ספקי-כוח אל-פסק (UPS‏) DC‏ המורכבים על מסילות DIN‏ מגנים על ציוד מוזן-DC‏

ספקי כוח אל-פסק (UPS) הם חלק אינטגרלי מיישומים תעשייתיים רבים. בכל מקום בו הפסקת חשמל עלולה להוביל לאיבוד נתונים, נזק לציוד רגיש, פגיעה בבטיחות או סכנה לחיים, UPS הוא חלק מהמערכת. מערכות קריטיות אלו מחברות אוטומטית את העומס לסוללות כאשר מתרחשת הפסקת חשמל חיצונית, ובכך מרוויחות זמן לחיבור מקור חשמל אחר או מאפשרות כיבוי בטוח של הציוד.

מערכות UPS משמשות במגוון רחב של יישומים, כולל טלקומוניקציה, בתי חולים ומרכזי נתונים. מערכות UPS המיועדות לעומסי זרם ישר (DC) מגנות על ציוד בתחומי התחבורה, ייצור חשמל, אוטומציה במפעלים ומבנים, ייצור מוליכים-למחצה, אבטחה ועוד.

יותר מאשר מיתוג פשוט בין ספק-כוח חיצוני לסוללות גיבוי, מערכת UPS חייבת גם לנהל את בריאות הסוללות ואת מתחי הכניסה/יציאה. מהנדס המוסיף מערכת UPS לציוד קיים או מתוכנן צריך לבחור מוצר שמתאים לצורכי העומס והסוללה, וכן להתחשב בממשק של מערכת ה-UPS ובדרישות הפעולה הבטוחות.

הבנת עקרונות הפעולה של UPS

ציוד המתוכנן עבור זרם חילופין (AC) משתמש במערכת UPS‏ AC‏ אשר ממירה את ה-DC‏ של סוללות הגיבוי ליציאת AC המתאימה עבור העומס עם מעגלי אינוורטר (איור 1). בפעולה רגילה, מתח AC חיצוני עוקף את הסוללה והאינוורטר כדי להזין את העומס ישירות. במקרה של הפסקת חשמל, אנרגיה מהסוללה עוברת דרך האינוורטר כדי להזין את העומס במתח הנדרש עד שהסוללה מתרוקנת, החשמל חוזר, או עד לחיבור מקור חשמל אחר.

UPS‏ AC‏ מכיל גם מיישר, שנכנס לפעולה כאשר הספקת-כוח AC זמינה. המיישר הופך חלק מה-AC‏ המסופק ל-DC‏ במתח מיוצב עבור טעינת הסוללות.

איור 1: מערכת UPS‏ AC‏ עוקפת את הסוללה עד שהיא נחוצה, ולאחר מכן משתמשת באינוורטר כדי להמיר DC‏ מהסוללה ל-AC‏ הנדרש עבור העומס. המיישר טוען את הסוללה כל עוד ה-AC‏ זמין. (מקור התמונה: TDK-Lambda)

לעומת זאת, עומס DC יכול להתחבר ישירות לסוללת גיבוי באמצעות DC-UPS‏. ל-DC-UPS יש שתי פונקציות עיקריות. כאשר קיימת הספקת-כוח חיצונית, הוא פועל כממיר DC/DC דו-כיווני פנימי. זה מאפשר לו גם לטעון את הסוללה ממתח DC‏ מיושר וגם להמיר אותו למתח המתאים עבור עומס DC‏ (איור 2). במהלך הפסקת חשמל חיצונית, הוא פועל כממיר DC/DC, המספק מתח מיוצב מהסוללה לעומס.

איור 2: ב-DC-UPS‏, הסוללה מזינה את העומס ישירות. כאשר החשמל חוזר, מתח AC חיצוני מיושר מזין את העומס וטוען את הסוללה. (מקור התמונה: TDK-Lambda)

ה-DUSH960 DC-UPS‏ של TDK-Lambda‏ (איור 3) פועל עם מתחי כניסה DC‏ בין V‏ 12‏ עד V‏ 60‏. היציאה היא עד A‏ 20‏ ו-W‏ 960‏ במתחים מתוכנתים-על-ידי-המשתמש בין VDC‏ 12‏ עד VDC‏ 48‏. כממירי DC/DC ניתנים-לתכנות, ניתן להשתמש ביחידות DUSH960 ללא סוללה בתחום כניסה ויציאה של V‏ 10‏ עד V‏ 60‏ (נומינלי V‏ 12‏ עד V‏ 48‏).

מכיוון שסוללת הגיבוי יכולה לספק את העומס ישירות ללא צורך בממיר, מערכות DC-UPS הן יעילות ביותר. הם יכולים לספק באמינות 96% עד 98% מהאנרגיה הנלקחת מהסוללה.

איור 3: דגמי DUSH960 DC-UPS ממירים מתח DC מסוללות גיבוי למתח הנדרש עבור עומס DC. הם גם מנהלים את טעינת הסוללות כאשר הספקת-הכוח חוזרת. (מקור התמונה: TDK-Lambda)

אפשרויות סוללת DC-UPS‏

מכיוון ש-DC-UPSs‏, כמו אלו של סדרת DUSH960, הם ממירי DC-ל-DC‏, הם פועלים עם מגוון של טכנולוגיות אחסון אנרגיה. סוללות עופרת-חומצה, סוללות ליתיום-יון (^+‏Li‏), סוללות הידריד ניקל-מתכת (NiMH) וסופר-קבלים, כולם פועלים עם DC-UPSs‏ אלה עבור קיבולות אחסון של עד A‏ 20‏ ו-Ah‏ 1,000‏.

כל סוג של סוללה או סופר-קבל זמין במגוון של מתחי הספקה התלויים בגודל ספק-הכוח ובמבנה שלו. בנוסף, מתח הסוללה משתנה ככל שהסוללה מתפרקת, ככל שהטמפרטורה משתנה, ועם מספר מחזורי הטעינה-פריקה.

פונקציית ממיר DC/DC של ה-DUSH960 מסירה את הדאגה מתנודות אלו ומבטיחה שמתח ה-DC המתוכנת יועבר לעומס, בין אם ספק-כוח הגיבוי מספק 10 וולט, 58 וולט, או ערך כלשהו ביניהם.

דירוגי הגנה ובטיחות

ביחד עם יכולות ממיר DC/DC של סדרת DUSH960, היחידות נושאות יכולות חישה ומעגלים להגנה על הסוללה ועל העומס כאחד. מערכות DC-UPS‏ מגנות מפני חיבור סוללה הפוך, אשר עלול לפגוע בסוללה וברכיבים אלקטרוניים רגישים אחרים. החיישנים שלהם גם עוקבים אחר בריאות הסוללה, מגלים ומונעים פריקה עמוקה וזרם-יתר.

כאשר הספקת-הכוח חוזרת והמערכת טוענת את הסוללה, הקושחה מספקת את פרופיל הטעינה המתאים עבור סוג הסוללה המחוברת. היחידות גם מנטרות את טמפרטורת הסביבה וממטבות את מתח הטעינה בהתאם, מורידות אותו לטמפרטורות סביבה חמות יותר ומעלות אותו כאשר הסביבה קרה.

יחידות DUSH960 מדורגות לפעולה נומינלית בתחום טמפרטורות רחב: 40°C- עד 40°C+. בין 50°C- ל-70°C+ מותר להפעיל את היחידות, אך יש להפחית את הזרם המותר באופן ליניארי ב-C‏°‏/W‏ 12‏ מ-A‏ 15‏ ככל שהטמפרטורה עולה.

היחידות מורשות מספר תקני בטיחות, כולל IEC/EN/UL/CSA 61010-1, IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201, ו-IEC/EN/UL/CSA 62368-1 (מהדורה 3‏). הם גם נושאים סימוני CE ו-UKCA עבור הנחיות מתח נמוך ו-RoHS.

התקנת וממשקים DC-UPS‏

בנוסף לעמידה בתקני בטיחות בינלאומיים, יחידות DUSH960 מתוכננות עבור התקנה סטנדרטית. הרכבת יחידות DUSH960 היא מהירה וקלה מכיוון שמדובר במודולים עבור מסילות DIN. עם רוחב 55 מ"מ, גובה 115 מ"מ, עומק 110 מ"מ (2.13 אינץ' 4.53 אינץ' x‏ 5.17 אינץ'), יחידות DUSH960‏ הקומפקטיות שוקלות 470 גרם עבור ה-DUSH960-1248-1M‏ ו-500 גרם עבור ה-DUSH960-1248-0M‏. שתי היחידות תואמות למסילות DIN‏ TS35/15‏ ו-TS35/7.5‏.

כדי לאפשר למשתמשים להפיק את המרב מהחיישנים המובנים ומהיכולת לתכנות ל-DUSH960s‏ יש מספר אפשרויות ממשק. בפאנל הקדמי של דגם DUSH960-1248-0M (איור 4) יש מסך LCD‏ צבעוני 1.5 אינץ' וארבעה מקשי בקרה המאפשרים ניטור ותכנות ידניים.

איור 4: ל-DUSH960-1248-0M יש מסך LCD צבעוני עם ארבעה מקשי בקרה בפאנל הקדמי. הפאנל מכיל גם נקודות חיבור עבור Modbus/RTU, חיישני טמפרטורת סוללה ועוד. (מקור התמונה: TDK-Lambda)

הפאנל הקדמי של ה-DUSH960-1284-1M כולל נורות LED‏ לחיווי בדגם ממוטב-עלות עבור יישומים פחות נגישים. נורות LED אלו מאותתות על שגיאות, אזהרות והתרעות, וכן מציינות את אופני הפעולה של ה-DC-UPS: פעולה רגילה מרשת החשמל עם סוללה צפה, פעולה רגילה מרשת החשמל עם טעינת סוללה, או אופן גיבוי.

חיבורי תקשורת וחישה אחרים כוללים אות הפעלה/כיבוי מרוחק מבודד, ושני מגעי ממסר פתוחים באופן-רגיל (NO‏) המעניקים אותות בעת הצורך אך אינם צורכים הספק כשהם פתוחים. הכניסות עבור חיישני טמפרטורת סוללה אופציונליים כלולות ביחידה; החיישנים זמינים בנפרד.

לגרסת DUSH960-1248-0M יש גם יציאת עזר של A‏ 5‏ מהסוללה. למרות שהמתח מיציאה זו אינו מיוצב ושווה למתח פריקת הסוללה, נקודת-החיבור אכן מעניקה הגנה מפני זרם-יתר.

כל דגמי DUSH960 מתחברים גם למערכות אוטומציה תעשייתיות. נקודת-חיבור Mini-USB-B‏ מאפשרת חיבור דרך RS485‏ עבור תוכנת בקרה Modbus/RTU‏. חיבור זה, ביחד עם תוכנת PowerCMC‏ המסופקת, מאפשר למשתמשים לנטר את ביצועי היחידה, להגדיר תבנית (Template‏) עבור מתחי כניסה ויציאה ופרמטרים אחרים, לבצע סטנדרטיזציה על פני מספר יחידות ולתחזק יומני התרעות.

סיכום

מערכות UPS מספקות גיבוי קריטי כדי לאפשר כיבוי בטוח, לשמור נתונים חשובים, להבטיח את בטיחות המשתמשים והציבור ולמנוע הפסדים כלכליים. עם הרכבה סטנדרטית על מסילות DIN, המרת DC/DC מאובטחת ומספר אפשרויות ממשק, מוצרי DUSH960 DC-UPS של TDK-Lambda מספקים פתרונות גיבוי יעילים וניתנים להתאמה-מיוחדת על פני מגוון רחב של מתחי כניסה ויציאה, והם תואמים לטכנולוגיות אחסון אנרגיה אלקטרוליטיות ואלקטרוסטטיות הנפוצות ביותר.