Utrzymanie jakości energii elektrycznej w systemach zautomatyzowanych

Zasilacze awaryjne (UPS) stanowią uzupełnienie generatorów w krytycznych zastosowaniach

Zasilacze awaryjne (UPS) i generatory do zasilania rezerwowego zapewniają ciągłość pracy podczas przerw w dostawie energii i spadków napięcia. Zasilacze awaryjne (UPS) wykorzystują akumulatory i są zwykle zaprojektowane tak, aby dostarczać zasilanie przez okres od kilku minut do kilku godzin. Generatory służą do wytwarzania energii przez dłuższy czas i wykorzystują silnik, a ich działanie jest ograniczone jedynie dostępnością paliwa.

Zasilacze awaryjne (UPS) reagują natychmiast na zanik zasilania, zapewniając nieprzerwane zasilanie. Z drugiej strony generatory mają czas rozruchu wynoszący co najmniej kilka sekund. W zastosowaniach, w których wymagane jest zasilanie ciągłe, zasilacz awaryjny (UPS) musi współpracować z generatorem, aby dostarczać energię podczas uruchamiania generatora.

Ilustracja 6: Zasilacz bezprzerwowy (UPS) 24V= 5A jest montowany na szynie DIN i zapewnia do 25 minut zasilania rezerwowego przy pełnym obciążeniu. (Źródło ilustracji:© Phoenix Contact)

Zasilacze awaryjne (UPS) chronią urządzenia przed zanikiem zasilania. Zasilacze awaryjne (UPS) typu offline lub zależne od napięcia i częstotliwości są najbardziej ekonomiczne, ale mają dwie główne wady:

• W normalnych warunkach zasilacze awaryjne (UPS) typu offline przekazują prąd z pominięciem akumulatora bezpośrednio do wyjścia. Gdy obwód zasilacza UPS wykryje zanik zasilania, przełącznik łączy akumulator z wyjściem poprzez przemiennik. Oznacza to, że przerwa w zasilaniu może trwać nawet 25ms.
• Oprócz tego zasilacze awaryjne UPS typu offline zapewniają niewielką lub żadną ochronę przed innymi problemami z jakością zasilania, takimi jak udary i szumy.

Natomiast zasilacze awaryjne (UPS) typu line-interactive lub niezależnego od napięcia (VI) działają zasadniczo w taki sam sposób, jak zasilacze UPS zależne od napięcia i częstotliwości, ale są wyposażone w dodatkowy stabilizator napięcia, który poprawia jakość mocy wyjściowej podczas normalnej pracy. W takich układach wciąż występuje pewien czas przełączania, podczas którego następuje przerwa w zasilaniu. Trwa ona zwykle zaledwie ok. 5ms, czyli znacznie mniej niż wynosi czas podtrzymania w przypadku większości zasilaczy.

Jeszcze wyżej poprzeczkę w zakresie zasilania podnoszą zasilacze UPS typu online, zapewniając najlepszą ochronę. Są one znane również jako zasilacze UPS niezależne od napięcia i częstotliwości. W zasilaczach UPS odbiornik nie jest bezpośrednio podłączony do sieci zasilającej, ale zawsze jest zasilany z akumulatora układowego, który jest stale ładowany z sieci zasilającej. Zasilanie sieciowe jest przekształcane na napięcie akumulatora i prostowane na prąd stały, dzięki czemu może ładować akumulator. Energia z akumulatora jest następnie przekształcana na prąd zmienny, którego napięcie jest podwyższane do napięcia sieciowego przez inny transformator. Oznacza to, że problemy z jakością energii zasilającej nie wpływają na wyjście i zapewnione są bardzo wysokie poziomy jakości energii i ochrony. Jednak skutkuje to również znacznie niższą sprawnością energetyczną i wyższymi kosztami początkowymi zasilaczy UPS.

W przypadku wszystkich odbiorników, z wyjątkiem najbardziej wrażliwych i krytycznych, lepszym wyborem jest zasilacz UPS typu offline połączony z zasilaczem o wystarczającym czasie podtrzymania.

Podsumowanie

Określenie wymagań konstrukcyjnych dotyczących jakości energii jest pierwszym krokiem do zapobiegania przestojom i ponoszeniu kosztów eksploatacji związanym z „brudną” energią sieciową, szumem elektrycznym i harmonicznymi. Wymagania te różnią się znacznie w zależności od konstrukcji maszyny i jej funkcji. Jednak po zdefiniowaniu tych parametrów inżynierowie projektanci mogą odpowiednio określić specyfikacje zasilaczy z filtrami, tłumieniem udarów, zasilaniem awaryjnym i kondycjonowaniem energii. Może to znacznie poprawić niezawodność zautomatyzowanych urządzeń.