Zasilacze (UPS) i układy prostownikowe

Co to jest zasilacz awaryjny (zasilacz bezprzewodowy, zasilacz UPS)?

Zgodnie z wymaganiami które zostały sprecyzowane w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków technicznych, które powinny spełniać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2015 roku, poz. 1422). Zgodnie z § 181 pkt 1 Rozporządzenia:

„Budynek, w którym zanik napięcia w elektroenergetycznej sieci zasilającej może spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, poważne zagrożenie środowiska, a także znaczne straty materialne, należy zasilać co najmniej z dwóch niezależnych, samoczynnie załączających się źródeł energii elektrycznej oraz wyposażyć w samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne (zapasowe lub ewakuacyjne). W budynku wysokościowym jednym ze źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy”.

Zasilacz UPS jest urządzeniem, którego zadaniem jest utrzymywanie zasilania innych odbiorników w przypadku awarii sieci lub w przypadku gdy zasilanie sieciowe nie spełnia pewnych określonych parametrów. Zasilacze UPS, nazywane również zasilaczami awaryjnymi lub zasilaczami bezprzerwowymi, są często wykorzystywane przy zasilaniu urządzeń, których praca bezprzerwowa jest konieczna ponieważ brak działającego urządzenia może spowodować np. uszczerbek na życiu ludzkim.

Jakie są typy zasilaczy UPS?

Wśród rozwiązań konstrukcyjnych wykorzystywanych do produkcji zasilaczy UPS, wyróżnia się dwie podstawowe grupy rozwiązań:

-  „Online” – w tym rozwiązaniu układ wyjściowy zostaje odseparowany od napięcia wejściowego. W zasilaczu takim energia zostaje podwójnie „przetworzona”. Najpierw napięcie zostaje podane na układ prostownikowy, po czym podlega konwersji w falowniku na napięcie przemienne. W wyniku takiego działania, odbiorniki są całkowicie odporne na zakłócenia i układ taki zapobiega przerwom w dostawie energii elektrycznej. Wadą takiego rozwiązania jest większa ilość komponentów potrzebnych do jego realizacji – przekłada się to na jego cenę.
- „Offline” – rozwiązanie to jest zaprojektowane w taki sposób, że przełącznik źródła zawsze wybiera wejście zmiennoprądowe, które stanowi główne źródło zasilania. Dodatkowo w urządzeniu tym monitorowany jest poziom naładowania akumulatorów, przez co w razie potrzeby następuje automatyczne uzupełnienie energii niewielkim prądem. Przełączenie na akumulator, który jest źródłem rezerwowym, następuje dopiero w momencie zaniku napięcia z sieci. Rozwiązanie to jest tanie w realizacji, ma dużą sprawność oraz małe gabaryty.

Jakie są zastosowania zasilaczy UPS?

Zasilacze awaryjne znajdują zastosowania w małych biurach i domach do zasilania niewielkich urządzeń, które są potrzebne do pracy np. komputer, urządzeń telekomunikacyjnych i sieciowych, w serwerowniach, w szpitalach oraz w przedsiębiorstwach.

Co to jest prostownik?

Prostownik jest to element bądź zestaw elementów elektronicznych, którego zadaniem jest zamiana napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po odpowiedniej filtracji może być zmienione na napięcie stałe.

Nazwa prostownik jest również potocznie wykorzystywana jako określenie ładowarki akumulatorów. Technicznie jest to niepoprawne określenie, gdyż taka ładowarka posiada w sobie więcej elementów np. transformator, prostownik, układ regulujący.

Budowa prostownika

Prostownik jednofazowy

- Prostownik jednopołówkowy (półokresowy) – najprostszym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest pojedyncza dioda prostownicza, która jest wpięta w układ napięcia przemiennego. Rozwiązanie to jest proste w realizacji, jednakże układ ten charakteryzuje się dużymi tętnieniami napięcia wyjściowego. Z wyjątkiem tego, energia którą dostarcza źródło jest wykorzystywana podczas drugiej połowy okresu, oznacza to dużą niesymetrię obciążenia układu, co jest niekorzystne dla sieci prądu  przemiennego.

- Prostownik dwupołówkowy (pełnookresowy) – obecnie najczęściej stosowanym prostownikiem jednofazowym jest mostek Gretza. Napięcie prostowane jest w dwóch etapach. W pierwszej połowie okresu, przewodzą tylko dwie diody, pozostałe są spolaryzowane zaporowo. W drugiej połowie okresu sytuacja jest odwrotna przewodzą dwie pozostałe diody. Napięcie wejściowe jest przemienne, podczas gdy konstrukcja mostka powoduje, że napięcie wyjściowe jest jednokierunkowe. Mimo faktu że napięcie jest jednokierunkowe, to nie jest napięciem stałym i występują duże tętnienia, które eliminuje się poprzez zastosowanie odpowiednich filtrów dolnoprzepustowych, powodujących wygładzenie przebiegu.

Prostownik trójfazowy wykorzystuje się w miejscach z dostępnym zasilaniem trójfazowym. Charakteryzuje się mniejszym tętnieniem napięcia wyjściowego niż prostownik jednofazowy.

- Prostownik jednopołówkowy – w przypadku trójfazowym, rozwiązanie to wykorzystać można tylko w układzie trójfazowym z przewodem neutralnym. Powoduje to konieczność połączenia źródła zasilania w gwiazdę.

- Prostownik dwupołówkowy – to rozwiązanie może być używane w dowolnym układzie napięcia trójfazowego – zarówno z przewodem neutralnym jak i bez niego. Napięcie wyjściowe cechuje się małym tętnieniem. Ponadto energia źródeł zasilających jest wykorzystywana w największym stopniu, co jest ważne przy urządzeniach dużej mocy np. spawarki transformatorowe.