UPS för hushåll: syfte och specifikationer för hur den fungerar

För att upprätthålla apparaternas funktion vid nätstörningar använder man en avbrottsfri strömförsörjning. Beroende på typen av anslutna apparater och elparametrar måste man välja olika modeller. Dessa enheter är efterfrågade, så det är enkelt att köpa ett exemplar med rätt egenskaper.

Men före köpet måste man själv förstå dess egenskaper, och inte lämna den frågan till försäljningsintresserade chefer.

I detta material kommer vi att gå igenom UPS:ens enhet och funktioner, samt berätta om reglerna för dess användning.

Scheman för UPS med växelström

För hushållsbehov använder man enheter för avbrottsfri strömförsörjning som ansluts till ett enfas 220 V nät och som under en tid kan försörja enheter som kräver samma spänning vid strömavbrott.

Det finns också UPS:er som är anslutna till ett trefasnät på ingången och ger antingen 380 V eller 220 V på utgången. Men de är dyra och används när man behöver autonom effekt från 10 kVA, vilket inte krävs för hushållsbruk.

Hushålls-UPS:er med växelström delas in i följande typer baserat på funktionsschema:

• reserv (offline);
• interaktiva (linjeinteraktiva);
• dubbelkonvertering (online).

De skiljer sig i kvalitet på den utgående spänningen och pris. De billigaste är reserv, och de dyraste är dubbelkonvertering.

Den enklaste reservströmförsörjningsschemat i utförande förutsätter närvaro av ett omkopplingsrelä och passiv filtrering för att undertrycka störningar.

För omvandling av växelström till likström i laddaren används en likriktare. Och omvänd transformation sker med hjälp av en inverter.

I UPS:er använder man vanligtvis vanliga elektromekaniska reläer för att växla kretsen från nätet till batteri. Om denna komponent är av hög kvalitet räcker dess livslängd under hela UPS:ens drifttid. Men oftast, vid fel på enheten, ligger problemet just i denna konstruktionsdel.

Interaktivt schema skiljer sig från reservschema genom närvaron av en spänningsstabilisator. Den är utformad som en typisk autotransformator med direkt anslutna lindningar.

Spänningsstabilisering finns även i många hushållsapparater, så om avvikelserna är små finns det ingen mening att köpa en dyrare linjeinteraktiv modell.

Närvaron av en transformator tvingar ofta tillverkaren att använda tvungen kylning, därför är sådana UPS:er utrustade med fläktar. De avger ljud som i intensitet är jämförbart med ljudet från en dators systemenhet.

Vid online-schema sker strömförsörjningen till växelriktaren kontinuerligt från batterierna. Därför är omkopplingstiden till reservström noll vid strömavbrott.

De mest komplexa och dyra dubbelomvandlingsenheterna har också lägst verkningsgrad. Elenergin omvandlas till värme som avges av enheten. Därför måste deras användning motiveras.

Den mest betydande fördelen med denna typ av UPS är den omedelbara reaktionen på strömavbrott. Men för de flesta hushållsapparater är detta inte så viktigt. Samma datorer är vanligtvis utrustade med UPS av reserv- eller interaktiv typ.

De viktigaste parametrarna

Det finns många erbjudanden på marknaden för hushålls-UPS. För att korrekt bestämma deras avsedda användning och inte göra fel val, måste du förstå vilka parametrar som bör beaktas i första hand.

Grundläggande tekniska specifikationer

Enhetens uteffekt anger det maximalt tillåtna värdet som enheten garanterat kan leverera till konsumenten. Den mäts i volt-ampere (VA). För användarnas bekvämlighet anges ofta detta värde och i watt.

För att mäta belastningen på apparater kan du antingen använda en amperemeter eller beräkna den med hjälp av avläsningar från den installerade elmätaren i lägenheten.

Du kan mäta elförbrukningen med hjälp av en hushållsamperemeter (wattmeter) med uttag. Den anslutna apparaten måste du ställa i maximal förbrukningsläge.

Vid bestämning av datorns verkliga effekt ska du inte utgå från nätaggregatets märkeffekt, eftersom det alltid köps med marginal.

Om du inte har en amperemeter, måste du utföra följande steg:

1. Koppla bort alla kretsar i elcentralen utom den som datorn är ansluten till.
2. Koppla bort alla apparater i den kretsen.
3. Sätt på datorn och starta ett program som är typiskt för den (till exempel en video från YouTube).
4. Vänta tills elmätaren visar en ändring av tiondels kilowattvärdet.
5. Notera tiden fram till nästa ändring.

Genomsnittlig effektförbrukning (P, watt) under denna period (t, minuter) kan beräknas med formeln:

P = 100 * (60 / t)

Nästa viktiga egenskap är den autonoma arbetstiden. Denna indikator beror på belastningen som UPS-enheten upplever för tillfället. Vid maximal tillåten effekt fungerar batterierna i en hushållsapparat i 1-3 minuter. Och vid halv effekt betydligt längre (upp till 10 minuter).

Av grafen över beroendet av batteriernas autonoma tid på genomsnittlig belastning framgår att detta beroende är olinjärt. Det beror på hur batterierna laddas ur.

Härifrån följer två slutsatser:

• vid strömavbrott måste belastningen från apparaterna minskas maximalt;
• det är önskvärt att köpa en UPS med en effekt som överstiger den beräknade med minst 30%.

Ingångsspänningsområdet visar den minsta och högsta tillåtna nätspänningen utan att strömmen kopplas om till batterierna. Som regel klarar alla UPS:er ett intervall på 180-260 V.

Hos vissa tillverkare kan man hitta mycket bra (reklam) siffror, till exempel ett lägsta värde på 110 V. Här måste man kontrollera att dessa siffror gäller för maximal belastning, inte för halv belastning.

En annan viktig teknisk parameter är ljudnivån. UPS:er av linjeinteraktiv eller onlinetyp avger mycket värme, så tillverkarna installerar fläktar på dem. Om fläktarna är billiga kommer de med tiden att avge ett dån, vilket är oönskat i bostadsutrymmen.

Gränssnitt och utförande av inställningar

Enheternas utseende kan vara helt varierande. Vanligtvis har de en klassisk rektangulär form, med indikatorer eller display på framsidan och strömuttag på baksidan. Antalet är inte så viktigt eftersom man kan ansluta en förgreningsdosa med T-kontakt på utgången. Det strider inte mot UPS-konceptet.

Modellen kan ha en LCD-skärm som visar situationen med strömförsörjningen till anslutna apparater: strömtillgång, antal belastningar, batteriladdning etc.

Indikeringssystemet sänker utrustningens kostnad. Dessutom är det mer praktiskt. Om man behöver ta reda på några parametrar, har många modeller en funktion för anslutning till dator.

För att ta reda på parametrar för strömförsörjningen, UPS:ens batteristatus och hur den fungerar, kan man ansluta den till en dator. För många modeller finns denna funktion och programvara har utvecklats.

Det finns tre huvudsakliga gränssnittstyper:

• USB. Den vanligaste anslutningen mellan dator och UPS.
• RS-232 (COM-port). Förekommer sällan i hushållsmodeller.
• Ethernet 10/100. Den används för fjärrstyrning av UPS:en.

Programvaran för att hämta egenskaper från UPS och styra den har inte bara utvecklats för olika Windows-versioner. Till exempel har den kända tillverkaren Powercom en Android-version av programvaran som gör att du kan övervaka strömstatus på distans och vid behov justera UPS:ens arbete.

Programvaran låter dig övervaka elnätets viktigaste egenskaper, såsom in- och utspänning, frekvens. Du kan också se batteriladdning och enhetens temperatur.

Du placerar UPS:er i omedelbar närhet av de skyddade elförbrukarna. Vanligtvis ställer du dem på golvet eller på hyllor. Vissa modeller har fästen som gör att du kan montera dem på väggar.

Kvalitet på den utgående strömmen

UPS:er måste leverera ström av god kvalitet. När de arbetar på batteri ansvarar växelriktaren för detta, och vid nätström ska filter och stabilisator jämna ut problematiska moment. Störningar som uppstår i den elektriska kretsen har olika ursprung och konsekvenser för elektroniken. Därför måste du också noggrant sätta dig in i denna fråga.

Nätstörningar och skydd

Alla moderna UPS:er är utrustade med skydd mot problem från de anslutna apparaternas sida. Om den totala belastningen överstiger den maximalt tillåtna eller om en kortslutning inträffar, kommer UPS:en omedelbart att stänga av strömmen.

Störningar i nätet kan delas in i frekvensstörningar och impulsstörningar. De första är inte lika farliga, särskilt för strömförsörjningar i datorer eller TV-apparater som omvandlar växelström till likström. De senare kan orsaka problem för all elektronik.

Därför är de flesta UPS:er utrustade med skydd mot impulser och övertoner med hjälp av varistorer och högfrekvensfilter.

Borttagning av störningar på linjen sker i två steg. Först kapar varistorerna högfrekventa impulser, och sedan jämnar filtret ut små variationer.

Problemet med höga spänningsimpulser är inte bara typiskt för kraftkablar utan också för datanät – dator- eller telefonnätverk. De kan uppstå på grund av atmosfärisk elektricitet, överslag i närliggande ledningar, elektriska störningar och andra orsaker.

Många tillverkare har modeller med möjlighet att skydda lokala nätverk. För detta har UPS:en två RJ-45-kontakter – en för ingång och en för utgång. Signalen går genom ett filter som dämpar spänningsspikar. För telefonlinjer är systemet likadant, men kontakterna har formatet RJ-11.

Låg och hög spänning

Voltagejustering sker med hjälp av en automatisk spänningsregulator (AVR), vars huvudelement är en autotransformator. Principen för dess funktion bygger på att antalet varv i en av lindningarna ändras, vilket resulterar i en ändring av spänningen uppåt eller nedåt.

Närvaron av AVR i UPS:en gör att man inte behöver aktivera batteriläget varje gång spänningen avviker något från normalvärdena. Detta ökar batteriernas livslängd avsevärt.

Professionella multimetrar, som CEM DT 9909, kan under lång tid registrera spänningsvärden. Användning av en sådan apparat kan hjälpa vid val av stabilisator eller UPS.

Enligt GOST 29322-2014 är en 10-procentig avvikelse av spänningen från referensvärdet tillåten under högst 1 timme. Alla moderna UPS:ar med regulatorer klarar sådana variationer.

Renhet hos utsignalen

Typen av utsignalsignal beror på vilken invertermodell som är installerad i UPS:en. Helst borde växelspänningens kurva vara en sinusvåg. Men efter omvandling genom invertorn antar den en trappstegsform.

Ju fler steg i kurvan för momentan spänning som funktion av tiden, desto bättre kvalitet på växelströmmen. För vissa enheter är detta viktigt.

För utrustning som innehåller asynkrona elmotorer (kylskåp, luftkonditionering), transformatorströmförsörjningar (högkvalitativ ljudutrustning), APFC-strömförsörjningar (servrar och kraftfulla datorer) behövs en ren eller väl approximerad sinusvåg.

Ingen inverter, och därmed ingen UPS, levererar en ren sinusvåg, oavsett vad tillverkarna skriver i reklambroschyrer. Hur nära utsignalen är en sinusvåg bedöms genom total harmonisk distorsion (THD).

Signalen från enheten kan betraktas som sinusformad när THD<5%. För vissa modeller, till exempel IMV NetPro 2000, är värdet endast 2%.

Regler för användning av UPS

När man köper en UPS för reservkraft måste man förstå vilka apparater den kan användas tillsammans med. Ibland går det inte att bara använda en UPS och då måste man vidta ytterligare åtgärder för att förse huset med el.

Anslutning av hushållsapparater

Datorer, modem, routrar, video- och ljudutrustning är typiska hem- eller kontorsapparater som man ansluter till UPS:ar. Om denna utrustning innehåller vanliga switchade nätaggregat räcker det med att köpa relativt billiga modeller som inte levererar en ren sinusvåg.

Moderna modeller är kompakta och har en attraktiv design som harmoniskt passar tillsammans med annan teknik i vardagsrummets inredning.

För belysning behöver man inte heller köpa dyra produkter. Huvudsaken är att korrekt beräkna maximal effekt och drifttid vid batteridrift.

Vid frekventa strömavbrott blir problemet med oplanerad avfrostning av kylskåp och förstörelse av livsmedel aktuellt. För att skydda sådan utrustning med asynkronmotorer behövs UPS:er med mer avancerad konstruktion, eftersom en “ren” sinusvåg krävs.

Dessutom måste man ta hänsyn till startströmmar som uppstår när motorn startar. Förenklat kan man bestämma deras storlek för kylutrustning genom att multiplicera effektvärdet med 5.

Om det till exempel finns ett kylskåp med en total effekt på 300 W (vid start – 1500 W) och en frys på 200 W (vid start – 1000 W) i köket, behövs en strömkälla med ren sinusvåg och en maximal effekt på minst 1700 W. Detta värde har beräknats för fallet att frysen är igång och kylskåpet startar samtidigt. Samtidig start av båda motorerna är osannolik, och en sådan UPS klarar en kortvarig topp på 2,7 kW.

En UPS av onlinetyp med en maximal effekt på 2000 W kan arbeta i ungefär en halvtimme vid en total förbrukning på 500 W. Eftersom kylningsläget tar cirka 5 minuter, räcker UPS:en garanterat för 6 starter av båda enheterna.

I privata hus och villor är det också aktuellt att använda UPS för att stödja värmesystem med tvångscirkulation. Pumparna behöver också ren sinusvåg.

UPS:er används också aktivt för drift av gaspannor. Med tanke på kostnaden för den anslutna utrustningen bör man inte snåla på kvaliteten på UPS:en i detta fall.

Reserv- och extra strömförsörjning

För många hushållsapparater går det inte att välja en billig UPS, eftersom en betydande maximal effekt krävs under en lång batteridriftstid. Tvättmaskiner, elektriska ugnar, system för distribuerad luftkonditionering förbrukar mycket el.

Man kan naturligtvis klara sig utan dessa enheter under ett strömavbrott. Det är lämpligt om sådana avbrott är sällsynta och korta. Men om man ändå bestämmer sig för att försörja kraftkrävande apparater med reservström, är det bättre att använda en bensindriven eller dieselgenerator. För snabb start vid spänningsbortfall används ett system för automatisk överföring till reservkraft (AVR).

Om en extra strömkälla finns, bör man ändå använda UPS, åtminstone för datorer. Det är omöjligt att uppnå omedelbar start av generatorn och återställning av elförsörjningen.

Stabilisering av låg spänning

Problemet med låg spänning är relevant för objekt som är anslutna till gamla eller svaga elnät. Om en sådan situation uppstår konstant är det bättre att använda en spänningsstabilisator.

Med en stabilisator kommer spänningen i det interna nätet att justeras till normala nivåer. Detta kommer även att påverka apparater som inte är anslutna till UPS:en.

Vid låg spänning ökar strömstyrkan i det interna nätet. Låt oss till exempel anta att den totala effekten hos de enheter som är anslutna till UPS:en är 1,5 kW och den tillförda spänningen är 190 V.

Enligt Ohms lag:

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – strömstyrkan i kretsen före UPS:en utan stabilisator;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – strömstyrkan i kretsen före UPS:en med stabilisator.

Således kommer det interna nätet utan stabilisator att utsättas för ökad belastning, vilket kanske inte har beaktats vid valet av kabelarea.

Därför är det bättre att installera en stabilisator vid konstant låg spänning. I så fall blir belastningen på UPS:ens autotransformator lägre, vilket förlänger dess livslängd. Dessutom, med hänsyn till spänningsutjämning, kan man köpa billigare UPS:er.

Avbrottsfri strömförsörjning för likströmskonsumenter

För vissa apparater behöver man säkerställa en avbrottsfri likströmsmatning på 12, 24 eller 48 V. UPS:er av denna typ finns också tillgängliga. Deras märkning innehåller förkortningen “DC”. Enheter med spänning på 60, 110 eller 220 V finns också, men de används inom industri eller kraftsektorn.

Skillnaden i intern konstruktion mellan likströms-UPS:er och klassiska modeller är avsaknaden av en växelriktare. Batterierna ansluts direkt till utgången via en kontaktorn med en strömbegränsande mätshunt för att förhindra alltför djup urladdning av batterierna.

Ibland kan det finnas en stabiliserande omvandlare vid utgången om de enheter som matas från UPS:en är känsliga för små spänningsvariationer.

Tillsammans med spänningsomvandlare kan en likströms-UPS på 48 W försörja ett övervakningssystem med en omkrets på upp till 1 km

Sådana reservkraftkällor används för att skydda följande hushållsutrustning som drivs med likström:

• övervakningssystem och säkerhetssystem;
• olika sensorer (läckage, rök, brand, rörelse, etc.);
• belysningssystem;
• telekommunikationsapparater;
• kommunikationssystem;
• komponenter i styrsystemet “smart hem”.

Många likströms-UPS:er har möjlighet att ansluta externa batterier. I så fall kan den autonoma driften av de apparater de betjänar vara mycket lång.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Kort om de viktigaste egenskaperna hos hushålls-UPS:

Mångfalden av UPS-typer och deras egenskaper är en följd av olika användningsförhållanden: effekt och typ av anslutna apparater, parametrar och typiska problem i elnätet. En UPS är oftast inte den dyraste komponenten i systemet, men den påverkar dess stabilitet. Därför måste du fastställa driftsförhållandena och noggrant välja modell.

Har du frågor om artikelns ämne? Eller kan du komplettera detta material med intressant information om UPS? Vänligen skriv dina kommentarer, ställ frågor, dela dina erfarenheter i blocket nedan.