De Wereld van de UPS
Auteur : Johan Braeken [johan@knudde.be]
Inleiding
Storingen in de elektriciteit voorziening kunnen een omgeving met computers of andere gevoelige apparatuur ernstige schade toebrengen.
Niet alleen kan de hardware worden beschadigd, ook kunnen er gegevens verdwijnen of corrupt raken.
Gelukkig is dit probleem relatief eenvoudig op te lossen door middel van een UPS. (Uninterruptable Power Supply/System/Source)
Deze tekst gaat in hoofdzaak over het werkingsprincipe van zo´n ding.
Waarom een UPS?
Via het stopcontact krijgt je computer een wisselspanning van 220/240V.
Met wisselspanning wordt bedoeld dat het potentiaal steeds wisselt. Dit gebeurt 50 keer per seconde. (50Hz)
In andere landen kan dit verschillen. In Amerika heb je bijvoorbeeld 110V/60Hz.
Helaas komt het in de praktijk voor dat deze sinusoïde verstoord wordt.
Het meest voor de hand liggende voorbeeld is wanneer de elektriciteit in zijn geheel uitvalt.
In eerste instantie neemt de UPS het dan over.
Daarom wordt een UPS soms ook wel verkeerd "noodstroomvoorziening" genoemd. De batterijen uit je UPS zorgen er dan voor dat je nog even kan verder werken.
Toch is een UPS is niet bedoeld om te kunnen werken in elektriciteitsloze omgevingen, (daarvoor gebruik je best een generator), maar om gegevensverlies of beschadiging te voorkomen bij een elektriciteitsuitval. Een korte stroompanne (< 15 minuten) kan overbrugd worden met een UPS. Als de panne langer duurt, heb je tijd genoeg om je gegevens op te slaan en je computer op een gezonde manier af te sluiten.
Bij vele UPS-en kan dit volledig automatisch gebeuren.
Bovenstaande geeft een elektriciteitsuitval weer. Groen is telkens zoals het zou moeten, rood is de storing.
Je ziet dat de elektriciteit wegvalt.
Een tweede, veel vaker voorkomend, probleem is dat je ook pieken en dalen (of andere storingen) kan hebben in de elektriciteitstoevoer.
Dit kan bijvoorbeeld voorkomen bij een blikseminslag, ook als deze vele kilometers verder gebeurd. Of bij het aan- en uitschakelen van zware machines.
De twee bovenstaande figuren laten de pieken en dalen zien. Bij een dal valt de elektriciteit net niet weg, bij een piek wordt er tijdelijk te veel spanning geleverd.
Pieken kunnen er voor zorgen dat je computer stuk gaat, dalen kunnen zorgen voor een crash.
De UPS vult de dalen aan en topt de pieken af.
Verder zijn er nog een aantal dingen die kunnen misgaan.
De frequentie kan mis zijn, er kan interferentie zijn, enz...
Een UPS kan je in al deze gevallen beschermen. De kostprijs van een UPS is meestal te verwaarlozen in vergelijking met de apparatuur die beschermd wordt.
De meeste fabrikanten geven je zelfs een garantie (soms tot 100.000 Euro) op de apparaten die je aansluit op de UPS.
Voor thuisgebruik zal een UPS meestal tot functie hebben om de computer de kans te geven om alles op te slaan en zichzelf af te sluiten.
Bij grote bedrijven zal een UPS meestal de taak hebben om de tijd te overbruggen tussen het uitvallen van de elektriciteit en het opstarten van de generatoren.
Hoe werkt een UPS?
Er zijn twee soorten: "Standby UPS" en "Continuous UPS".
De overeenkomst tussen beiden is dat een interne batterij de nodige electriciteit zal leveren als er geen netspanning beschikbaar is.
Standby UPS
Dit is de meest voorkomende UPS en ook de goedkoopste soort. Daarom zijn ze uiterst geschikt voor normale thuisgebruiker of kleine bedrijven.
Een standby UPS staat het merendeel van de tijd standby.
De computer (of andere gevoelige apparatuur) is gekoppeld aan het elektriciteitsnet terwijl de UPS enkel:
- zorgt dat de batterij bijgeladen wordt en geladen blijft
- de netspanning in de gaten houdt
Enkel in het geval dat er een anomalie gedetecteerd wordt in de netspanning, wordt er overgeschakeld naar de batterij.
Dit overschakelen gebeurd doorgaans in minder dan 5 milliseconden.
Deze vorm van UPS-en is meestal terug te vinden in de kleinere modellen. (Modellen voor slechts 1 computer.)
Continuous UPS
Zoals de naam al laat vermoeden wordt de spanning voor de computers bij een continuous UPS steeds onttrokken van de batterij.
Een ander gedeelte zorgt er voor dat de batterij bijgeladen wordt.
Dit heeft als grote voordeel dat er niet hoeft overgeschakeld te worden. (De apparatuur werd reeds van elektriciteit voorzien door de batterij.) Dit zorgt voor een nog stabielere spanning.
De nadelen zijn dan weer dat dit soort van UPS bijna 2 maal zo duur is dan de andere soort en er zo´n grote warmteproductie is dat deze moet gekoeld worden door ventilatoren.
Deze soort is daarom niet geschikt om thuis te gebruiken. Men vind deze wel terug in grote bedrijven of in serverruimtes.
Dit model kan doorgaans meerdere servers of apparaten van elektriciteit voorzien.
Onderdelen van een UPS
Batterij
Een UPS heeft, zoals gezegd, natuurlijk één of meerdere batterijen om voor de stroomvoorziening te zorgen in geval van problemen.
Kleine UPS-jes hebben doorgaans slechts één batterij, grote UPS-en kunnen er 40 of meer hebben. Ook de capaciteit speelt een rol.
Hoe groter de capaciteit, hoe langer je het kan uithouden zonder elektriciteit.
Bij zeer grote installaties komt het soms voor dat batterijen in een aparte ruimte staan.
De meeteenheid
Deze houdt de netspanning in de gaten en geeft een signaal als het nodig is dat de UPS aanschakelt.
Met andere woorden: dit gedeelte detecteert de anomalieën.
De invertor
De invertor vormt een belangrijk deel van de UPS, deze zet namelijk de 12V gelijkspanning van de batterij om naar een wisselspanning van 220V/50Hz. (Meestal is de batterij 12V.)
Zo´n invertor wordt ook gebruikt om "normale" huishoudapparaten aan te kunnen sluiten op de 12V sigarettenaansteker in de auto.
De afgeleverde spanning in een UPS moet echter veel nauwkeuriger zijn, daarom is dit doorgaans het duurste onderdeel van een UPS.
De laadeenheid
De enige taak van de laadeenheid is makkelijk te raden. Ze zorgt dat de batterij steeds in een optimale opgeladen stand blijft.
De laadeenheid zal ook een waarschuwing geven als de batterij bijna stuk is.
De controle-eenheid
Dit is eigenlijk een logische eenheid, maar meestal is er in ieder onderdeel apart een controle gedeelte ingebouwd.
Zo moet er bijvoorbeeld gecontroleerd worden of de UPS niet overbelast wordt (invertor), of dat de temperatuur van de batterij niet te warm wordt (laadeenheid), enz...
Het aansluiten van een UPS
Een UPS wordt aangesloten tussen het elektriciteitsnet en de te beschermen apparatuur. Schematisch ziet er dat ongeveer als volgt uit:
Optioneel kunnen sommige UPS-en aangesloten worden op een communicatiepoort van de computer zodat enkele nuttige gegevens uitgewisseld kunnen worden. (Belasting, status van het elektriciteitsnet, status van de batterij, ...)
De meeste UPS-en hebben meerdere aansluitingen, zodat je meerdere apparaten kan beschermen. Ook en aansluiten van een verdeelstekker kan geen kwaad.
Je moet wel een aantal dingen in acht nemen:
Zo mag het maximale vermogen van alle aangesloten apparaten bij elkaar opgeteld, het vermogen van de UPS niet overstijgen. Let op de term 'maximaal vermogen". Een monitor die aan geschakeld wordt, verbruikt kortstondig een piekvermogen, als dit ervoor zorgt dat de UPS overbelast wordt, dan kan dat als consequentie hebben dat de UPS zichzelf uitschakelt om schade te voorkomen. Dit kan soms leiden tot een stroomuitval en dat was juist hetgeen je probeerde te vermijden!
Een tweede punt om op te letten is dat je geen verdeelstekkers gebruikt met een schakelaar. Deze kan onvrijwillig uitgezet worden, en dan ondervinden je apparaten ook een gebrek aan elektriciteit. (En als je de schakelaar aanzet en er zijn apparaten ingeschakeld, dan heb je een grote piekstroom, die voor overbelasting kan zorgen...)
Soms heeft een UPS meerdere aansluitingen met een verschillende betekenis.
Eén aansluiting is degene waarbij de apparaten volledig beschermd worden.
En de andere aansluiting die enkel beschermd tegen pieken en dalen in de elektriciteitstoevoer. Deze laatste aansluiting zal dus geen bescherming bieden bij een volledige elektriciteitsuitval. Dit is handig om apparaten op aan te sluiten die je wel wil beschermen, maar die niet echt nodig zijn bij een stroomuitval. Of apparaten die te veel vermogen hebben zodat je UPS overbelast wordt. Een goed voorbeeld van zulke apparaten zijn de meeste randapparatuur: Printers, modems, ...
© Copyright 2001,2002,2003,2004 Johan Braeken. (www.knudde.be)
Gehele of gedeeltelijke overneming of reproductie van de inhoud van deze website, op welke wijze dan ook, is toegestaan mits inclusie van deze volledige copyrightnota.
Johan, Bedankt!