Fonte de alimentação ininterrupta: finalidade e especificações de operação de um UPS doméstico
Para manter a funcionalidade dos dispositivos durante falhas de rede, é utilizada uma fonte de alimentação ininterrupta.Dependendo do tipo de consumidor atendido e dos parâmetros de potência, é necessário escolher diferentes modelos. Esses dispositivos são muito procurados, por isso não é difícil adquirir uma cópia com as características exigidas.
Mas antes de comprar, você mesmo precisa entender suas características e não confiar esse assunto a gestores interessados em vendas.
Neste material veremos os recursos de design e operação do UPS, além de falar sobre as regras para seu uso.
O conteúdo do artigo:
Circuitos UPS CA
Para as necessidades domésticas, são utilizados dispositivos de alimentação ininterrupta, conectados a uma rede monofásica de 220 V, que podem abastecer consumidores que necessitem da mesma tensão por algum tempo na ausência de energia elétrica.
Existem também UPSs que são conectados na entrada de uma rede trifásica e a saída é 380 V ou 220 V. Porém, são caros, são utilizados quando é necessário obter energia autônoma de 10 kVA A, que não é necessário para as necessidades domésticas.
Os UPSs AC domésticos são divididos nos seguintes tipos de acordo com seu esquema operacional:
- backup (off-line);
- interativo (linear-interativo);
- dupla conversão (on-line).
Eles diferem na qualidade da tensão de saída e no preço.Os mais baratos são os standby e os mais caros são os de dupla conversão.
Para converter corrente alternada em corrente contínua, um retificador é usado no carregador. E a transformação reversa ocorre por meio de um inversor.
Em sistemas de fonte de alimentação ininterrupta, geralmente são instalados relés eletromecânicos comuns para comutar o circuito da rede para a bateria. Se esta peça for de alta qualidade, então seu recurso será suficiente para todo o funcionamento do UPS. Mas na maioria das vezes, quando um bloco quebra, o problema está justamente neste elemento estrutural.
A estabilização de tensão também está presente em muitos eletrodomésticos, portanto, se os desvios forem insignificantes, não faz sentido adquirir um modelo linear-interativo mais caro.
A presença de um transformador muitas vezes obriga o fabricante a usar resfriamento forçado, razão pela qual esses UPSs são equipados com refrigeradores. Eles emitem ruído comparável em intensidade à operação de uma unidade de sistema de computador.
Os dispositivos de dupla conversão mais complexos e caros também apresentam a eficiência mais baixa. A eletricidade é perdida em calor que o dispositivo emite. Portanto, a sua utilização deve ser justificada.
A vantagem mais significativa deste tipo de fonte de alimentação ininterrupta é a resposta instantânea a uma queda de energia. Mas para a maioria dos eletrodomésticos isso não é tão importante. Os mesmos computadores geralmente são equipados com um UPS de backup ou interativo.
Os parâmetros mais importantes
Agora existem muitas ofertas no mercado para a venda de fontes de alimentação ininterruptas domésticas. Para determinar corretamente sua finalidade e não cometer erros na escolha, você precisa entender a quais parâmetros deve prestar atenção primeiro.
Principais características técnicas
A potência de saída do dispositivo determina o valor máximo permitido que a unidade pode fornecer ao consumidor de forma confiável. É medido em volt-amperes (VA). Para conveniência dos usuários, esse valor é frequentemente fornecido e em watts.
Para medir a carga dos dispositivos, você pode usar um amperímetro ou calculá-la usando as leituras de um medidor instalado no apartamento.
Ao determinar a potência real de um computador, você não deve se guiar pela classificação da fonte de alimentação, pois ela é sempre adquirida com reserva.
Se você não tiver um amperímetro, faça o seguinte:
- Desconecte todos os circuitos do painel, exceto aquele que alimenta o computador.
- Desligue todos os dispositivos neste circuito.
- Ligue o computador e execute um programa típico (por exemplo, um vídeo do YouTube).
- Espere até que o medidor altere o valor de um décimo de quilowatt.
- Tempo até a próxima mudança.
Consumo médio de energia (P, watt) para este período (t, minutos) pode ser calculado usando a fórmula:
P = 100 * (60/t)
A próxima característica importante é a duração da bateria. Este indicador depende da carga que o UPS está enfrentando naquele momento. Na potência máxima permitida, as baterias de um dispositivo doméstico funcionam por 1-3 minutos. E pela metade - muito mais (até 10 minutos).
Isto leva a duas conclusões:
- durante uma queda de energia, é necessário reduzir ao máximo a carga consumida pelos dispositivos;
- É aconselhável adquirir um UPS com potência superior à calculada em pelo menos 30%.
A faixa de tensão de entrada mostra a tensão de rede mínima e máxima permitida na qual a energia não será transferida para as baterias. Como regra, todos os UPSs podem suportar uma faixa de 180-260 V.
Alguns fabricantes têm indicadores (publicitários) muito bons, por exemplo, o valor mais baixo é 110 V. Aqui você precisa ter certeza de que esses números são obtidos especificamente para a carga máxima, e não para a metade.
Outro indicador técnico importante é o nível de ruído. UPSs fabricados com tecnologia line-interactive ou online geram muito calor, por isso os fabricantes instalam ventiladores neles. Se os refrigeradores forem baratos, com o tempo eles farão barulho, o que é indesejável para um espaço residencial.
Interface e configuração
A aparência dos blocos pode ser muito diversa. Eles geralmente têm um formato retangular clássico, com indicadores ou display na parte frontal e conectores de alimentação na parte traseira. Seu número não é tão importante, pois um cabo de extensão com T pode ser conectado à saída.Isto não irá contradizer de forma alguma o conceito do UPS.
O modelo poderá possuir display LCD, que mostrará a situação do fornecimento dos dispositivos conectados: disponibilidade de energia, número de consumidores, carga da bateria, etc.
Para saber os parâmetros da fonte de alimentação, o estado das baterias do UPS e como funciona, você pode conectá-lo a um computador. Para muitos modelos esta função foi implementada e software foi desenvolvido.
Existem três tipos principais de interface:
- USB. A conexão mais comum entre um computador e um UPS.
- RS-232 (porta COM). Raramente presente em modelos domésticos.
- Ethernet 10/100. É usado para controle remoto de fonte de alimentação ininterrupta.
O software para obtenção de características do UPS e seu gerenciamento não foi desenvolvido apenas para diversas versões do Windows. Por exemplo, o conhecido fabricante Powercom possui uma versão Android do software que permite monitorar remotamente o status da energia e, se necessário, ajustar o funcionamento da fonte de alimentação ininterrupta.
As fontes de alimentação ininterruptas são colocadas próximas de consumidores de eletricidade protegidos. Geralmente são colocados no chão ou em prateleiras. Alguns modelos estão equipados com fechos que permitem a sua montagem nas paredes.
Qualidade da corrente de saída
As fontes de alimentação ininterruptas devem fornecer corrente de qualidade adequada.Ao operar com baterias, o inversor é o responsável por isso e, no caso da rede elétrica, as áreas problemáticas devem ser suavizadas com filtros e estabilizador. A interferência que ocorre em um circuito elétrico tem diferentes origens e consequências para a eletrônica. Portanto, esta questão também precisa ser cuidadosamente examinada.
Interferência e proteção de rede
Todos os UPS modernos estão equipados com proteção contra problemas associados aos dispositivos em manutenção. Se a carga total exceder o máximo permitido ou ocorrer um curto-circuito, a fonte de alimentação ininterrupta desligará imediatamente a energia.
A interferência na rede pode ser dividida em frequência e pulso. Os primeiros não são tão perigosos, especialmente para fontes de alimentação de computadores ou TVs que convertem corrente alternada em corrente contínua. Este último pode causar problemas com qualquer sistema eletrônico.
Portanto, a maioria dos UPSs são equipados com proteção contra surtos e harmônicas usando varistores e filtros de alta frequência.
O problema do aparecimento de pulsos de alta tensão é típico não apenas de cabos de energia, mas também de redes de transmissão de dados - computadores ou telefones. Eles podem ocorrer devido à exposição à eletricidade atmosférica, falhas na fiação próxima, interferência elétrica e outros motivos.
Muitos fabricantes produzem modelos com capacidade de proteger uma rede local. Para isso, o UPS dispõe de dois Conector RJ-45 - um para entrada e outro para saída. O sinal passa por um filtro que suprime surtos de tensão. Para linhas telefônicas o sistema é o mesmo, apenas os conectores são no formato RJ-11.
Baixa e alta tensão
O ajuste de tensão ocorre por meio de um regulador automático de tensão (AVR), cujo elemento principal é um autotransformador. O princípio de seu funcionamento baseia-se na alteração do número de voltas de um dos enrolamentos, com o que a tensão muda no sentido de aumentar ou diminuir seu valor.
A presença do AVR no UPS permite não ativar o modo autônomo todas as vezes se a tensão se desviar ligeiramente dos valores padrão. Isso aumenta significativamente a vida útil da bateria.
De acordo com GOST 29322-2014, um desvio de tensão de 10% do valor de referência é permitido por um período não superior a 1 hora. Todos os UPS modernos com reguladores lidam com tais flutuações.
Pureza de saída
O tipo de sinal de saída depende do modelo do inversor que está instalado na fonte de alimentação ininterrupta. Idealmente, a forma de onda da tensão CA deve ser uma onda senoidal. Mas após a conversão através de um inversor, ele assume uma forma escalonada.
Para equipamentos que contenham motores elétricos assíncronos (geladeira, ar condicionado), fontes de alimentação transformadoras (equipamentos de áudio de alta qualidade), fontes de alimentação APFC (servidores e computadores de computação potentes) é necessária uma onda senoidal pura ou bem aproximada.
Nem um único inversor e, portanto, qualquer UPS, produz uma onda senoidal pura, não importa o que os fabricantes de equipamentos escrevam em folhetos publicitários. A aproximação do sinal de saída a uma senóide é avaliada através da distorção harmônica total (THD).
A saída do sinal da unidade pode ser considerada senoidal em THD<5%. Para alguns modelos, como o IMV NetPro 2000, esse número é de apenas 2%.
Regras para usar UPS
Ao comprar uma fonte de alimentação ininterrupta para organizar a energia de reserva, você precisa entender com quais dispositivos ela pode ser usada. Às vezes é impossível sobreviver apenas com um UPS e então você precisa tomar medidas adicionais para fornecer eletricidade à sua casa.
Conectando eletrodomésticos
Computadores, modems, roteadores, equipamentos de vídeo e áudio são dispositivos domésticos ou de escritório típicos aos quais estão conectadas fontes de alimentação ininterruptas. Se esta técnica contiver fontes de alimentação chaveadas comuns, será suficiente comprar modelos relativamente baratos que não produzam uma onda senoidal pura.
Também não há necessidade de adquirir produtos caros para iluminação. O principal aqui é calcular corretamente a potência máxima e a duração da bateria.
Com interrupções frequentes, o problema do descongelamento não planejado de refrigeradores e da deterioração dos alimentos é relevante. Ao proteger tais equipamentos com motores assíncronos, serão necessários UPSs de design mais complexo, pois será necessário um sinal senoidal “puro”.
Além disso, é necessário levar em consideração a presença de correntes de partida que surgem na partida do motor.Simplificado para equipamentos de refrigeração, seu valor pode ser determinado multiplicando o valor da potência por 5.
Se, por exemplo, a cozinha possui uma geladeira com potência total de 300 W (na inicialização - 1500 W) e um freezer de 200 W (na inicialização - 1000 W), então você precisa de uma fonte de alimentação com onda senoidal pura e uma potência máxima de pelo menos 1700 W. Este valor foi obtido para o caso em que o freezer está funcionando e neste momento o refrigerador está ligado. A partida simultânea de ambos os motores é improvável, e tal UPS suportará um surto de 2,7 kW de um segundo.
Uma unidade do tipo online com potência máxima de 2.000 W pode operar por cerca de meia hora com um consumo total de 500 W. Como o modo de resfriamento leva cerca de 5 minutos, a fonte de alimentação ininterrupta é garantidamente suficiente para 6 partidas de ambos os dispositivos.
Os sistemas de fonte de alimentação ininterrupta também são usados ativamente para trabalhar caldeiras de aquecimento a gás. Dado o custo do equipamento conectado, neste caso você não deve economizar na qualidade do UPS.
Backup e fonte de alimentação adicional
Para muitos eletrodomésticos, é impossível selecionar um UPS barato, uma vez que será necessária uma potência máxima significativa durante um longo período de operação autônoma. Máquinas de lavar, fornos elétricos e sistemas de ar condicionado distribuídos consomem muita eletricidade.
É claro que você pode ficar sem esses dispositivos durante uma queda de energia. Isto é aconselhável se tais interrupções ocorrerem raramente e por um curto período de tempo.Mas se for tomada a decisão de fornecer energia autônoma aos consumidores poderosos, então é melhor usar um gerador a gasolina ou diesel. Para iniciá-los rapidamente na ausência de tensão, é utilizado um sistema de transferência automática (ATS).
Se você tiver uma fonte de alimentação adicional, ainda vale a pena usar um UPS, pelo menos para computadores. É impossível conseguir a partida instantânea do gerador e a restauração do fornecimento de energia.
Estabilização de baixa tensão
O problema da baixa tensão é relevante para instalações conectadas a redes elétricas antigas ou de baixa potência. Se esta situação ocorrer constantemente, então é melhor usar a entrada estabilizador.
Quando a tensão é reduzida, a corrente que flui pela rede interna aumenta. Por exemplo, deixe a potência total dos consumidores conectados ao UPS ser de 1,5 kW e a tensão fornecida ser de 190 V.
Então por Lei de Ohm:
- EU1 = 1500/190 = 7,9 A – corrente no circuito até o UPS sem estabilizador;
- EU2 = 1500/220 = 6,8 A – intensidade da corrente no circuito até o UPS com estabilizador.
Assim, uma rede intradomiciliar sem estabilizador sofrerá aumento de carga, o que pode não ter sido levado em consideração na escolha da seção transversal da fiação.
Portanto, com baixa tensão constante, é melhor instalar um estabilizador. Neste caso, a carga do autotransformador UPS será menor, o que prolongará sua vida útil. Além disso, levando em consideração a equalização de tensão, você pode adquirir fontes de alimentação ininterruptas mais baratas.
Fonte de alimentação ininterrupta para consumidores DC
Para alguns dispositivos é necessário fornecer alimentação ininterrupta com 12, 24 ou 48 V DC. Um no-break deste tipo também está disponível para venda. Suas marcações contêm a abreviatura “DC”. Também existem unidades com alimentação de tensão de 60, 110 ou 220 V, mas são utilizadas na indústria ou na energia.
A diferença entre as fontes de alimentação ininterrupta DC na estrutura interna dos modelos clássicos é a ausência de inversor. As baterias são conectadas diretamente à saída através de um contator com um shunt de medição limitador de corrente para evitar descargas profundas inaceitáveis das baterias.
Às vezes, pode haver um conversor estabilizador na saída se os dispositivos alimentados pelo UPS forem sensíveis a pequenas flutuações de tensão.
Essas fontes de alimentação de reserva são usadas para proteger os seguintes equipamentos domésticos alimentados por CC:
- Sistemas de CFTV e segurança;
- todos os tipos de sensores (vazamento, fumaça, incêndio, movimento, etc.);
- sistemas de iluminação;
- dispositivos de telecomunicações;
- sistemas de comunicação;
- componentes do sistema de controle "Casa inteligente".
Muitos UPSs DC têm a opção de conectar baterias externas. Neste caso, o funcionamento autônomo dos dispositivos que atendem pode ser muito longo.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Resumidamente sobre as principais características dos UPS domésticos:
A variedade de tipos de UPS e suas características é consequência das diferentes condições de utilização: potência e tipo de dispositivos conectados, parâmetros e problemas típicos de uma determinada rede elétrica.Uma fonte de alimentação ininterrupta geralmente não é o elemento mais caro do sistema, mas disso depende a estabilidade de seu funcionamento. Portanto, você precisa determinar as condições de operação e selecionar cuidadosamente o modelo.
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