Vad ska saker och ting tåla?


Aggregatet är av en hybridtyp kallad line-interactive, en topologi som ligger mellan on-line-aggregat (där växelriktaren ständigt arbetar) och off-line eller standby (där växelriktaren bara kopplas in efter att elnätet brutits) även om den senare typen är sällsynt numera.

Måste aggregatet vara on-line? Måste batterierna laddas hela tiden och utspänningen växelriktas direkt från batterierna, eller kan det räcka med att man matar inspänningen till utspänningen direkt och kan koppla om till batteridrift med ett snabbt relä eller motsvarande, line-interactive? Det är en myt att en dator inte skulle klara ett spänningsbortfall på ett par millisekunder. Det påverkar den inte alls, om den följer normerna för hur datornätaggregat ska fungera.

Normen IEC 62040-3 anger att exempelvis nätaggregatet i en dator ska klara en avvikelse från nominell inspänning på +10 ... –20 % kontinuerligt. Apparaten ska alltså själv kunna klara ut nätspänningar mellan 253 och 184 volt utan funktionsstörningar. Dessutom ska den under 1 millisekund kunna klara spänningar så höga som 460 volt. Under 10 ms ska den kunna klara 276 volt utan att vare sig gå sönder, eller producera överspänning. Notera att noll volt också ska klaras, alltså ett spänningsavbrott på 10 ms, utan funktionsstörningar. Sedan smalnar kraven och vid 100 ms och uppåt är det sagda +10 ... –20 % som gäller.

Det är alltså en myt att en ups måste mata ut spänning omedelbart efter ett strömavbrott. Ett par millisekunders reaktionstid kan utan vidare tolereras. Det säger också att den dyrare on-line-tekniken egentligen inte behövs, såvida det man kopplar in klarar IEC 62040-3.

När man konstruerar en ups idag är ”grön”-faktorn av betydelse. Visst ska aggregatet ta hand om och eliminera problem med elnätet, men genom att fundera på hur stora avvikelser från 230 volt man kan släppa igenom och inte gå över på batteri för minsta grej, kan man slippa nöta på batterierna i onödan. Genom att inte switcha ned spänningen till 24 volt och upp igen hela tiden eliminerar man switchförluster.

Ups:en blir betydligt grönare och billigare om man kan tillåta line-interactive. Samma switchenhet som likriktar spänningen till batteriet vid laddning, kan då användas för att switcha upp spänningen vid strömavbrott. Att bara ha en enda transformator som klarar både laddning och utmatning av effekt är en väldig besparing. Den stora mängden järn i transformatorn hjälper till att göra en snygg sinusvåg på utgången av den pulsbreddsmodulerade våg som växelriktaren skapar.

Schemat


Ungefär så här tänker sig undertecknad att aggregatet är kopplat, utan att för den skulle ha intervjuat Schneider om saken. Alltihop börjar med en kraftig varistor på ingången som kortsluter om inspänningen kommer upp över gränsspänningen 420 volt. 460 volt ska det hela tåla, enligt IEC 62040-3 (ovan). Alldeles före varistorn sitter ett överströmsskydd som ska lösa ut om något drar katastrofalt för mycket ström, på utgången eller någon komponent i aggregatet självt. Varistorn är en sådan. När den kortslutit, drar den massor av ström och överströmsskyddet bör lösa ut. För den skull blir ju inte lasten av med spänningen. När en varistor gjort jobbet tillräckligt många gånger blir den permanent kortsluten och ska skyddet också lösa ut. Sedan följer ett EMC-filter som tar symmetriska och asymmetriska störningar (störningar mot jord). Det filtret fungerar bara helt och hållet om det har ordentlig jordförbindelse.

Efter detta följer en strömtransformator som mäter ingångsströmmen mera exakt och elektronik för att kunna rapportera detta till controllern, som loggar det. På ingången finns också en spänningsmätare, som controllern använder för att avgöra när det är dags att övergå till batteridrift, och då koppla bort ingången från utgången så man inte matar ut nödkraft på hushållets elnät. Det skulle dessutom kunna leda till väldigt tråkiga rökeffekter när strömavbrottet är över. Notera att aggregatet övergår till batteridrift både för över- och underspänningar som uppfyller de inställda kriterierna.

Härpå kommer den stora nättransformatorn på cirka 300 watt (termisk effekt). Den används i mormalfallet som nedtransformator och den efterföljande lik/växelriktaren laddar batterierna. När inspänningen faller bort byter transformatorn skepnad och blir en upptransformator som matas med växelriktad batterispänning. Eftersom den växelriktade spänningen blir förfärligt hackig måste den silas ytterligare innan den kan matas ut, om den ska hålla den specificerade 5% distorsionen. Därför finns två drosslar på järnkärna och ett par stora kondensatorer, den största på 2,2 mikrofarad, som tar hand om det. Återigen måste strömmen mätas, eftersom strömtransformatorn på ingången är verkningslös när ingången kopplats bort. Slutligen finns ytterligare en varistor som ska ta stötspänningar som kommer in på utgången utifrån, till exempel genom inducerade åsknedslag.

Vid uttagslisterna på utgången sitter 4,7 nanofarads keramiska kondensatorer avsedda att ta hand om utifrån kommande radiostörningar. De kan inte göra mycket mera än att kortsluta störnigarna till chassit via en kort pigtail (se Aggregatets delar, nedan), så återigen är det viktigt med bra nätjord.

Mikrocontrollern har ett eget, lokalt litet switchaggregat som håller den igång på batterispänning om nätspänningen skulle försvinna eller om man manuellt stänger av aggregatet. Annars kan man inte slå på det igen. För kommunikation mot omvärlden finns tillsatser i form av interfacekort för Ethernet, usb och vanlig RS-232 serieanslutning. För kommunikation med människan direkt finns också ett displaykort med en lcd-display och några knappar. På kortet sitter också en tuta som för oväsen när aggregatet upptäcker något missförhållande. Det bör finnas ytterligare några sensorer som inte visas här, nämligen temperaturmätare och spänningsövervakning på olika punkter inuti aggregatets elektronik.