UPS uređaji

Skraćenica UPS znači Uninterruptable Power Supply – neprekidno napajanje strujom, nešto što nam je svima kad-tad zatrebalo

Nekom možda deluje neverovatno, ali UPS sistemi postoje već dugo, mada možda ne u obliku kakav danas poznajemo. Koristili su se, recimo, u telefonskim centralama, kasnije u osetljivim pogonima manje snage („Politikin” foto-slog imao je jedan takav sistem veličine omanje sobe). U našoj zemlji kompjuterski UPS-ovi postali su aktuelni u poslednjih desetak godina, kada se bum personalnih kompjutera podudario sa sve većim problemima u snabdevanju električnom strujom. Od tada interesovanje za ove uređaje ne jenjava, naročito otkad su se pojavili i modeli sa pristupačnijom cenom. Razni modeli UPS-ova razlikuju se po principu rada, vremenu autonomije, maksimalnoj izlaznoj snazi i dodatnim bezbednosnim uređajima.

Način generisanja napona na izlazu kada nestane struje u mreži isti je za sve UPS uređaje. Osnovni sklop je DC-AC energetski pretvarač po imenu invertor. U pitanju je oscilator koji jednosmernu struju iz akumulatora pretvara u naizmeničnu struju čiji oblik manje ili više liči na oblik struje iz mreže. S druge strane, svaki UPS mora da sadrži i ispravljač (stručno rečeno, to je energetski pretvarač tipa AC-DC) koji dopunjava akumulator kada u mreži ima struje. Vreme autonomije (maksimalno trajanje režima priključenog potrošača iz akumulatora) zavisi od kapaciteta akumulatora i snage potrošača i prosečno iznosi desetak minuta.

Međutim, da bi se neki uređaj koji sadrži kombinaciju invertor-ispravljač mogao nazvati UPS-om, mora da sadrži i sistem koji obezbeđuje da u slučaju smetnje na električnoj mreži na izlaznim priključcima uređaja i dalje postoji naizmenični napon za napajanje potrošača. Postoje tri pristupa ovom problemu, pa otuda i tri tipa UPS uređaja.

Off-line ili Stand-by UPS je najjednostavniji, najjeftiniji i nudi najmanje mogućnosti. Dok u električnoj mreži ima struje, uređaj s jedne strane proverava stanje u mreži, a istovremeno, po potrebi, dopunjava akumulator. Struja iz električne mreže direktno se sprovodi na izlazne priključke. U trenutku njenog nestanka, ugrađena elektronika veoma brzo (manje od 5 milisekundi) prebacuje izlaz sa mrežnog napajanja na napajanje naizmeničnom strujom iz akumulatora i invertora. Uređaj reaguje samo na potpuni prekid napajanja iz mreže (blackout) i podnapon (brownout).

Vrste smetnji u električnoj mreži • Podnapon (Brownout, Sag) – smanjenje napona za više od 20% od nominalne vrednosti od 220 volti. Izaziva „zaglavljivanje” tastature, čudan zvuk iz hard diska (ponekad praćen gubitkom podataka) ili „zamrzavanje” sistema. Čest je u ruralnim krajevima i naseljima sa starijom instalacijom. Učestale pojave podnapona znatno skraćuju radni vek komponenata. • Prenapon (Surge) – kratkotrajni skok napona za oko 10% zbog uključivanja i isključivanja velikih potrošača u blizini kompjutera (veš-mašina, lift, zamrzivač, šporet...). Skraćuje vek kompjuterskih komponenata, ponekad izaziva resetovanje „iz čista mira” ili uključivanje isključenog kompjutera. • Naponski udar (Spike) – veoma brz skok napona za preko 100% više od nominalnog, koji nastaje usled udara groma kao i radova, kvarova ili prespajanja na električnoj mreži. U zavisnosti od veličine smetnje, posledice se drastično razlikuju: počev od titranja na monitoru, resetovanja kompjutera, pa sve do pregorevanja opreme. UPS ne može da zaštiti kompjuter u slučaju ekstremno jakih udara, ali u većini slučajeva može da ublaži posledice. • Šum (Noise ili Interference) – nastaje usled varničenja (recimo na troli trolejbusa), uključivanja i isključivanja jakih elektromotora, rada fluorescentnih cevi u blizini kompjuterskog monitora (ili blizine drugih monitora) i slično. Uticaj ove vrste smetnji na rad kompjutera srazmerno je mali.

On-line UPS poznat je i kao pretvarač sa dvostrukom konverzijom. Kod njega se na izlaz nikada ne prosleđuje direktno napon iz mreže, nego se potrošač napaja naponom koji generiše invertor, a akumulator se povremeno, po potrebi, dopunjuje. Pošto ne postoji prebacivanje sa mrežnog na generisani napon, ovaj UPS je „najbezbolniji” za potrošača i omogućava najveći stepen stabilnosti napajanja. Međutim, pošto radi neprekidno, akumulator mu kraće traje, a može da zasmeta i buka usled hlađenja i zujanja transformatora i prigušnica. Ovaj tip UPS-a nudi najbolji stepen zaštite, ali je i najsloženiji, pa samim tim i najskuplji.

Line Interactive UPS po principu rada predstavlja kombinaciju prethodna dva tipa. Naime, kod ovog modela se, kada je mreža ispravna, mrežni napon prosleđuje na izlazne priključke, a istovremeno i na ispravljački deo. Sa izlaza ispravljača dopunjava se akumulator, ali istovremeno napaja i invertorski deo, koji tada radi u praznom hodu. U trenutku kada nastupi smetnja na mreži, invertor se prebacuje na napajanje iz akumulatora, a izlaz na napajanje iz invertora. Pošto invertor nije prestajao s radom, vreme prebacivanja (switch-over time) mnogo je kraće nego kod Stand-by UPS-a. Zbog bržeg perioda prebacivanja, moguće je primeniti sofisticiraniju kontrolnu elektroniku koja reaguje i na padove mrežnog napona ispod zadate granice od, recimo, 190 volti (tzv. brownout), premašenja napona (recimo, više od 250 volti, tzv. power surge), manje naponske udare (kratkotrajni veliki skokovi napona, spike) ili poremećaje u frekvenciji napona. Kontrolna elektronika kod ovog tipa UPS-a reaguje mnogo brže nego kod Offline tipa jer invertor neprekidno radi. Ovom tipu pripada najveći broj UPS-ova srednje klase, koja je zanimljiva najširem krugu vlasnika kompjutera.

Neki usavršeni Offline modeli imaju ugrađen transformatorski korektor napona (voltage regulator). Napon se, u prilično širokim granicama, automatski reguliše promenom broja navojaka primarnog namotaja ugrađenog transformatora. Naime, u krajevima u kojima napon struje mnogo varira ali struja ne nestaje, neekonomično je kupiti skuplji Line-Interactive model jer će se on često nakratko uključivati u režim rada preko akumulatora, uz karakteristično zujanje i škljocanje, smanjujući time vek trajanja akumulatora i elektronike. Pomenuti „hibridni” model pruža dovoljno kvalitetan korigovan izlazni napon u slučaju variranja mrežnog napona, a u slučaju potpunog nestanka struje stvar preuzima kombinacija akumulator-invertor.

Kompjuterski UPS uređaji mogu, u principu, koristiti bilo kakav olovni akumulator. Međutim, nije praktično u sobi držati akumulator za automobil jer pri punjenju razvija škodljive gasove i puni se razređenom sumpornom kiselinom. Akumulatori za UPS-ove koriste specijalne akumulatore sa elektrolitom u obliku gela koji su hermetički zatvoreni (sealed lead-acid battery).

UPS štiti od nekih problema sa naponom električne mreže, ali u svom osnovnom obliku ne može da nas zaštiti baš od svega. Recimo, brzi naponski udari obično predstavljaju veliki problem za UPS jer on ne može dovoljno hitro da reaguje. Zato se u skuplje modele ugrađuju još neke mere zaštite: zaštita od većih prenapona (surge protector), zaštita telefonske linije i/ili mrežnog adaptera kompjutera. Pojedine modele odlikuju i neke „kozmetičke” funkcije kao što je cold start (ručno uključivanje napajanja iz akumulatora) i slično. Kod većine UPS uređaja, sem kod onih najjeftinijih, omogućena je veza sa kompjuterom putem serijskog ili USB porta. Na taj način preko kompjutera se može kontrolisati stanje akumulatora i mrežnog napona, a može se i postići to da pri dugotrajnijem nestanku struje kompjuter automatski ode u Stand-by režim, snimajući sav sadržaj memorije na disk i sprečavajući time gubitak podataka.

Izbor UPS-a za kompjuter nije baš jednostavan. Treba voditi računa o više parametara, kao što su prilike u električnoj mreži na određenoj lokaciji, snaga potrošača (kompjuter i monitor), namena kompjutera i slično. Ovom obimnom problematikom bavićemo se neki drugi put.

Vojislav MIHAILOVIĆ