Taniec z prądem

Jedną z przyczyn dużej niezawodności komputerów przenośnych jest ich odporność na przerwy i inne zakłócenia zasilania energią elektryczną. Takiej luksusowej sytuacji nie mają maszyny stacjonarne, uzależnione od ciągłego zaopatrzenia w prąd odpowiedniej jakości.


Jedną z przyczyn dużej niezawodności komputerów przenośnych jest ich odporność na przerwy i inne zakłócenia zasilania energią elektryczną. Takiej luksusowej sytuacji nie mają maszyny stacjonarne, uzależnione od ciągłego zaopatrzenia w prąd odpowiedniej jakości.

Co prawda, ze skutkami defektów zasilania coraz lepiej sobie radzą aplikacje i systemy, na przykład zapisując co jakiś pewien czas efekty swojej pracy, ale w wypadku "zwisu" lub resetu komputera zawsze pewna część wyników zostaje utracona. Czasami zaradzi temu filtrowanie, podniesienie lub obniżenie napięcia. W krytycznych sytuacjach konieczne staje się przestawienie się na własne zasilanie. Toakie zadanie wykonują zasilacze awaryjne, zwane z angielska UPS-ami (uninterruptible power supply).

Liniowo

Rodzaje gniazdek w zasilaczach awaryjnych: u góry typu E, na dole IEC. Rzadko zasilacz ma oba naraz, dlatego kupując go, warto pamiętać o zaopatrzeniu się w przewód z pasującą wtyczką.

Rodzaje gniazdek w zasilaczach awaryjnych: u góry typu E, na dole IEC. Rzadko zasilacz ma oba naraz, dlatego kupując go, warto pamiętać o zaopatrzeniu się w przewód z pasującą wtyczką.

Niezależnie od szczegółów konstrukcyjnych i topologii wewnętrznych połączeń zasilacz UPS jest zawsze wyposażony w układy filtrujące, baterię akumulatorów, prostownik do ich ładowania i falownik, do przekształcania zgromadzonej w urządzeniu energii na prąd zmienny. Nazwy rodzajów zasilaczy pochodzą od struktury połączeń między nimi. Najprościej byłoby ładować akumulator z sieci i zasilać z niego falownik. Tak działają konstrukcje typu "on-line". Oddzielenie generatora prądu zmiennego, tzw. falownika, od źródeł zewnętrznych gwarantuje mu niespotykany komfort pracy. Szumy, odkształcenia harmoniczne, wahania częstotliwości i inne zmienne przebiegi nie przedostają się przez barierę złożoną z prostownika i akumulatora. Jednak z powodu ciągłej zamiany prądu zmiennego na stały i z powrotem sprawność zasilacza "on-line" nie jest imponująca. Ocenia się, że około 20 procent energii zamienia się w ciepło. Ustawicznie obciążona bateria szybko się zużywa i musi być często wymieniana. Taki sposób ochrony gwarantuje najwyższą jakość, ale za równie wysoką cenę.

Zasilacz "typu off-line" działa jak poprzedni w momencie stwierdzenia wad prądu i łączy wprost wejście z wyjściem, kiedy defekt ustąpi. Problemem staje się przełączanie z jednego źródła na drugie, wywołane samą naturą prądu zmiennego. Niedopasowanie fazowe może powodować gwałtowne skoki napięcia. Aby je zmniejszyć, opóźnia się przełączanie. Z przerwami trwającymi kilka okresów radzą sobie komputerowe zasilacze impulsowe, które w zależności od pojemności użytych kondensatorów mogą się obyć bez prądu od 20 do 50 ms. Przełączanie zasilacza trwa dwukrotnie krócej. Więc nie jest tak źle. Ale może być lepiej.

Oraz interaktywnie

Parametry techniczne i wyniki testów UPS tańszych do 500 zł

Parametry techniczne i wyniki testów UPS tańszych do 500 zł

Dziś praktycznie zasilacze typu off-line zostały wyparte przez urządzenia o topologii interaktywnej. Okazały się niemal równie tanie, a znacznie bardziej funkcjonalne. W tym wypadku interaktywność polega na śledzeniu fazy napięcia zasilającego po to, żeby w momencie przejścia na pracę bateryjną od razu dostarczyć napięcie chwilowe w zbliżonej wysokości. W praktyce nie udaje się przełączeniea dokonać natychmiastoweo, w najlepszych modelach przerwę skrócono do jednej-dwóch ms. To piszą w instrukcjach, ale rzeczywiste przełączanie może trwać dłużej i składać się z dwóch etapów. W Na pierwszym, który nie powinien trwać dłużej niż jeden okres sinusoidy, powinno dojść do dopasowania fazy i zapobieżeniu zapobieżenia w ten sposób dużym skokom napięcia, w drugim, dłuższym, robi się porządek z amplitudą. Szczegóły obu przebiegów w momencie przełączania widać na rysunku.

Konstrukcje interaktywne są wyposażone w autotransformator obniżający napięcie wejściowe przed wyprostowaniem i jednocześnie będący częścią falownika podczas wytwarzania prądu z baterii. Taka budowa pozwala na wprowadzenie zastosowanie następnego udoskonalenia. Wyprowadzając ze zwojów transformatora kilka odczepów, łatwo uzyskać układ korygujący napięcie w granicach kilkunastu procent, bez przełączania zasilacza w tryb bateryjny. W ten sposób działa AVR, układ stabilizacji napięcia. Oszczędza się baterie i poprawia zwiększa sprawność. Ocenia się, że w czasie pracy z AVR marnuje się cztery procent energii, a podczas trybu bateryjnego - aż dwadzieścia. To jest dodatkowa korzyść uzyskana w konstrukcjach interaktywnych praktycznie bezpłatnie i powód znikania z rynku konstrukcji typu off-line. Tylko trzy takie modele znalazły się wśród ponad dwudziestu uczestników testu.

Ochrona za grosik

Zasilacze w kolejnych topologiach, poczynając od najprostszego, chronią przed coraz większą liczbą zagrożeń. Użyteczną, chociaż niezupełnie ścisłą ich klasyfikację opracowała firma Powerware. Konstrukcje typu off-line chronią przed trzema, interaktywne przed pięcioma, a typu on-line przed dziewięcioma rodzajami zakłóceń. W pierwszej grupie są zaniki napięcia, chwilowe wahania amplitudy i udary napięciowe. W kolejnej dochodzi długotrwałe podwyższenie i obniżenie napięcia. Te defekty wyjątkowo efektywnie naprawia AVR, topologia zasilacza ma tu mniejsze znaczenie. W grupie najdroższej zapobiega się jeszcze przepięciom łączeniowym, szumom, wahaniom częstotliwości i odkształceniom harmonicznym. Na podstawie tej listy wymagań odbiornika i jakości okolicznej sieci można określić, jaki rodzaj zasilacza najlepiej spełni swoje zadanie.

Pląsy z prądem

Opłacalność

Opłacalność

Ogromna tolerancja zasilaczy komputerowych stwarza pokusę oszczędzania na falownikach. Prostsze wytwarzają napięcie w kształcie określanym często jako quasi-sinusoidalny, który jednak z prawdziwym sinusem nie ma wiele wspólnego. Zazwyczaj jest to fala naprzemiennych dodatnich i ujemnych impulsów prostokątnych, albo piłokształtnych, uzupełnionych tak dobraną chwilą przerwy, aby wartości szczytowe i skuteczne pozostawały do siebie w takim samym stosunku, jak w "prawdziwej" sinusoidzie. Wiadomo, że takie impulsy generują fale o różnej częstotliwości, a w tym takie, na wyłapywaniechwytywane których nastawione są przez różne filtry. Podobnie w urządzenia z transformatorami, zamiast prawidłowej pracy mamy nadmierne grzanie się. Profesjonalne lampy błyskowe czy zasilacze komputerowe PFC są przykładami na powiększającej się grupy urządzeń akceptujących tylko prawdziwie sinusoidalny kształt napięcia.

Z przeglądu przebiegów sztucznie wytwarzanego napięcia zarejestrowanych na oscyloskopie i dołączonych do tabeli wyników testu wynikają jeszcze bardziej niepokojące wnioski. Części prostokątne ulegają zniekształceniom, poziomy zerowe wędrują po skali. Czasem ich skracanie jest wykorzystywane do uzupełniania braków mocy, a tego nie trawią nawet niektóre zasilacze komputerowe. Odmawiają pracy na przebiegach bez zera pomimo naładowanej baterii. Na dodatekPonadto dodatkowe maksima oszukują częstotliwościomierze i układy oparte na tej wielkości.

I przeciwnie, prawdziwy sinus jest akceptowany przez urządzenia z transformatorami, na przykład profesjonalne lampy błyskowe, którym zasilacz może dostarczać energii podczas wypadów w plener.

Z zupełnie innych powodów nie powinno się z UPS-ów zasilać drukarek laserowych. W momencie spiekania toneru z papierem drukarki pobierają tak dużo prądu, że przystosowanie falowników zasilaczy do takich obciążeń, chociaż możliwe, w porównaniu z niewielką szkodą, jaką spowoduje przerwanie wydruku, jest nieopłacalne. W najnowszych drukarkach utrwalanie jest już mniej energochłonne, ale jeszcze nie na tyle, żeby warto było je zabezpieczać przed zanikiem napięcia. Co innego filtrowanie. Wiele modeli zasilaczy ma dodatkowy tor, w którym między wejściem a wyjściem są tylko filtry. Takie gniazdka nie chronią przed zanikiem prądu.

Filtry są koniecznym uzupełnieniem wyposażenia zasilacza. Jedne zatrzymują zakłócenia przenoszące się z innych obwodów lub wyłapywane z eteru przez przewody działające jak antena. Inne unieszkodliwiają przepięcia, napięcie szpilkowe, zakłócenia powodowane przez silniki elektryczne, klimatyzację i tym podobne maszynerie. Do ich unieszkodliwiania używa się tłumików warystorowych. Jeżeli zasilacz nie ma kompletu filtrów, można uzupełnić ten brak, podłączając listwę filtrującą, ale tylko po tej stronie, z której do urządzenia dociera prąd.