Die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ist in vielen industriellen Anwendungen eine wesentliche Komponente. Solange die Unterbrechung der Hauptstromversorgung zu Datenverlust, Beschädigung empfindlicher Geräte, Gefährdung der Sicherheit oder Lebensgefahr führen kann, muss das System mit einer USV ausgestattet sein. Bei einem externen Stromausfall verbinden diese kritischen Systeme die Last automatisch mit der Batterie und versorgen die Batterie mit Strom. Dadurch gewinnen sie Zeit für den Anschluss einer anderen Stromquelle oder sorgen für ein sicheres Herunterfahren der Ausrüstung.
Das USV-System ist weit verbreitet und deckt viele Bereiche wie Telekommunikation, Krankenhäuser und Rechenzentren ab. USVs, die speziell für Gleichstromlasten (DC) entwickelt wurden, können Schutz für Geräte in den Bereichen Transport, Stromerzeugung, Fabrik- und Gebäudeautomation, Halbleiterfertigung, Sicherheit und anderen Bereichen bieten.
Es handelt sich nicht nur um ein einfaches Umschaltgerät zwischen externen Stromquellen und Backup-Batterien, die USV muss auch den Zustand der Batterie und die Eingangs-/Ausgangsspannung verwalten. Wenn Ingenieure eine USV zu bestehenden oder geplanten Geräten hinzufügen, müssen sie Produkte auswählen, die den Last- und Batterieanforderungen entsprechen, und gleichzeitig die Schnittstellen- und Sicherheitsanforderungen der USV berücksichtigen.
Verstehen Sie das Funktionsprinzip der unterbrechungsfreien Stromversorgung
Die für den Wechselstromeingang (AC) ausgelegten Geräte verwenden eine AC-USV, die den Gleichstrom von der Backup-Batterie über einen Wechselrichterschaltkreis in einen für die Last geeigneten Wechselstromausgang umwandelt (Abbildung 1). Im Normalbetrieb versorgt die externe Wechselstromquelle die Last direkt mit Strom, ohne über die Batterie und den Wechselrichter zu fließen. Wenn die externe Stromversorgung unterbrochen wird, versorgt die Batterie die Last über den Wechselrichter mit der erforderlichen Spannung, bis die Batterie leer ist, die externe Stromversorgung wiederhergestellt wird oder eine andere Stromquelle angeschlossen wird.
AC-USV enthält einen Gleichrichter, der funktioniert, wenn eine Wechselstromquelle vorhanden ist. Der Gleichrichter wandelt einen Teil des Wechselstroms in Gleichstrom um und lädt die Batterie auf, nachdem er stabilisiert wurde.
Die Wechselstrom-USV wechselt in den Bypass-Modus, ohne die Batterie zu nutzen
Abbildung 1: Die AC-USV wechselt bei Bedarf in den Bypass-Modus, ohne die Batterie zu durchlaufen, und wandelt dann mithilfe eines Wechselrichters den Gleichstrom der Batterie in den von der Last benötigten Wechselstrom um. Der Gleichrichter lädt die Batterie mit Wechselstrom. (Bildquelle: TDK Lambda)
Die DC-Last kann über DC-USV direkt an die Backup-Batterie angeschlossen werden. DC-USV hat zwei Hauptfunktionen. Wenn eine externe Stromquelle vorhanden ist, kann die DC-USV als interner bidirektionaler DC/DC-Wandler fungieren. Auf diese Weise kann die USV nicht nur die gleichgerichtete Gleichspannung zum Laden der Batterie nutzen, sondern die Gleichspannung auch in eine für die Gleichstromlast geeignete Spannung umwandeln (Abbildung 2). Wenn die externe Stromversorgung unterbrochen wird, fungiert es als DC/DC-Wandler und sorgt für eine Spannungsstabilisierung von der Batterie zur Last.
Bei einer DC-USV versorgt die Batterie die Last direkt mit Strom
Abbildung 2: Bei einer DC-USV versorgt die Batterie die Last direkt mit Strom. Wenn die externe Stromversorgung wiederhergestellt ist, versorgt das gleichgerichtete externe Wechselspannungsnetzteil die Last mit Strom und lädt die Batterie auf. (Bildquelle: TDK Lambda)
Die DC-USV DUSH960 von TDK Lambda (Abbildung 3) ist für DC-Eingangsspannungen von 12 V bis 60 V geeignet. Bei benutzerprogrammierbaren Spannungen von 12 V bis 48 VDC kann diese USV bis zu 20 A Strom und 960 W Leistung ausgeben. Als programmierbarer DC/DC-Wandler kann die DC-USV DUSH960 im Ein- und Ausgangsbereich von 10 V bis 60 V (Nennspannung 12 V bis 48 V) eingesetzt werden, ohne dass Batterien erforderlich sind.
Aufgrund der Tatsache, dass die Pufferbatterie die Last direkt mit Strom versorgen kann, ohne dass ein Wechselrichter erforderlich ist, ist der Wirkungsgrad des DC-USV-Systems äußerst hoch. Diese DC-USV kann zuverlässig 96 % bis 98 % ihrer elektrischen Energie über die Batterie abgeben.