Co dzieje się z serwerem, sterownikiem lub innym wrażliwym urządzeniem, gdy napięcie w sieci zanika albo jego parametry przestają mieścić się w dopuszczalnym zakresie? W przypadku infrastruktury wymagającej wysokiej dostępności samo posiadanie baterii awaryjnej może nie wystarczyć. Znaczenie ma również sposób, w jaki UPS zasila odbiorniki podczas normalnej pracy.
UPS online VFI wykorzystuje podwójną konwersję energii. W podstawowym trybie pracy odbiorniki są stale zasilane przez falownik UPS-a, a nie bezpośrednio z sieci. Dzięki temu urządzenie może ograniczać wpływ wielu zakłóceń występujących po stronie zasilania wejściowego.
Technologia VFI jest stosowana między innymi w zasilaniu infrastruktury IT, urządzeń sieciowych, systemów automatyki oraz innych odbiorników wymagających stabilnych parametrów zasilania. Nie oznacza to jednak, że każdy odbiornik potrzebuje UPS-a tej klasy. Dlatego warto zrozumieć, jak działa VFI i jakie są konsekwencje zastosowania podwójnej konwersji.
Skrót VFI pochodzi od Voltage and Frequency Independent. Oznacza klasę UPS, w której napięcie wyjściowe jest niezależne od zmian napięcia i częstotliwości na wejściu w zakresie określonym dla urządzenia.
Klasyfikacja UPS jest związana z normą IEC 62040-3 dotyczącą między innymi metod określania parametrów i wymagań testowych systemów UPS. W praktycznym podziale topologii UPS urządzenia z podwójną konwersją są przyporządkowywane do VFI, rozwiązania line-interactive do VI, a offline do VFD.
Dlatego określenie „online” nie powinno być rozumiane wyłącznie jako informacja o obecności baterii. Najważniejszy jest sposób przetwarzania energii i zasilania odbiornika.
Podstawowy tor przepływu energii można przedstawić następująco:
sieć AC → prostownik → szyna DC → falownik → odbiorniki
To właśnie ten proces nazywamy podwójną konwersją.
Pierwszym etapem jest prostownik. Przekształca on napięcie przemienne AC z sieci na napięcie stałe DC. Energia trafia następnie do obwodu DC UPS-a.
Kolejnym elementem jest falownik. Jego zadaniem jest ponowne wytworzenie napięcia przemiennego AC o parametrach wymaganych na wyjściu urządzenia.
W rezultacie podczas normalnej pracy odbiornik nie jest zasilany bezpośrednio napięciem wejściowym. To falownik stanowi podstawowe źródło napięcia wyjściowego.
Gdy zasilanie sieciowe zanika, energia potrzebna do pracy falownika zaczyna pochodzić z baterii lub innego przewidzianego dla danego systemu magazynu energii.
Falownik pracował już przed awarią sieci. Nie trzeba więc najpierw przełączać odbiornika z bezpośredniego zasilania sieciowego na falownik, jak ma to miejsce w innych topologiach.
Dlatego w typowym UPS online VFI przejście na pracę bateryjną nie powoduje przerwy przełączeniowej na wyjściu UPS. Jest to jedna z kluczowych cech tej technologii.
Nie każdy zasilacz UPS pracuje w taki sam sposób. Różnice między VFI, VI i VFD dotyczą przede wszystkim zależności parametrów wyjściowych od zasilania wejściowego oraz sposobu zasilania odbiornika.
W typowym UPS offline odbiornik podczas prawidłowej pracy sieci jest zasilany przede wszystkim z toru sieciowego. Dopiero problem z zasilaniem powoduje przejście na falownik wykorzystujący energię zgromadzoną w baterii.
Taka konstrukcja jest stosunkowo prosta. Jednocześnie występuje czas potrzebny na zmianę trybu pracy.
UPS klasy VI może korygować określone zmiany napięcia bez każdorazowego korzystania z baterii. Typowym rozwiązaniem jest układ automatycznej regulacji napięcia.
W porównaniu z VFD zapewnia większą kontrolę nad napięciem wyjściowym. Nadal jednak jego zasada działania różni się od ciągłej podwójnej konwersji stosowanej w VFI.
W UPS online VFI podstawowym źródłem napięcia dla odbiornika jest falownik. Energia podczas normalnej pracy przechodzi przez tor podwójnej konwersji.
Dzięki temu napięcie i częstotliwość na wyjściu mogą pozostawać niezależne od zmian tych parametrów na wejściu w zakresie pracy określonym przez producenta UPS-a.
Podwójna konwersja jest szczególnie przydatna tam, gdzie problemem nie jest wyłącznie całkowity zanik napięcia.
UPS VFI może ograniczać wpływ między innymi zmian napięcia, zmian częstotliwości oraz części zakłóceń występujących w sieci zasilającej. Dokładny poziom ochrony zależy jednak od konstrukcji i parametrów konkretnego urządzenia.
Dlatego nie należy oceniać UPS-a wyłącznie na podstawie oznaczenia „online”. W dokumentacji technicznej warto sprawdzić między innymi zakres napięcia wejściowego, parametry wyjścia, THD, przeciążalność, sprawność oraz charakterystykę pracy bypassu.
Podwójna konwersja nie jest jedyną możliwą drogą przepływu energii przez UPS. Urządzenia online mogą być wyposażone w bypass, czyli dodatkowy tor pozwalający zasilać odbiorniki z pominięciem podstawowego toru falownika.
W zależności od konstrukcji można spotkać między innymi bypass statyczny oraz rozwiązania umożliwiające obejście serwisowe.
Bypass statyczny może zostać wykorzystany na przykład w określonych stanach przeciążenia lub w przypadku problemu z falownikiem, jeżeli spełnione są warunki przewidziane przez producenta.
Trzeba jednak pamiętać o ważnym ograniczeniu. Podczas zasilania przez bypass odbiornik nie korzysta z podstawowego toru podwójnej konwersji. Parametry i poziom ochrony mogą być więc inne niż podczas standardowej pracy online.
Jednym z najczęstszych błędów podczas porównywania UPS-ów jest patrzenie wyłącznie na moc podaną w kVA.
kVA określa moc pozorną, natomiast kW określa moc czynną, którą można wykorzystać do zasilania odbiorników.
Znaczenie ma więc również współczynnik mocy PF.
Dla przykładu UPS oznaczony jako 10 kVA nie musi automatycznie oznaczać możliwości zasilania odbiorników o łącznej mocy 10 kW. Trzeba sprawdzić wartość mocy czynnej podaną przez producenta konkretnego urządzenia.
W części współczesnych UPS-ów stosuje się wyjściowy współczynnik mocy PF=1, dzięki czemu przykładowe 10 kVA może odpowiadać 10 kW dostępnej mocy czynnej. Nie jest to jednak zasada dotycząca każdego UPS-a.
Podwójna konwersja oznacza ciągłą pracę układów energoelektronicznych. W każdym etapie przetwarzania występują określone straty.
Dlatego jednym z istotnych parametrów UPS online jest sprawność.
Jeżeli UPS zasila odbiorniki przez wiele godzin na dobę, nawet stosunkowo niewielka różnica sprawności może wpływać na zużycie energii i ilość ciepła oddawanego do otoczenia. Ma to szczególne znaczenie przy większych mocach oraz w pomieszczeniach wymagających chłodzenia.
Nie należy jednak porównywać samych wartości procentowych bez sprawdzenia warunków pomiaru. Sprawność może zależeć między innymi od poziomu obciążenia i wybranego trybu pracy.
Niektóre UPS-y online oferują tryb ECO zwiększający sprawność poprzez wykorzystanie alternatywnego sposobu zasilania odbiornika, gdy parametry sieci spełniają określone wymagania.
Należy jednak pamiętać, że sposób pracy w trybie ECO różni się od standardowej, ciągłej podwójnej konwersji. Dlatego decyzja o jego użyciu powinna uwzględniać wymagania chronionych odbiorników, a nie wyłącznie sprawność energetyczną.
Informacja, że UPS posiada określoną liczbę akumulatorów, nie wystarcza do określenia rzeczywistego czasu podtrzymania.
Wpływają na niego między innymi:
Dlatego czas podtrzymania powinien być określany dla konkretnego obciążenia i konfiguracji baterii.
Jeżeli wymagany jest dłuższy czas pracy, część UPS-ów pozwala stosować zewnętrzne moduły lub szafy bateryjne. Takie rozwiązanie trzeba jednak dobrać zgodnie z parametrami obwodu DC i ładowarki konkretnego urządzenia.
Technologia VFI znajduje zastosowanie przede wszystkim wtedy, gdy odbiornik wymaga wysokiej jakości i ciągłości zasilania, a problemem mogą być zarówno zaniki napięcia, jak i jego nieprawidłowe parametry.
Typowymi zastosowaniami są:
Nie oznacza to, że VFI jest konieczne dla każdego urządzenia elektronicznego. W mniej wymagających zastosowaniach wystarczająca może być inna topologia UPS. Decyzja powinna wynikać z wymagań odbiornika oraz warunków zasilania.
Sposób montażu nie zmienia samej zasady działania VFI, ale ma duże znaczenie praktyczne.
UPS Tower jest przeznaczony do ustawienia jako samodzielne urządzenie. Takie rozwiązanie sprawdza się między innymi w pomieszczeniach technicznych oraz tam, gdzie nie ma potrzeby montażu urządzenia w szafie.
UPS Rack montuje się w szafie 19″. Pozwala to umieścić zasilanie awaryjne razem z serwerami, urządzeniami sieciowymi i pozostałą infrastrukturą.
Część konstrukcji ma obudowę Rack/Tower, którą można zamontować w szafie albo ustawić pionowo po zastosowaniu odpowiednich elementów montażowych.
Przy wyborze warto sprawdzić nie tylko format obudowy, ale również jej wysokość w jednostkach U, głębokość, masę urządzenia oraz wymagania dotyczące wentylacji.
UPS chroniący serwer lub szafę RACK powinien nie tylko dostarczać energię. W wielu zastosowaniach ważna jest również możliwość zdalnego nadzorowania jego stanu.
Jednym z popularnych rozwiązań jest karta SNMP, dzięki której UPS może zostać podłączony do infrastruktury sieciowej i systemu monitoringu.
W zależności od urządzenia i zastosowanej karty możliwe jest monitorowanie takich informacji jak stan pracy UPS, obciążenie, parametry wejściowe i wyjściowe, stan baterii oraz zdarzenia alarmowe.
W środowisku automatyki i systemów BMS znaczenie może mieć również obsługa innych interfejsów i protokołów, na przykład Modbus. Dostępność konkretnego sposobu komunikacji trzeba zawsze sprawdzić w specyfikacji danego modelu.
Samo oznaczenie VFI nie wystarcza do porównania dwóch urządzeń. Przed wyborem warto sprawdzić przede wszystkim:
Dopiero zestawienie tych parametrów pozwala ocenić, czy konkretny UPS odpowiada wymaganiom odbiornika.
W ofercie BLACKTEC znajdują się zasilacze wykorzystujące technologię Online VFI z podwójną konwersją, przeznaczone do różnych poziomów mocy i sposobów montażu.
Przykładem urządzeń do szaf IT są konstrukcje BLACKTEC BT RT 11 w formacie Rack/Tower. Dostępne są również urządzenia w obudowie Tower oraz rozwiązania trójfazowe przeznaczone dla większych obciążeń.
Poszczególne modele różnią się między innymi mocą kVA i kW, konfiguracją baterii, liczbą faz, wymiarami oraz wyposażeniem komunikacyjnym. Dlatego konkretny model należy porównywać na podstawie jego aktualnej karty technicznej.
Link wewnętrzny: [UPS online] → kategoria zasilaczy UPS BLACKTEC
Link wewnętrzny: [zasilacze UPS do szaf RACK] → seria BLACKTEC Rack/Tower
Link wewnętrzny: [UPS modułowe] → kategoria rozwiązań modułowych BLACKTEC
Nie istnieje jedna topologia UPS odpowiednia dla każdego odbiornika.
VFI zapewnia wysoki poziom kontroli parametrów napięcia wyjściowego i brak przerwy związanej z przejściem z normalnej pracy online na zasilanie falownika z baterii. Jednocześnie podwójna konwersja oznacza ciągłą pracę układów energoelektronicznych, straty energii oraz emisję ciepła.
Dlatego zastosowanie UPS online VFI ma największe uzasadnienie tam, gdzie jego właściwości odpowiadają rzeczywistym wymaganiom odbiorników.
W praktyce przed wyborem urządzenia należy odpowiedzieć na kilka pytań: jaką moc czynną pobierają odbiorniki, jaki czas podtrzymania jest wymagany, jakie są wymagania dotyczące jakości zasilania, czy potrzebny jest montaż Rack, a także czy UPS ma współpracować z systemem monitoringu.
VFI oznacza Voltage and Frequency Independent. W tej klasie UPS napięcie wyjściowe jest niezależne od zmian napięcia i częstotliwości wejściowej w określonym zakresie pracy urządzenia. Z technologią VFI związane są przede wszystkim UPS-y wykorzystujące podwójną konwersję.
Podczas standardowej pracy online odbiornik jest już zasilany z falownika. Po zaniku sieci falownik korzysta z energii zgromadzonej w baterii, dlatego na wyjściu nie występuje przerwa przełączeniowa charakterystyczna dla topologii wymagających zmiany podstawowego toru zasilania.
UPS online VFI podczas normalnej pracy zasila odbiornik przez tor podwójnej konwersji. UPS line-interactive pracuje według innej zasady i może regulować określone zmiany napięcia bez ciągłej podwójnej konwersji.
Bypass jest alternatywnym torem przepływu energii, który pozwala zasilać odbiorniki z pominięciem podstawowego toru falownika. Może być wykorzystywany między innymi w określonych stanach przeciążenia, awarii lub podczas czynności serwisowych – zależnie od konstrukcji urządzenia.
Nie zawsze. kVA określa moc pozorną, a kW moc czynną. Relacja między tymi wartościami zależy między innymi od parametrów konkretnego UPS-a, dlatego trzeba sprawdzić zarówno wartość kVA, jak i kW podaną w dokumentacji.
Rack jest odpowiedni przede wszystkim do montażu w szafach 19″, natomiast Tower działa jako urządzenie wolnostojące. Dostępne są również konstrukcje Rack/Tower pozwalające wykorzystać oba sposoby montażu.
Karta SNMP umożliwia podłączenie kompatybilnego UPS-a do sieci i jego zdalne monitorowanie. Zakres dostępnych danych oraz funkcji zależy od modelu UPS-a, karty i używanego oprogramowania.
Jeżeli szukasz UPS-a pracującego w technologii podwójnej konwersji, sprawdź UPS online BLACKTEC w wykonaniu Tower oraz Rack/Tower. Porównaj przede wszystkim moc kW i kVA, konfigurację baterii, liczbę faz, format obudowy oraz dostępne opcje komunikacji.
