UPS Circuit:Alles, was Sie wissen müssen und mehr

Laut Statista belegten 2019 zehn Länder den ersten Platz für die höchste Qualität der Stromversorgung. Es ist jedoch immer gut, ein Backup zu haben, selbst in einem Land mit einer erstklassigen Stromversorgungsinfrastruktur. Aufgrund von Wartungsarbeiten oder Schäden an der Ausrüstung kann es immer noch zu Stromausfällen kommen. Hier kommen Schaltkreise und Einheiten für unterbrechungsfreie Stromversorgung/-quelle (USV) ins Spiel. Es ist genau wie bei einem Notlichtschaltkreis. In der folgenden Anleitung untersuchen wir, was USV-Schaltkreise sind und wie sie Ihnen zugute kommen können.

Was ist eine USV und wie funktioniert sie?

Eine USV ist ein elektrisches Gerät, das eine nahtlose, ununterbrochene Notstromversorgung bietet. Die USV wird aktiviert, sobald ein Stromausfall oder eine Unterbrechung der Eingangsstromversorgung auftritt. Daher können USV-Einheiten praktisch sein, wenn Sie sie mit PCs verwenden. Im Wesentlichen bietet eine USV Ihrem Desktop-Computer die gleichen Vorteile wie ein Laptop. Es kann Sie vor Datenverlust und Schäden an Ihrem PC bewahren.

Die USV wird aktiviert, sobald die Ausgangsleistung unterbrochen wird, sodass genügend Zeit bleibt, um das Gerät sicher herunterzufahren. In der Regel nutzen wir die USV jedoch vorübergehend für kurze Zeit. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Daten verloren gehen.

Alternativ können Organisationen die USV verwenden, um sicherzustellen, dass elektrische Geräte laufen, bis Notstromgeneratoren zu arbeiten beginnen. USV-Einheiten bieten auch Überspannungsschutz gegen Spannungsverzerrungen und Überspannungen. Daher müssen Unternehmen UPS-Lösungen zusammen mit ihren üblichen Backup-Lösungen integrieren.

Die USV enthält mehrere Batterien. Es überträgt die Last auf sie, wenn es einen Leistungsverlust oder einen Spannungsabfall erkennt. Zusätzlich verwendet es einen Wechselrichter, um Gleichspannung in Wechselspannung für Ausgabegeräte umzuwandeln.

Was sind die Haupttypen von USV

Notstrom-USV mit isolierter Batterie auf dem Tisch

USV-Einheiten und -Schaltungen gibt es in einer Vielzahl von Systemen und Ausführungen. Es gibt jedoch drei Haupttypen. In diesem Abschnitt des Leitfadens werden wir diese Varianten besprechen.

Single-Conversion-Systeme

Einwandlungssysteme sind die einfachsten Typen und die gebräuchlichsten USV-Schaltungen. Daher neigen sowohl Einzelpersonen als auch Organisationen dazu, sie in IT-Infrastrukturen und -Systemen zu verwenden. Elektrischer Strom wird durch die Einzelwandler-USV geleitet und in elektrische Geräte eingespeist.

Die USV überwacht die Eingangsspannung. Wenn es eine Stromstörung erkennt oder der AC-Eingang unter die Leistungsanforderungen fällt, beginnt die USV, Strom aus ihrer Batterie über ihren Wechselrichter zu ziehen. Darüber hinaus wird der Wechselstromeingang getrennt, um eine Rückspeisung zu verhindern, was möglicherweise zu Schäden an angeschlossenen Geräten führen kann.

Trotzdem versorgt die USV elektronische Geräte mit Notstrom, bis die Batterien erschöpft sind oder die Netzspannung wieder in einen betriebsbereiten Zustand zurückkehrt.

Es gibt zwei Haupttypen von Einzelwandlungssystemen. Sie sind:

Standby/Offline-USV: Dies sind die gängigsten Arten von USV-Einheiten mit Einfachumwandlung. In dieser Konfiguration werden elektrische Geräte direkt vom Netz mit Strom versorgt, während die USV dies überwacht. Wenn es zu einem Stromstoß oder -ausfall kommt, schaltet die Standby-USV mechanisch auf Batteriebetrieb um und versorgt elektrische Geräte mit Ausgangsspannung. Die Umschaltzeit ist nahezu unsichtbar. Sie kann bis zu 25 Millisekunden lang sein. Im Wesentlichen bieten Standby-USV-Schaltkreise zusammen mit der Notstromversorgung der Batterie einen wesentlichen Überspannungsschutz.

Offline-USV-Schaltung

Line-Interaktiv/Online-USV: Diese USV-Typen bieten differenziertere Funktionen als Offline-USV. Sie überwachen die Strombedingungen. Wenn Geräte keine ausreichende Stromversorgung erhalten, regelt die Line-Interactive-USV die Spannung. Es verwendet Transformatoren, um die tatsächliche Netzleistung zu erhöhen oder zu verringern, um sicherzustellen, dass empfindliche Geräte mit konstanter Spannung versorgt werden. Zusätzlich zu seinem Transformator verfügt es auch über eine wiederaufladbare Batteriesicherung, um vor Stromausfällen zu schützen und eine unterbrechungsfreie Stromquelle zu gewährleisten.

Line-interaktives USV-Diagramm

Doppelwandlungssysteme

Doppelwandler-USV-Systeme wandeln den Strom zweimal um. Anfänglich verwenden diese fantastischen Geräte einen Eingangsgleichrichter, um die Eingangswechselspannung in Gleichstrom umzuwandeln. Als nächstes speist die USV dann die Gegenwart in einen Ausgangsinverter ein. Die Wechselrichterstufe wandelt dann den Strom in Wechselstrom um, bevor er an elektronische Geräte geliefert wird. Dieser Prozess stellt sicher, dass die Geräte saubere, zuverlässige und unterbrechungsfreie Stromversorgung erhalten, was für empfindliche Geräte von entscheidender Bedeutung ist.

Dies geschieht nur, wenn ein Wechselstromeingang vom Netz empfangen wird. Wenn die Nennstromstärke des eingehenden Netzstroms insgesamt abfallen sollte, verwendet die USV die Energie ihrer internen wiederaufladbaren Batterie für die Geräte. Dementsprechend tut es dies, bis die Netzspannung wieder normal ist oder bis die interne Batterie leer ist. Arten von USV-Schaltungskonfigurationen gibt es normalerweise nur in einer leitungsinteraktiven (online) Variante.

Double Conversion USV-Diagramm

Quelle:Commons Wikimedia

Multi-Mode-Systeme

Diese Konfigurationen kombinieren die Merkmale und Funktionen beider Systemtypen (Einzelwandlung und Doppelwandlung). Sie bieten jedoch auch einige Verbesserungen.

Unter normalen Umständen funktioniert die Multimode-USV als reguläre Line-Interactive-USV. Wenn die Eingangsleistung über einen eingestellten Nennwert abfällt oder ansteigt, schaltet die USV in einen Doppelwandlermodus. Fällt der Strom aus oder übersteigt die Möglichkeiten des Doppelwandler-Verfahrens, wird auf Batteriebetrieb umgeschaltet.

Multimode-Systeme bieten den größten Schutz für die Ausrüstung. Die Übertragungszeit zwischen AC-Eingangsleistung und Batterieleistung kann jedoch viel länger sein. In den meisten Fällen bietet es jedoch immer noch nahezu sofortigen Schutz.

USV-Diagramm mit Delta/Multi-Umwandlung

Quelle:Commons Wikimedia

Wie erstelle ich meinen eigenen USV-Schaltkreis?

Schaltungen einer USV mit Transformator

Quelle:Commons Wikimedia

Wenn Sie ein Elektronik-Enthusiast sind, müssen Sie nicht losgehen und eine USV kaufen. Stattdessen können Sie Ihre USV- und Wechselrichterschaltkreise mit benutzerdefinierten Reaktionszeiten erstellen. In diesem Abschnitt des Leitfadens zeigen wir Ihnen, wie das geht. Es wird eine einfache USV-Schaltung sein, die perfekt für Anfänger geeignet ist.

Teilelisten

• BD139 Bipolarer NPN-Mittelleistungstransistor 100 V 1,5 A (Q1)
• 1K 0,5 Watt Widerstand x 2 (R1 und R2)
• 1000 µF, 25 V Miniatur-Radial-Elektrolytkondensator (C1)
• 100 µF, 25 V Miniatur-Radial-Elektrolytkondensator (C2)
• 8,2 Volt 0,5 W Zenerdiode (ZD1)
• 1000 V 1 A 2-polige DO-41-Diode 1N4007 x 5 (D1, D2, D3, D4 und D5)
• 0,5 A 10 V Transformator (T1)
• 1,5-V-AA-Batterie x 5 (B1)
• 0,5-A-Sicherung (F1)

Prinzipien und Anweisungen

Wie wir bereits gesagt haben, ist dieses Projekt winzig und einfach. Sie müssen keine Leiterplatte herstellen. Somit ist kein Löten erforderlich. Sie können diese USV-Schaltung mit einem Steckbrett aufbauen. Es bietet Ihnen eine 5-Volt- bis 7-Volt-Notstromversorgung – wenn Sie 5 AA 1,5-V-Batterien verwenden.

Diese Schaltung kann zwei verschiedene Stromquellen verwenden. Es verwendet AC-Eingang und Batterien. Sie müssen jedoch einen Adapter für die Eingangsleistung hinzufügen. Die Batterien werden mit der fünften 1N4007-Diode (D5) in Reihe geschaltet. Dementsprechend wird die Batteriespannung auf 6,8 V reduziert.

In der AC-Eingangsleistungskonfiguration verwenden Sie vier 1N4007-Dioden, um einen Brückengleichrichter (Diodenbrücke) zu erstellen. Der AC-Eingang ist mit einem Schalter in Reihe mit der Sicherung verbunden. Als Nächstes verdrahten Sie beide mit dem Transformator, der mit der Diodenbrücke verbunden wird.

Sie verbinden dann den Ausgang der Diodenbrücke in Reihe mit dem 1000uF-Kondensator (C1) und einem 1k 0,5W-Widerstand (R1). Zusammen mit dem Transistor verbinden Sie ihn mit einer integrierten Schaltung, die den 100-uF-Kondensator, die Zenerdiode und einen zweiten Widerstand enthält.

Die USV verwendet diesen Teil der Konfiguration, um wiederaufladbare Batterien mit Strom zu versorgen. Zusätzlich gibt der Transistor einen Strom von 7 Volt und 500 Milliampere aus.

Sie können mit dem Design experimentieren und herumspielen. Darüber hinaus können Sie Komponenten hinzufügen oder entfernen, um es einfacher zu machen. Trotzdem sollten Sie dieses Projekt recht einfach finden.

Hier sind einige einfache USV-Schaltpläne, die Sie als Grundlage für den Aufbau Ihrer eigenen USV-Schaltkreise verwenden können:

Was ist der Unterschied zwischen einer USV und einem Wechselrichter?

Ein Wechselrichter ist ein elektrisches Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Wie wir bereits besprochen haben, verwenden USV-Einheiten Wechselrichter als wesentliche Komponenten ihrer Funktionalität. Wechselrichter finden Sie jedoch auch als Einzelgeräte oder Komponenten.

Häufig gestellte Fragen

Ist eine USV besser als ein Wechselrichter?

USV-Einheiten und Wechselrichter sind völlig unterschiedliche Geräte, die anderen Funktionen dienen. Eine USV ist also nicht besser als ein Wechselrichter. Die meisten USV-Einheiten verwenden jedoch Wechselrichter als Komponenten.

Wie lange läuft eine USV?

Die Betriebsdauer einer USV hängt von der Kapazität ihrer Batterien und der erforderlichen Last ab. Nichtsdestotrotz ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass USVs vorübergehende Lösungen für Stromausfälle sind. Sie bieten auch zusätzlichen Schutz vor Unterbrechungen der Eingangsleistung ohne Blackout. Sie sind jedoch nur dazu gedacht, Ihre Geräte einige Minuten lang mit Strom zu versorgen, bevor die Generatoren anspringen.

Wie viel Watt verbraucht die USV?

Im Allgemeinen hängt dies von der Nennleistung der USV ab. In den meisten Fällen kann die USV bei Volllast einen Überschuss von bis zu 200 Watt aufnehmen.

Wandelt USV Wechselstrom in Gleichstrom um?

UPS verfügt über Wechselrichter, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Um die Batterien aufzuladen, wandelt die USV jedoch auch Wechselstrom in Gleichstrom um.

Notstrom-USV mit isolierter Batterie auf dem Tisch

Schlussfolgerung

UPS ist eine grundlegende Technologie für jede Organisation. Wenn Sie diesen Punkt des Leitfadens erreicht haben, werden Sie verstehen, warum die Integration in die Infrastruktur Ihres Unternehmens unerlässlich ist. Aber auch normale Alltagsmenschen können sie zum Schutz ihrer Geräte und Computer verwenden. Trotzdem wünschen wir Ihnen viel Spaß beim Lesen dieses Leitfadens. Wie immer danke fürs Lesen.