Zajrzymy do wnętrza obu udostępnionych urządzeń i porównamy ich konstrukcję wewnętrzną. W materiale znajdziecie także filmy nagrane podczas testów i po otwarciu obudowy urządzeń.
UPS offline line-interactive Green Cell Micropower 1000VA
Zgodnie ze specyfikacją producenta jest to UPS o mocy wyjściowej 1000VA / 600W. Energia na czas pracy awaryjnej zgromadzona jest w dwóch szeregowo połączonych akumulatorach AGM 12V/7Ah. W UPSach tej klasy często stosowany jest pojedynczy akumulator 12V. Zwiększone napięcie pozwala na pracę z mniejszym prądem rozładowującym akumulatory, otrzymujemy także więcej Wh. Na potrzeby własne zasilacz awaryjny pobiera 20-50W (w zależności od stopnia naładowania akumulatorów). Konstrukcja urządzenia jest kompaktowa, UPS jest cichy (brak wymuszonego chłodzenia), jednak warto zapewnić mu dobrą wentylację, aby m.in. przedłużyć żywotność akumulatorów. Podświetlany wyświetlacz LCD jest bardzo czytelny i dostarcza informacji o trybie pracy, napięciu wejściowym i wyjściowym, poziomie naładowania akumulatora, mocy odbieranej z UPSa. Urządzenie posiada tylko jeden przycisk włącz/wyłącz. Być może przydałby się dodatkowy przycisk testu UPS/akumulatorów?
Z tyłu UPSa znajdują się dwa rodzaje gniazd, co przyda się szczególnie w domowych zastosowaniach, gdzie poza wtykami IEC C-13 spotkamy często wtyczki Schuko. Na tylnej ściance zamontowany jest bezpiecznik obwodu wejściowego, złącze USB do komunikacji z oprogramowaniem oraz ochronnik przeciwprzepięciowy ze złączem 8P8C (RJ45). W ochronniku połączone są wyprowadzenia 1-6, wyprowadzenia 4-5 są zamienione. Konstrukcja opiera się o diody i warystory. Można przypuszczać, że jest to ochronnik dedykowany dla FastEthernet i urządzeń telekomunikacyjnych, np. modemów ADSL.
Oprogramowanie realizuje zakładane funkcje, natomiast moim zdaniem można w przyszłości nieco odświeżyć interfejs aplikacji:
Testy praktyczne UPSa offline
Cechą charakterystyczną UPSów offline jest krótka przerwa w zasilaniu odbiorów po zaniku zasilania sieciowego. Jest to związane z (najczęściej) przekaźnikowym odłączeniem odbiorów od sieci, uruchomieniem źródła napięcia awaryjnego i przełączeniem odbiorów na nowe źródło zasilania. Podobnie powrót na napięcie sieciowe wymaga operacji łączeniowych z wykorzystaniem przekaźników. Czas przełączenia nie przekracza zwykle 10ms.
Tak wygląda moment przełączenia UPS offline z sieci na pracę bateryjną i powrót na zasilanie sieciowe:
Charakterystyczna dla UPS offline krótkotrwała przerwa w zasilaniu odbiorów podczas przełączenia na pracę bateryjną, nie powinna mieć wpływu na działanie podłączonych urządzeń o mniejszej mocy (ze względu na energię zgromadzoną w "nadmiarowych pojemnościach" układów zasilania tych urządzeń). W urządzeniach większej mocy i odbiorach krytycznych lepiej zastosować UPS online. W skrócie: niewielkiej mocy przełącznik sieciowy, rejestrator CCTV, a nawet mały NAS czy komputer nie powinien "zauważyć" przerwy w zasilaniu. Natomiast przy urządzeniach krytycznych dla funkcjonowania firmy oraz pobierających większą moc, np. macierz dyskowa, przełącznik PoE zasilający kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt urządzeń lepiej zastosować UPS online. Jest to bardzo ogólna zasada, od której znajdą się odstępstwa, ale od czegoś trzeba zacząć wybór zasilacza awaryjnego. UPSy offline posiadają zwykle prostszą konstrukcję, niższą moc, a także niższą cenę niż zasilacze online. Proste UPSy offline zwykle nie posiadają możliwości podłączenia zewnętrznych baterii akumulatorów, celem wydłużenia pracy po zaniku zasilania sieciowego.
UPS offline nie przetwarza energii podczas pracy sieciowej (poza trybem AVR), co skutkuje wysoką sprawnością. Wejście zasilania jest połączone przekaźnikiem z wyjściem, natomiast straty to głównie zasilanie elektroniki UPSa i ładowanie baterii. Aby porównać urządzenie z UPS online, można oszacować jego sprawność przy różnych mocach pobieranych przez odbiorniki. Zwiększenie "sprawności" przy większych mocach będzie wynikało głównie z coraz mniejszego udziału mocy na potrzeby własne UPS w całkowitej mocy pobieranej z sieci. Bardzo "grube" oszacowanie, ale da nam porównanie z urządzeniami online.
Na wejściu szacujemy moc czynną przy pomocy watomierza (oraz kontrolujemy moc pozorną multimetrami, aby zweryfikować czy wskazania niezbyt dokładnego watomierza są we właściwym rzędzie wielkości). Na wyjściu mierzymy moc pozorną, ponieważ odbiornik ma charakter rezystancyjny, możemy założyć że VA ~ W. Wyniki będą oczywiście różniły się, gdy pracę podejmie ładowarka akumulatorów. Oszacowanie było prowadzone przy naładowanych akumulatorach (czyli typowych warunkach pracy UPS). Tak czy inaczej otrzymujemy zakres sprawności 85-96%, co nie powinno być zaskoczeniem, gdy znamy sposób działania urządzenia.
Z UPSa udało się pobrać deklarowaną moc 600W, ale na zdjęciu widzicie na wejściu pobór mocy 800W - co się wtedy wydarzyło?
UPS zareagował prawidłowo i po chwili wyłączył zasilanie odbiorów. Taka możliwość chwilowego przeciążenia jest bardzo istotna, gdy np. podłączamy urządzenie ze sporą wartością pojemności wejściowej i dużym prądem podczas załączenia.
Działanie układu AVR w UPS offline line-interactive
Układ regulacji napięcia wyjściowego można porównać do autotransformatora podłączanego na wyjściu urządzenia. W zależności od napięcia wejściowego można dodawać napięcie do wyjścia lub odejmować, gdy napięcie wejściowe jest zbyt wysokie. Dodawane lub odejmowane napięcie podczas testów wynosiło ~37V.
W przypadku testowanego urządzenia można wyróżnić trzy stany pracy z napięciem wejściowym:
Napięcie wejściowe 210-255V: wejście połączone z wyjściem przekaźnikami.
Napięcie wejściowe 209-175V: aktywny układ AVR napięcie wyjściowe 246-205V.
Napięcie wejściowe >255V : aktywny układ AVR napięcie wyjściowe >218V.
Przejście na pracę bateryjną następuje przy napięciu wejściowym <175V. Przejścia między stanami wykonywane są z odpowiednią histerezą, aby nie destabilizować pracy urządzenia przy wahaniach napięcia.
Konsekwencje prostokątnego kształtu napięcia wyjściowego UPSa offline
Niesinusoidalny kształt napięcia powoduje, że nie każdy odbiornik będzie prawidłowo współpracował z tego typu UPSem. Prostokątny kształt napięcia wyjściowego upraszcza konstrukcję, obniża koszt urządzenia, dla wielu urządzeń nie będzie istotnie wpływał na ich pracę. Sprawdźmy w praktyce konsekwencje zasilania odbiornika niesinusoidalnym napięciem.
Po przełączeniu widoczne jest chwilowe zwiększenie amplitudy sygnału prostokątnego:
Gdy po ustabilizowaniu się amplitudy napięcia wyjściowego, porównamy wartości RMS napięcia sieciowego i tzw. "aproksymowanej sinusoidy", okazuje się, że wartości są zbliżone 227V - 232V:
Dla wartości Vpp występują większe różnice: 648V - 776V.
Pierwsze zaskoczenie może nastąpić, gdy wykorzystamy multimetr bez funkcji trueRMS (lub podłączone urządzenie określa poziom napięcia wejściowego we właściwy sposób tylko dla sinusa). Pomiar będzie zafałszowany:
Drugi przykład to zasilacze transformatorowe bez stabilizacji. Napięcie wyjściowe takiego zasilacza może wzrosnąć przy zasilaniu napięciem prostokątnym. Sprawdziłem efekt na zasilaczu 12V 1A.
Przy zasilaniu sieciowym napięcie wyjściowe przy pracy jałowej 17.5V, przy podłączonym na wyjściu rezystorze 200om 16V.
Po zasileniu napięciem prostokątnym odpowiednio 21V i 19V.
Wprawdzie w większości obecnie stosowane są zasilacze impulsowe, jednak warto mieć świadomość takiego efektu.
W sieciowym zasilaczu impulsowym na wejściu znajdziecie prostownik i kondensator elektrolityczny. Napięcie stałe po wyprostowaniu napięcia sieciowego może sięgać na takim kondensatorze, np. 318V. Sprawdziłem w praktyce, że zasilanie napięciem prostokątnym może zwiększyć napięcie na kondensatorze do nawet 400V (w stanie jałowym) i do 350V przy obciążeniu zasilacza:
Takie zjawisko występuje praktycznie w każdym UPSie z niesinusoidalnym kształtem napięcia wyjściowego. Zwykle przyjmowałem to jako cechę, ale teraz mamy możliwość zapytania inżynierów R&D firmy Green Cell.
Czy jest możliwe zniwelowanie zjawiska zwiększonego napięcia na kondensatorze przetwornicy flyback zasilonej z UPS o prostokątnym kształcie napięcia wyjściowego, poprzez zmianę w firmware lub hardware udostępnionego zasilacza UPS?
Czy przy założeniu krótkotrwałej pracy w trybie bateryjnym, to zjawisko może mieć jakiekolwiek długofalowe skutki?
Podsumowanie dla zasilacza UPS offline line-interactive Green Cell Micropower 1000VA:
Korzystna cena, wysoka sprawność, kompaktowe wymiary, układ AVR,
polecany do urządzeń mniejszej mocy, niewrażliwych na chwilową przerwę zasilania, oraz prostokątny kształt napięcia zasilającego.
W przyszłości przydałoby się odświeżenie oprogramowania, oraz być może dodatkowy przycisk "test".
Poniżej film z testów praktycznych UPSów offline i online:
UPS online Green Cell RT 1000VA
Urządzenie przeznaczone jest do montażu w szafie RACK lub jako wolnostojące (sposób wyświetlania danych na wyświetlaczu możemy obrócić zmieniając konfigurację programową). Jest to UPS online VFI (Voltage Frequency Independent) o mocy wyjściowej 1000VA / 900W, oraz sinusoidalnym kształcie napięcia wyjściowego. Podczas przełączenia na pracę akumulatorową nie wystąpi przerwa w zasilaniu odbiorów. UPS w trybie pracy bateryjnej wytwarza napięcie sinusoidalne, więc efekty związane z prostokątnym kształtem napięcia wyjściowego nie występują jak miało to miejsce w modelu offline. Kształt, amplituda i częstotliwość napięcia wyjściowego jest niezależna od parametrów napięcia wyjściowego. Jest to urządzenie innej klasy niż testowany UPS offline. UPS posiada bardziej złożoną konstrukcję, co generuje większy koszt urządzenia, ale cechy funkcjonalne pozwalają na zasilanie urządzeń większej mocy istotnych dla funkcjonowania firmy.
Energia na czas pracy awaryjnej zgromadzona jest w dwóch akumulatorach AGM 12V/9Ah, możliwe jest podłączenie zewnętrznych pakietów akumulatorów wydłużających czas podtrzymania napięcia wyjściowego. Na potrzeby własne UPS pobiera 40-80W (w zależności od stopnia naładowania akumulatorów).
Urządzenie o wysokości 2U, wyposażone w wymuszone chłodzenie.
Podświetlany wyświetlacz LCD jest bardzo dobrze czytelny, jednak w tej klasie urządzenia przydałby się wyświetlacz graficzny prezentujący pełne nazwy funkcji zamiast skrótów. Być może w kolejnej wersji urządzenia znajdziemy wyświetlacz graficzny OLED lub chociaż LCD alfanumeryczny? Wyświetlacz i przyciski na panelu pozwalają na kontrolę parametrów pracy urządzenia oraz zmianę ustawień konfiguracji.
Z tyłu UPSa znajdują się dwa segmenty gniazd. Segment pierwszy może być odłączony przy określonym poziomie rozładowania akumulatorów, natomiast drugi segment może kontynuować zasilanie odbiorów krytycznych, aż do rozładowania akumulatorów i wyłączenia urządzenia. Na tylnej ściance znajdziemy bezpiecznik na obwodzie wejściowym, złącze USB i RS232 do komunikacji z oprogramowaniem (to samo co w modelu offline) oraz ochronnik przeciwprzepięciowy ze złączem 8P8C/RJ45 (taki sam jak w modelu offline).
Do celów zarządzania serwerami (np. kilka podłączonych odbiorów) oraz zarządzania wieloma UPSami przydałoby się bardziej rozbudowane oprogramowanie. UPS dysponuje złączem karty SNMP, która podłączona do sieci LAN pozwala na monitorowanie i zarządzanie UPSem z wykorzystaniem komunikacji IP. To może być sposób na rozwinięcie funkcji poza możliwości dołączonego oprogramowania. Karta SNMP v3 NetAgent MiniGo DY801, Karta SNMP NetAgent MiniGo DL801.
Testy praktyczne UPSa online
Przełączenie UPSa na pracę bateryjną jest niezauważalne dla odbiorów:
W UPS VFI (z podwójnym przetwarzaniem) należy spodziewać się większych strat na konwersji energii oraz większej mocy na potrzeby własne. Jest możliwość zredukowania niewielkich strat na przetwarzaniu poprzez uruchomienie trybu ECO. W takim trybie oszczędzania energii UPS załącza wewnętrzny bypass przy prawidłowych parametrach napięcia wyjściowego podając napięcie wejściowe na wyjście (podobnie jak w UPS offline). Przy zaniku napięcia sieciowego UPS wyłączy bypass i uruchomi falownik, będzie to skutkowało krótką przerwą w zasilaniu.
Czy oszczędność w trybie ECO jest warta rezygnacji z zalet topologii online?
Jak zwykle zależy to od konkretnego przypadku, jednak gdy ograniczenie strat nie jest priorytetem, warto wybrać tryb online.
Podobnie jak w przypadku UPS offline, poniżej znajdziecie zgrubne oszacowanie sprawności UPS online i w trybie ECO:
Napięcie wyjściowe może mieć inną wartość oraz inną częstotliwość niż napięcie sieciowe (np. na wejściu 50Hz 230V, a na wyjściu 60Hz 200V)
lub może być zsynchronizowane z napięciem wejściowym, co np. zmniejsza stany nieustalone przy załączaniu bypassu.
Przy obciążeniu mocą powyżej nominalnych 900W UPS pozwala na chwilowe przeciążenie falownika.
Podsumowanie dla zasilacza UPS online Green Cell RT 1000VA
Brak przerwy przy przełączaniu na pracę bateryjną, sinusoidalny kształt napięcia wyjściowego, możliwość podłączenia akumulatorów zewnętrznych, opcja podłączenia karty sieciowej SNMP. UPS przeznaczony do montażu w szafie RACK lub jako wolnostojący,
polecany do urządzeń większej mocy, istotnych dla funkcjonowania firmy.
W przyszłości przydałaby się wymiana modułu wyświetlacza na graficzny lub alfanumeryczny wyświetlający komunikaty w postaci pełnych słów. Przy większej liczbie UPSów przydałoby się oprogramowanie scentralizowanego zarządzania odbiorami i źródłami zasilania awaryjnego.
Konstrukcja wewnętrzna UPSów
Dostęp do wnętrza UPSa offline jest bardzo łatwy, obudowa zamocowana jest czterema wkrętami:
Wewnątrz widoczne główne źródło masy urządzenia
czyli akumulatory oraz transformator.
Na płytce elektroniki widoczny falownik oraz zespół przekaźników do wykonywania operacji łączeniowych:
Płytka interfejsu USB:
Wnętrze UPS online skrywa bardziej złożoną konstrukcję:
Widoczne akumulatory, wejściowy filtr sieciowy, przekaźnik odłączania segmentu pierwszego odbiorów, płytka elektroniki z radiatorem i wentylatorami, a także moduł zasilacza impulsowego na potrzeby własne UPS.
Na radiatorze sporo elementów mocy, większość znajduje się na przekładkach izolacyjnych.
Widoczne moduły w postaci niewielkich płytek, są to prawdopodobnie sterowniki bramek/baz tranzystorów:
Płytka logiki występuje jako osobny moduł:
Na płytce elektroniki widoczne elementy wytwarzania napięcia na szynę DC oraz przekaźnik bypass i odłączania odbiorów:
Więcej szczegółów znajdziecie w filmie prezentującym konstrukcję wewnętrzną UPSów online i offline:
W temacie mamy wsparcie zespołu R&D firmy Green Cell, więc jeżeli macie pytania dotyczące urządzeń UPS online i offline, warto umieścić swój post.
Jakie macie doświadczenia z urządzeniami UPS, zasilaniem awaryjnym i gwarantowanym?
[WSPÓŁPRACA REKLAMOWA]
Fajne? Ranking DIY
