2003. Kstałt napięcia wyjściowego w tym prypadku określa jego producent. Treci cłon kodu klasyfikacji asilaca UPS (ZZZ) określa właściwości dynamicne na wyjściu asilaca. Pierwsa cyfra kodu określa właściwości pry mianie rodaju pracy, druga określa właściwości pry skokowej mianie obciążenia liniowego podcas pracy normalnej i bateryjnej, natomiast trecia cyfra określa właściwości pry skokowej mianie obciążenia nieliniowego arówno dla pracy normalnej jak i bateryjnej. Zgodnie normą kod ten prewiduje użycie cterech cyfr: 1, 2, 3 i 4. Cyfra 4 onaca, że dynamikę asilaca określa producent natomiast cyfry 1, 2, 3 gwarantują nie prekrocenie wymagań określonych dla klas odpowiednio 1, 2, 3, dla których klasa pierwsa jest najbardiej rygorystycną. Prebiegi charakterystyk dynamicnych na wyjściu UPS a dla odpowiednich klas ostały predstawione w normie PN EN :2005. Prykładem klasyfikacji asilaca może być następujący kod: VFI SS 111. Co onaca iż asilac takim kodem jest asilacem nieależnym wyjściem, od wahań napięcia i cęstotliwości wejściowej. Ponadto napięcie na wyjściu jest sinusoidalne be jakichkolwiek prerw wiąanych e mianą stanu pracy dla obciążenia nominalnego liniowego i nieliniowego. Predstawiony prykład kodu opisuje asilac o najwyżsej skutecności w eliminowaniu akłóceń, gwarantujący najlepse warunki asilania istotnych odbiorników Zasady doboru asilacy UPS Dokonując doboru asilacy UPS należy wrócić uwagę na następujące elementy: parametry odbiorników, parametry sieci asilającej ora wymagany cas podtrymania podcas pracy awaryjnej. W prawidłowo dobranym asilacu UPS moc cynna jak i bierna nie powinny prekrocyć wartości deklarowanych pre producenta. Należy również anacyć, że moc asilaca podawana w kartach katalogowych dotycy mocy odbiorników do niego podłąconych. Moc cynną odbiorników można wynacyć następującej ależności: P = k gdie P [kw] jest mocą cynną apotrebowania, P i jest mocą cynną i tego odbiornika który jest asilany pre UPS. Współcynnik apotrebowania k, który określa stopień apotrebowania mocy. W prypadku dużej licby odbiorów podłąconych do asilaca UPS może się okaać, że nie wsystkie nich pracują równoceśnie lub są nie w pełni obciążone. n i= 1 P i (5.1)

16 Zasilanie urądeń. Laboratorium 118 Pryjęcie pełnych mocy namionowych we wore (5.1) prowadiłoby do prewymiarowania mocy namionowej UPS. W prypadku asilania odbiorników nieliniowych wartość mocy cynnej apotrebowanej wynacana jest ależności: n Pi P = k (5.2) W w którym współcynnik niekstałcenia i tego odbiornika i= 1 i W i = THD wynacany jest na podstawie współcynnika odkstałcenia prądu, podawanego pre producenta urądenia. Moc bierna apotrebowaną Q wynaca się następującej ależności: I % 2 Q = k n i= 1 n tgϕ i Pi = k 1 1 P 2 i, (5.3) cos ϕ i= 1 i w której cosφ i jest współcynnikiem mocy i tego urądenia. Na podstawie obliconej mocy cynnej ora biernej wynaca się współcynnik mocy asilaca cos φ (5.4) ora minimalną mac poorną apotrebowania pre UPS(5.5). cos P ϕ = (5.4) 2 2 P + Q S P + Q (5.5) Moc cynna apotrebowana UPS musi być więksa lub w ostatecności równa mocy poornej wyjściowej UPS. Długość casu pracy awaryjnej asilaca UPS w dużej miere ależy od astosowanych baterii akumulatorów, które mogą być dostarcone w fabrycnych obudowach amkniętych lub na stojakach bateryjnych otwartych. Jednostki UPS małej mocy są wyposażone w baterie akumulatorów umiescone we wspólnej obudowie. Baterie w obudowach posiadają wsystkie koniecne elementy i abepiecenia potrebne do współpracy UPS, ora są bepiecne dla obsługi. Natomiast baterie na stojakach wymagają dodatkowo aprojektowania okablowania i abepieceń. Stanowią niebepieceństwo dla obsługi dlatego musą być umiescone w pomiesceniu o ograniconym dostępie albo powinny ostać w specjalny sposób odiolowane pred prypadkowym dotknięciem. 2 2

17 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS Badania laboratoryjne Badania wykonuje się na asilacach UPS wskaanych pre prowadącego ajęcia laboratoryjne. Pry każdym asilacy powinna się najdować krótka instrukcja dotycąca ałącania i wyłącania asilaca ora jego danych technicnych Badanie poiomów napięć ora casów prełącenia jednego stanu pracy UPS w drugi Pomiary napięć, pry których UPS prechodi jednego stanu pracy w drugi wykonujemy dla układu montowanego według schematu amiesconego na rysunku W preentowanym układie transformator asilany jest od strony niżsego napięcia. Badany asilac podłącamy do łącnika Ł1 popre gniado sieciowe G i prewód wtycką W. Po połąceniu układu pomiarowego należy ustawić a pomocą autotransformatora AT napięcie równe 230 V, następnie amknąć łącnik Ł1. Włącyć asilanie wyjścia UPS godnie instrukcją dla danego asilaca. Włącnikiem Ł2 ałącyć obciążenie. Z powodu ograniceń spowodowanych byt małą prekładnią sondy pomiarowej prebiegi napięcia pobierane są dielnika napięcia R1 R2. Wartości reystancji R1 i R2 dobrać w taki sposób aby sygnał mierony był w całości widocny na ekranie oscyloskopu. Rys Schemat układu pomiarowego do badania poiomów napięć ora casów prełącania jednego stanu pracy UPS w drugi Zmieniając autotransformatorem wartość skutecną napięcia wejściowego obserwować sygnaliację asilaca ora prebiegi napięcia wyjściowego a pomocą oscyloskopu. Zaobserwowane miany konfiguracji świecenia diod sygnaliacyjnych na panelu cołowym, sygnały prejściowe w napięciu wyjściowym albo sygnały dźwiękowe emitowane pre UPS świadcą o mianie stanu pracy asilaca. Po mianie stanu pracy UPS dokonujemy pomiaru poiomu napięcia wejściowego pry którym ta miana miała miejsce ora casu prejścia jednego stanu pracy w drugi. Wyniki pomiarów należy apisać w tabeli 5.1. Zarejestrować prebiegi napięcia obraujące mianę stanu pracy asilaca UPS.

18 Zasilanie urądeń. Laboratorium 120 Uwaga: pomiary casu prełącenia UPS jednego stanu pracy w drugi należy wykonać więksając podstawę casu na oscyloskopie powyżej 100 ms i odpowiednio sybko atrymując pomiar, następnie w atrymanym prebiegu należy mniejsyć podstawę casu i presunąć tak aby odnaleźć fragment w którym pokaana jest miana stanu pracy UPS. Na rys pokaano arejestrowany prykładowy prebieg napięcia na reystancji R2, na którym to prebiegu kursorami pionowymi anacony ostał cas prejścia e stanu pracy AVR w stan pracy sieciowej. Lp Rys Prykładowy prebieg prejścia UPS-a jednego stanu pracy w drugi. Tab Prejście jednego stanu Napięcie Cas prełącenia Sygnaliacja pracy w drugi prełącenia [V] [ms] miany Pomiary należy wykonać w pierwsej kolejności więksając poiom napięcia wejściowego, UPS do takiej wartości, w którym najdie się on w stanie pracy awaryjnej (awaria spowodowana wysokim poiomem napięcia wejściowego). Po cym mniejsamy poiom napięcia wejściowego do takiego poiomu, w którym asilac prechodąc kolejne stany pracy najdie się w stanie pracy awaryjnej spowodowanej byt niskim napięciem asilania. Następnie więksamy napięcie asilania aż do takiego poiomu, w którym asilac będie najdował się w stanie pracy normalnej. Należy anacyć, że poiom napięcia, w którym UPS prechodi np. e stanu pracy normalnej w stan pracy bateryjnej jest inny od poiomu napięcia pry którym następuje prejście e stanu pracy bateryjnej w normalną.

19 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS Pomiar podstawowych parametrów napięcia wyjściowego UPS. Dla każdego stanu pracy asilaca (poiom napięcia dla pracy sieciowej i AVR podaje prowadący ćwicenie) należy arejestrować prebiegi ora dokonać pomiarów: wartości skutecnej napięcia wyjściowego, symetrii wględem era napięcia wyjściowego (wartość średnia napięcia), cęstotliwości napięcia wyjściowego, wysokości prążków widma napięcia wyjściowego. Wyniki pomiarów i obliceń amieścić w tabeli 5.2. Tab Rodaj pracy asilaca Parametry napięcia wyjściowego Napięcie asilania [V] Wartość skutecna [V] Symetria wględem era [mv] Cęstotliwość [H] Pomiary wysokość prążka harmonicnej [dbv] pierwsej H 1 treciej H 3 piątej H 5 siódmej H 7 diewiątej H 9 jedenastej H 11 Oblicenia wartość skutecna n tej harmonicnej [V] pierwsej U 1 treciej U 3 piątej U 5 siódmej U 7 diewiątej U 9 jedenastej U 11 THD [%] Zawartość harmonicnych (THD ang. Total Harmonic Distortion) jest to stosunek wartości skutecnej wyżsych harmonicnych sygnału, do wartości skutecnej składowej podstawowej, można go wynacyć następującego wyrażenia THD U % = h n= 2 U U 1 2 n 100%, (5.6)

20 Zasilanie urądeń. Laboratorium 122 gdie U n jest wartością skutecną napięcia n tej harmonicnej a U 1 jest wartością skutecną pierwsej harmonicnej. Wartości skutecne napięć wynacane są na podstawie równania 5.7 dokonując pomiaru wysokości prążków kolejnych harmonicnych H n. [ V ] U n = 10 (5.7) Na podstawie pomiarów wykonać oblicenia wartości skutecnych napięć wyżsych harmonicnych ora współcynnika awartości wyżsych harmonicnych napięcia wyjściowego Badanie wpływu miany obciążenia na pracę asilaca UPS. Pomiary wpływu miany obciążenia na pracę UPS należy wykonać dla układu, którego schemat ostał amiescony na rys Należy dokonać pomiarów prądów na wejściu i wyjściu układu, mocy na wejściu ora napięcia na wyjściu dla dwóch stanów pracy asilaca tj. pracy sieciowej i AVR mieniając obciążenie do takiej wartości żeby moc obciążenia była równa mocy cynnej adeklarowanej pre producenta asilaca. Następnie należy sprawdić jaka będie reakcja UPS na prekrocenie mocy namionowej. Wyniki pomiarów należy apisać w tabeli 5.3. Do oblicenia sprawności należy posłużyć się następującą ależnością gdie P = U WY WY I WY [ dbv ] H n 20 P η = WY 100%, P WE Rys Układ do badania wpływu miany obciążenia na pracę asilaca UPS. Tab Lp. Pomiary dla pracy. U WE = [V] Oblicenia I WY U WY P WE I WE P WY η [A] [V] [W] [A] [W] [%]

21 Ćwicenie 5. Badanie asilacy UPS 123 Na podstawie pomiarów i obliceń wykreślić charakterystyki sprawności w funkcji mocy wyjściowej η=f(p WY ), prądów wejściowego i wyjściowego w funkcji mocy wyjściowej I WE, I WY =f(p WY ) ora U WY =f(i WY ) dla badanych stanów pracy Pomiar charakterystyki U WY =f(u WE ). Dla tego samego układu pomiarowego jak w poprednim punkcie należy wynacyć charakterystyki U WY =f(u WE ) dla podanych pre prowadącego stanów pracy mieniając napięcie wejściowe w akresie wynaconym na podstawie pomiarów punktu Pomiary wykonać pry adanym pre prowadącego poiomie obciążenia. Wyniki pomiarów apisać w tabeli 5.4. Tab Lp. Pomiary dla pracy I WY = [A] U WE U WY I WY P WE I WE [V] [V] [A] [W] [A] Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystyki U WY =f(u WE ) ora I WE, I WY =f(u WE ) dla badanych stanów pracy asilaca.