Έλεγχος IGBT module half bridge με πολύμετρο

Οδηγίες βασισμένες στα module:
CM200DY-12H Mitsubishi IGBT 600V 200A &
Semikron SKM195GB066D Dual Half Bridge IGBT Module, 265 A 600 V
 
 


 

Το Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) αποτελεί ένα δομικό ηλεκτρονικό στοιχείο στον τομέα των ηλεκτρικών ισχύος, συνδυάζοντας τα χαρακτηριστικά του Bipolar Junction Transistor (BJT) και του Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET). Δύο από τα κύρια χαρακτηριστικά που καθιστούν το IGBT ξεχωριστό είναι η απομονωμένη πύλη του και η αντοχή του σε υψηλές τάσεις.
Η απομονωμένη πύλη του IGBT αποτελεί ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που συνδυάζει τη λειτουργία του MOSFET με τα πλεονεκτήματα της ηλεκτρικής απομόνωσης.

Η λειτουργία της πύλης είναι να ελέγχει το ρεύμα που διαρρέει το IGBT, επηρεάζοντας την αγωγιμότητα του. Όταν στην πύλη εφαρμόζεται θετική τάση, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο που επηρεάζει την κατάσταση αγωγιμότητας του IGBT.
Κατά τη διάρκεια λειτουργίας του IGBT, η πύλη παρουσιάζει χωρητική συμπεριφορά. Κατά την εφαρμογή τάσης στην πύλη, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο που την φορτίζει. Αυτό το φορτίο παραμένει αποθηκευμένο κατά τη διάρκεια της εναλλαγής του IGBT από την κατάσταση αποκοπής στην κατάσταση αγωγής. Η πύλη, συνεπώς, λειτουργεί ως πυκνωτής, αποθηκεύοντας φορτίο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του IGBT και επηρεάζοντας τον έλεγχο του. Αυτός είναι και ο λόγος που το σχεδιαστικό σύμβολο του IGBT απεικονίζει έναν πυκνωτή στην θέση του gate ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζει και την ηλεκτρική απομόνωση του κυκλώματος της πύλης από το κύκλωμα ισχύος.



Ένα IGBT Half Bridge Module αποτελείται από έναν συνδυασμό δύο IGBT που συνδέονται σε σχήμα «μισής γέφυρας», επιτρέποντας τον έλεγχο της ηλεκτρικής ισχύος σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση και αξιοπιστία. Συχνά, όπως και στις περιπτώσεις που μελετάμε τώρα στο module εμπεριέχονται και ανάστροφες δίοδοι οι οποίες τοποθετούνται για να προστατεύσουν τα IGBT από ενδεχόμενα ανάστροφα ρεύματα, κάτι πολύ συχνό σε εφαρμογές ισχύος.

 

 

Μια από τις βασικές εφαρμογές του IGBT Half Bridge Module είναι στους μετατροπείς ισχύος. Αυτοί (Ανορθωτές, Inverters, Choppers κα) αναλαμβάνουν τον ρόλο της μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη, είτε πρόκειται για αλλαγή της τάσης, του ρεύματος ή και των δύο. Συγκεκριμένα, το IGBT Half Bridge Module είναι καίριο για την αποδοτική μετατροπή συνεχούς ρεύματος (DC) σε εναλλασσόμενο (AC) ή και αντίστροφα. Αυτή η δυνατότητα μετατροπής της ηλεκτρικής ισχύος επιτρέπει τη χρήση του σε εφαρμογές όπως inverters, φορτιστές μπαταριών και σε άλλες συσκευές που απαιτούν σταθερή και ελεγχόμενη τάση ή ρεύμα.

Κάποια από τα βασικά πλεονεκτήματα αυτών των module σε σχέση με τα παραδοσιακά IGBT transistors είναι:

• Αποτελεσματική Μετατροπή Ισχύος: Το σχήμα Half Bridge επιτρέπει αποτελεσματική μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας. Η χρήση δύο IGBT επιτρέπει τον πιο αποδοτικό έλεγχο της ισχύος και την ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας.

• Υψηλή Αξιοπιστία Λειτουργίας: Η δομή Half Bridge εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία, καθώς η ανεξάρτητη διακοπή του κυκλώματος από κάθε μονάδα μειώνει τον κίνδυνο αποτυχίας και την πιθανότητα υπερθέρμανσης.

• Εύκολος Έλεγχος και Ρύθμιση: Η δομή του Half Bridge Module παρέχει εύκολο και ακριβή έλεγχο της ηλεκτρικής ισχύος, ενισχύοντας την ευελιξία και την προσαρμοστικότητα σε διάφορες εφαρμογές.

• Ανεξαρτησία Λειτουργίας Κάθε Μονάδας: Η ανεξάρτητη διακοπή του κυκλώματος από κάθε IGBT μονάδα εξασφαλίζει όχι μόνο την ασφαλή, αλλά και την αποτελεσματική λειτουργία του συνόλου του Half Bridge Module.

• Κατάλληλο για Υψηλές Απαιτήσεις: Η σύνθεση δύο IGBT σε σχήμα Half Bridge το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση, όπως μετατροπείς ισχύος και κινητήρες, όπου η ποιότητα και η αξιοπιστία είναι κρίσιμες.

• Θερμική ισορροπία: Ο ομοιόμορφος καταμερισμός της θερμότητας σε όλο το εξάρτημα ή το σύστημα είναι κρίσιμος καθώς πρόκειται για εξαρτήματα που μπορεί να αναπτύξουν υψηλή θερμοκρασία κατά τη λειτουργία τους. Η λάθος διαχείριση της θερμικής ενέργειας προκαλεί μείωση της απόδοσης, μείωση της διάρκειας ζωής του IGBT, ή ακόμη και αποτυχία.



Διαδικασία ελέγχου λειτουργίας IGBT module με πολύμετρο

Προειδοποίηση!
Ο στατικός ηλεκτρισμός μπορεί να επηρεάσει την ασφαλή λειτουργία των IGBT!
Πρέπει να αποφεύγεται η επαφή με τους ακροδέκτες του συστήματος χωρίς να υπάρχει εξασφάλιση απαλλαγής του τεχνικού από στατικό φορτίο. Κατά τη διάρκεια των ελέγχων η χρήση επιφάνειας εργασίας με αντιστατικές ιδιότητες μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του στατικού φορτίου.
H διαδικασία ελέγχου ενός IGBT module ως προς την ορθή λειτουργία του μπορεί να πραγματοποιηθεί με ένα πολύμετρο ρυθμισμένο στην επιλογή ελέγχου διόδων. Το IGBT module πρέπει να είναι ηλεκτρικά απομονωμένο από κάθε άλλο κύκλωμα.

 

Πριν από οποιαδήποτε μέτρηση διασφαλίζουμε ότι οι πύλες (Gates) των IGBT είναι αποφορτισμένες. Όπως προαναφέρθηκε οι πύλες των IGBT αποθηκεύουν ηλεκτρικό φορτίο φερόμενες ως πυκνωτές. Το φορτίο αυτό είναι υπεύθυνο για την αλλαγή κατάστασης λειτουργίας του IGBT. Για την εκφόρτιση της εκάστοτε πύλης βραχυκυκλώνουμε τα δύο pin οδήγησης που την αφορούν. Για παράδειγμα βραχυκυκλώνοντας τα pin G1 & E1 της οδήγησης εξασφαλίζουμε το μηδενικό φορτίο στην πύλη 1.

 

1. Μέτρηση όλων των ακροδεκτών για πιθανή επαφή με την γείωση (κάτω μεταλλική επιφάνεια IGBT).
2. Αποφόρτιση των Gate1 & Gate2 βραχυκυκλώνοντας με τον ακροδέκτη όπως προαναφέρθηκε.
   
   Για οικονομία έκφρασης  στην συνέχεια θα αναφέρονται δύο ακροδέκτες προς έλεγχο. Ο πρώτος θα εξετάζεται με το κόκκινο prob του πολυμέτρου και ο δεύτερος με το μαύρο.
   
   
3. Gate 1 – E1 οδήγησης (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
4. Αποφόρτιση του Gate 1.
5. Gate 2 – E2 οδήγησης (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
6. Αποφόρτιση του Gate 2.
7. C1 – E1 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
8. C2 – E2 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
9. C1 – E2 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
10. E1 ισχύος – C1 (φυσιολογική μέτρηση “0.393” ή παραπλήσια τιμή. Αυτή φανερώνει την σωστή λειτουργία της ανάστροφης διόδου).
11. Ε2 ισχύος – C2 (φυσιολογική μέτρηση “0.393” ή παραπλήσια)
12. Ε2 ισχύος – C1 (φυσιολογική μέτρηση “0.786” το άθροισμα των δύο παραπάνω)
13. Gate 1 - με όλες τις υπόλοιπες επαφές του module (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
14. Αποφόρτιση Gate 1 & Gate 2.
15. Gate 2 - με όλες τις υπόλοιπες επαφές του module (φυσιολογική μέτρηση “OL”)
16. Αποφόρτιση Gate 1 & Gate 2.
17. Gate 1 – E1 οδήγησης (με αυτόν τον τρόπο φορτίζεται η πύλη 1)
18. C1 – E1 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “0.448” ή παρόμοια). Αγωγή του IGBT1
19. Αποφόρτιση του Gate 1.
20. C1 – E1 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “OL”). Το IGBT1 επανήλθε σε αποκοπή.
21. Gate 2 – E2 οδήγησης (με αυτόν τον τρόπο φορτίζεται η πύλη 2)
22. C2 – E2 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “0.448” ή παρόμοια). Αγωγή του IGBT2.
23. Αποφόρτιση του Gate 2.
24. C2 – E2 ισχύος (φυσιολογική μέτρηση “OL”). Το IGBT2 επανήλθε σε αποκοπή.

 

Εάν όλες οι παραπάνω μετρήσεις ολοκληρώθηκαν με επιτυχία το IGBT module λειτουργεί απολύτως φυσιολογικά!

 

Σε αντίθετη περίπτωση εάν έχει διαπιστωθεί κάποιος ακροδέκτης σε βραχυκύκλωμα με την γείωση, κάποιο βραχυκύκλωμα που δεν ανήκει στην συνδεσμολογία που αναφέρει ο κατασκευαστής, ή κάποια δυσλειτουργία σε ένα από τα παραπάνω βήματα τότε το IGBT module δεν λειτουργεί σωστά και είναι επικίνδυνο να τοποθετηθεί σε ηλεκτρονική διάταξη.

Με τον παραπάνω τρόπο ελέγχου η μόνη παράμετρος που δεν εξετάζεται είναι αυτή της ανοχής της σε τάση (Breakdown Voltage). Η τάση των ακροδεκτών του πολυμέτρου είναι περίπου 3V ενώ το IGBT module αναφέρει ανοχή σε εκατοντάδες Volt. Η ανοχή αυτή δεν μπορεί να εξεταστεί με πολύμετρο.

Τηλεκατευθυνόμενο bluetooth με arduino

Οι περισσότεροι συνομήλικοι άνδρες και όχι μόνο, στα παιδικά τους χρόνια έχουν παίξει με τηλεκατευθυνόμενα αυτοκινητάκια. Εγώ μικρός όχι μόνο έπαιξα πολύ με αυτά και υπήρξα μέγας μπαταριοφάγος, αλλά με ενέπνευσαν κιόλας! Μου κίνησαν την περιέργεια πως θα μπορούσα να τα αναβαθμίσω ή να τα επισκευάσω όταν χαλούσαν. Όλο αυτό πιστεύω οτι ήταν και ένας από τους λόγους (μαζί με τα υπόλοιπα ερεθίσματα από τον πατέρα μου) που με έκαναν να θελήσω να σπουδάσω ηλεκτρονικός.

Στο παρών post λοιπόν θα σας παρουσιάσω μια μετατροπή που έκανα σε ένα παλιό τηλεκατευθυνόμενο αυτοκινητάκι που είχα ωστε να μπορώ να το χειρίζομαι από το κινητό μου μέσω bluetooth. Η υλοποίηση αυτή βέβαια έγινε με τι άλλο, φυσικά με ένα Arduino! To Arduino Uno για την ακρίβεια.

Την ιδέα της υλοποίησης σκέφτηκα μετά από την ανακάλυψη ενός εξαιρετικού καναλιού στο youtube του Ηλία Λάμπρου. Ο Ηλίας Λάμπρου είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός που διδάσκει στο ΤΕΙ Άρτας. Ο ίδιος έχει φτιάξει μια εξαιρετική mobile εφαρμογή  με την οποία μπορούμε να ελέγξουμε το Arduino μας μέσω bluetooth, wifi, lan, αλλά και αλλους ακόμα τρόπους που εφαρμόζονται στη βοιομηχανία, με μερικά απλά βήματα χωρίς να χρειαζόμαστε ιδιαίτερες ειδικευμένες γνώσεις. Η εφαρμογή βρίσκεται ελεύθερη στο Play Store και μπορείτε να την κατεβάσετε πληκτρολογώντας την λέξη "Virtuino".

Να τα πάρουμε λοιπόν από την αρχή.

Αρχικά θα χρειαστούμε ένα τηλεκατευθυνόμενο αυτοκινητάκι. Εγώ πήρα το τηλεκατευθυνόμενο που είχα μικρός απο το οποίο είχα χάσει και το χειριστήριο. Το συγκεκριμένο παίρνει 4 Χ ΑΑ μπαταρίες και άρα δουλεύει με 6 Volt. Είναι δηλαδή μια χαρά για να τροφοδοτήσει απευθείας το arduino.

Στην συνέχεια χρειαζόμαστε φυσικά ένα Arduino Uno που θα ελέγχει όλες τις λειτουργίες

Ένα bluetooth module HC-05 ή HC-06 για την επικοινωνία

Έναν servo motor SG 90 για τον έλεγχο του τιμονιού αριστερά - δεξιά

Μερικές αντιστάσεις 2.2ΚΩ ή εκει κοντά

Καλωδιάκια για τις συνδέσεις (αυτά που ενδείνυνται για arduino θα σας βολέψουν πολύ και θα χρειαστείτε και με αρσενικές και θυλικές απολίξεις).

Εγώ χρησιμοποίησα και μερικά led και ένα buzzer 6V για κόρνα

Πρώτα απ' 'ολα θα χρειαστεί να κάνετε την προετοιμασία που παρουσιάζει παρακάτω ο Ηλίας Λάμπρου. Θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε το προγραμμα για το arduino στον υπολογιστή σας και να ακολουθήσετε βήμα βήμα τις οδηγείες του βίντεο. Θα χρειαστεί όλη σας η προσοχή για να γίνουν όλα ακριοβώς όπως αναφέρει το video! Ίσως χρειαστεί να το ανοίξετε και σε ένα άλλο παράθυρο για να βλέπετε καλύτερα. 

Εάν τελειώσατε έχετε κάνει όλο το δύσκολο κομμάτι! Η επικοινωνία κινητού και arduino επιτεύχθηκε!

Τώρα μένει να συνδέσουμε τα περιφερειακά μας όπως το σχέδιο παρακάτω

Στο παραπάνω σχέδιο υπάρχει ελεύθερο το pin 6 διότι στο δικό μου arduino είχε καεί. Εσείς μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε κάνοντας την αντίστοιχη προσθήκη στον κώδικα

Στην συνέχεια πρέπει να συνδεθεί ο κινητήρας του αμαξιού με τα ρελέ. Η σύνδεση θα γίνει όπως το παρακάτω σχέδιο

Όπως αναγράφεται και στην εικόνα με αυτόν τον τρόπο θα μπορούμε να ελέγχουμε με ασφάλεια την φορά της περιστροφής του κινητήρα. Οι άκροδέκτες του κινητήρα συνδέονται στην επαφή com των relay.

Αφού λοιπόν συνδεθεί και ο κινητήρας στο κύκλωμα είμαστε έτοιμοι από πλευράς hardware! Στην συνέχεια θα πρέπει να κάνουμε κάποιες μετατροπές στην εφαρμογή του κινητού για να ελέγχουμε τα περιφερειακά. Θα πρέπει να φτιάξουμε μερικά κουμπάκια στην εφαρμογή όπως περίπου στην παρακάτω εικόνα

Έτσι έχουμε τα τέσσερα κουμπιά της κατεύθυνσης, ένα κουμπί για τα φώτα κι ένα για την κόρνα. Εδώ έχω το αρχειάκι της δικής μου εφαρμογής έτοιμο για να μην το φτιάχνετε από την αρχή.

Στην συνέχεια πρέπει να περάσουμε τον εμπλουτισμένο κώδικα στην πλακέτα του Arduino. Στην πραγματικότητα είναι ο κώδικας του Ηλία Λάμπρου με μερικές προσθήκες από εμένα για τον έλεγχο του σερβοκινητήρα, των ρελέ και των άλλων περιφερειακών.

>>Τον κώδικα μπορείτε να τον κατεβάσετε από εδώ<<

Εάν έχετε κάνει όλες τις συνδέσεις όπως περιγράψαμε και έχετε έτοιμη την εφαρμογή στο κινητό και τον κώδικα περασμένο στο arduino δεν μένει παρα να παίξει σωστά!!

Ένα tip για την αποφυγή ενδεχόμενων τρεμοπαιγμάτων του σερβοκινητήρα όταν η εφαρμογή κάνει την τακτική επικοινωνία της με το module είναι να μεγαλώσετε τον χρόνο επικοινωνίας από την εφαρμογή από 1 sec σε ένα τριψήφιο νούμερο ωστε να μην σας επηρεάζει. Εγώ το ρύθμισα 999 sec.

Από εκεί και πέρα χρειάζεται να προσαρμόσετε τον σερβοκινητήρα σωστά ωστε να κινεί απροβλημάτιστα τα μηχανικά μέρη που κάνουν το αυτοκινητάκι να στρίβει. Εγώ αυτο το έκανα με θερμοσυλικόνη. Γενικά το σασί βόλευε στην περίπτωσή μου και δεν ήθελε πολλή δουλειά. Προσαρμώστε τα led μπροστά πισω ή όπου σας αρέσει, στερεώστε το buzzer και όλα τα εξαρτήματα ωστε να είναι σταθερά και να μην κουνιούνται τα καλώδια και έχουμε αποσυνδέσεις.

Τη γωνία περιστροφής του σερβοκινητήρα είναι εύκολο να την πειράξετε από τον κώδικα καθώς ίσως να χρειάζεστε μεγαλύτερη ή μικρότερη στην περίπτωσή σας.

Σας προτείνω να προσπαθήσετε να υλοποιήσετε το project, είναι πολύ ενδιαφέρον και εξάπτει την φαντάσία για το τι άλλο μπορούμε να χειριστούμε από το κινητό μας!!

Για οποιαδήποτε απορία επικοινωνήστε μαζί μου και ευχαρίστως να βοηθήσω εάν μπορώ.

Στο στοιχείο μου

 

 

Ένα πολύ σημαντικό βήμα στην επαγγελματική μου πορεία συνέβη τον Σεπτέμβριο του 2020 και καθυστερημένα το αναρτώ και εδώ. Πρόκειται για την εταιρία "Nigico SA ηλεκτρονικά ισχύος" την οποία γνώριζα πριν τελειώσω την σχολή μου και ήταν πάντα ένας στόχος για εμένα. Από τον Σεπτέμβρη λοιπόν εργάζομαι σε αυτήν ως ηλεκτρονικός μηχανικός στο τμήμα των ανορθωτικών διατάξεων, υβριδικών συστημάτων, UPS βιομηχανικού τύπου και φορτιστών ηλεκτρικών οχημάτων. Είμαι πολύ χαρούμενος για την νέα μου θέση αλλά και το εργασιακό περιβάλλον της εταιρίας και θέλω να δώσω τον καλύτερό μου εαυτό για να δικαιώσω την παρουσία μου σε μια από τις κορυφαίες ελληνικές εταιρίες στον χώρο.

Η λειτουργία ενός Line Interactive UPS

Ένα UPS όπως είπαμε και σε προηγούμενη ανάρτηση είναι μια συσκευή που κατασκευάστηκε για να δίνει στην έξοδό της αδιάλειπτη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τα φορτία της. Μια συσκευή δηλαδή που παρεμβάλλεται ανάμεσα στην πρίζα μας και π.χ. στον υπολογιστή μας για να εξασφαλίσουμε οτι σε περίπτωση διακοπής ρεύματος εκείνος θα συνεχίσει να τροφοδοτείται από ηλεκτρικό ρεύμα για κάποιο χρόνο ακόμα ώστε να προλάβουμε να προβούμε στις απαραίτητες ενέργειες και να μην χάσουμε μη αποθηκευμένα δεδομένα ή να ολοκληρώσουμε την εργασία που εκείνη την ώρα κάνουμε.

Αυτή τη δουλειά λοιπόν κάνει με επιτυχία ένα UPS Line Interactive. Γράφω συνοπτικά τα χαρακτηριστικά ενός UPS line interactive και θα τα αναλύσω στην συνέχεια.

• Χαμηλό κόστος
• Αθόρυβη λειτουργία
• Υπαρκτός χρόνος μεταγωγής σε περίπτωση διακοπής και επαναφοράς τάσης
• Βαθμιδωτή σταθεροποίηση τάσης εξόδου.
  
• Σχετικά μικρής ισχύος συσκευές
• Μικρό χρόνο αυτονομίας (10 περίπου λεπτά με το μισό ονομαστικό φορτίο)
  
• Τα περισσότερα μοντέλα δεν έχουν τάση εξόδου ημιτονικής μορφής.

 

Ξεκινάμε λοιπόν να αναλύουμε και θα προσπαθήσω να αναφέρω όσες λεπτομέρειες μπορώ.

Το line interactive UPS είναι μια συσκευή που κατα γενική προσέγγιση τροφοδοτείται από την τάση του δικτύου (ΔΕΗ) και αφενός παρέχει τροφοδοσία στις άλλες ηλεκτρικές συσκευές που συνδέονται πάνω του (φορτία), αφετέρου φορτίζει τις μπαταρίες του για να μπορεί να διαθέσει ηλεκτρική ενέργεια για τα φορτία μόλις η τάση του δικτύου διακοπεί.

Στο παραπάνω μπλοκ διάγραμμα βλέπουμε αναλυτικότερα όλα τα κυκλώματα ενός line interactive UPS.

Αριστερά έχουμε την είσοδο του κυκλώματος (AC mains) η οποία είναι η τάση του δικτύου 230V εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50Hz. Η τάση αυτή κατευθύνεται στο μωβ τετράγωνο που είναι ένας αυτοματοποιημένος σταθεροποιητής τάσης. Αυτό το κύκλωμα ελέγχει το πλάτος της τάσης του δικτύου και αποφασίζει εάν θα χρειαστεί να επέμβει ανυψώνοντας την τάση ή υποβιβάζοντας την κατά ένα ποσοστό. Στην συνέχεια με το ροζ παραλληλόγραμμο ακολουθούν τα φίλτρα ΕΜΙ τα οποία είναι υπεύθυνα για να φιλτράρουν κατά ένα ποσοστό τον θόρυβο και τις αρμονικές συνιστώσες που θα προσπαθήσουν να περάσουν από την είσοδο προς τα φορτία ή και ανάποδα. Συνεχίζοντας δεξιότερα βλέπουμε ένα αυτοματοποιημένο διακόπτη. Το ρελέ εξόδου το οποίο επιλέγει εάν θα τροφοδοτήσει τα φορτία μέσω των κυκλωμάτων που περιγράψαμε (ΔΕΗ) ή  μέσω του inverter (μπαταρίες).

 

Πως δημιουργείται λοιπόν αυτή η δεύτερη επιλογή?

Καθώς τα φορτία μας τροφοδοτούνται σε κανονική λειτουργία όπως περιγράψαμε παραπάνω, υπάρχουν τρεις ακόμα διατάξεις που λειτουργούν στο παρασκήνιο. Στο μπλε παραλληλόγραμμο βλέπουμε έναν μετατροπέα τάσης. Αυτό το κύκλωμα μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση του δικτύου (AC) σε συνεχή (DC). Είναι λοιπόν ένας ανορθωτής που στην πραγματικότητα εκτελεί χρέη φορτιστή για την μπαταρία μας! Αυτό το κύκλωμα είναι υπεύθυνο για να φορτίζει την μπαταρία με ελεγχόμενο ρεύμα φόρτισης.

Η μπαταρία (ή οι μπαταρίες) είναι ένα άλλο πολύ σημαντικό κομμάτι του συστήματος. Είναι υπεύθυνη για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας και την άμεση παροχή αυτής σε περίπτωση που της ζητηθεί. Στην αγορά για την ώρα η συντριπτική πλειοψηφία των UPS περιέχουν μία ή δύο μπαταρίες μολύβδου (PB) 12V / 4.5~9Ah (αμπερώρια). Σε κάποια μοντέλα μεγαλύτερης ισχύος συναντάμε και τρεις και τέσσερις.

Στην συνέχεια του μπλοκ διαγράμματος με το πράσινο παραλληλόγραμμο και παράλληλα με την μπαταρία και την έξοδο του φορτιστή βλέπουμε συνδεδεμένο τον inverter. Ίσως το πιο απαιτητικό για πολλούς λόγους κύκλωμα στα UPS αυτού του είδους. Ο inverter στα ελληνικά ονομάζεται αντιστροφέας και κάνει αυτό ακριβώς. Παίρνει την συνεχή τάση της μπαταρίας και την μετατρέπει σε εναλλασσόμενη τάση 230V 50Hz όπως ακριβώς και η τάση του δικτύου της ΔΕΗ. Δημιουργεί λοιπόν από την τάση της μπαταρίας, την τάση την οποία θα χρειαστεί το PC μας για να συνεχίσει να λειτουργεί σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Την τάση αυτή λοιπόν την στέλνει στο ρελέ που περιγράψαμε και νωρίτερα στα δεξιά του διαγράμματος το οποίο αποφασίζει εάν θα τροφοδοτήσει τα φορτία από τον πάνω ή από τον κάτω δρόμο.

 

Standby mode

Όσο λοιπόν υπάρχει τάση δικτύου στην είσοδο του UPS με πλάτος κοντά στα 230V τότε το ρελέ της εξόδου επιλέγει τον πάνω δρόμο  τροφοδοτώντας τα φορτία  μέσω του σταθεροποιητή τάσης και των φίλτρων.Αυτή είναι μια διαδικασία που δεν έχει μετατροπές ισχύος κι έτσι η συσκευή μας ούτε ζεσταίνεται ιδιαίτερα (κάποια μοντέλα ζεσταίνονται λόγο φθίνων υλικών) ούτε υπάρχει κάποια αξιοσημείωτη αυτοκατανάλωση. Ταυτόχρονα βέβαια ο φορτιστής φορτίζει και διατηρεί φορτισμένη την μπαταρία ενώ ο inverter δημιουργεί εναλλασσόμενη τάση η οποία βέβαια δεν καταναλώνεται κάπου και είναι σε αναμονή. Σε κάποια μοντέλα UPS που έχουν ανεμιστηράκι εσωτερικής ψύξης, αυτό μπορεί να είναι σταματημένο τελείως ή να λειτουργεί σε πολύ μικρή ταχύτητα ώστε να είναι σχεδόν αθόρυβο.

Battery mode (ή inverter mode)

Μόλις η τάση εισόδου διακοπεί, τότε το ρελέ της εξόδου αναλαμβάνει να κάνει μεταγωγή των φορτίων από την θέση στην οποία βρισκόταν προς τον inverter. Η τάση λοιπόν που δημιουργεί ο inverter ξεκινάει να τροφοδοτεί τα φορτία και η ενέργεια ρέει από την μπαταρία προς τον inverter και στην συνέχεια προς την έξοδο και τα φορτία του UPS. Σε αυτήν λοιπόν την περίπτωση έχουμε μετατροπή ενέργειας από DC σε AC και ο inverter ζεσταίνεται. Εκτός από τα μικρά UPS τα οποία μπορεί να μην έχουν ανεμιστηράκι, αυτή είναι η στιγμή που χρειάζεται η εσωτερική ψύξη της συσκευής και το ανεμιστηράκι θα δουλέψει σε μεγαλύτερη ταχύτητα. Το UPS θα ηχεί με έναν διακοπτόμενο ήχο για να μας προειδοποιήσει οτι έχουμε μερικά λεπτά λειτουργίας ακόμα μέχρι η μπαταρία να εξαντληθεί. Καθ' όλη τη διάρκεια του battery mode προφανώς ο φορτιστής της μπαταρίας είναι ανενεργός.

Τι παρατηρούμε? 

Υπάρχει ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα κατά το οποίο το ρελέ εξόδου μεταφέρει τα φορτία από την μία επαφή στην άλλη. Αυτό το χρονικό διάστημα μπορεί να είναι πολύ μικρό της τάξης των 2-10 msec (χιλιοστά του δευτερολέπτου) αλλά είναι πολύ σημαντικό για τα φορτία. Υπάρχουν συσκευές που ακόμη και αυτό το μικρό χρονικό παράθυρο χωρίς τροφοδοσία μπορεί να τις επηρεάσει. Συστήματα ήχου, ιατρικά μηχανήματα κτλ. Για τέτοιου είδους φορτία δεν μπορούμε να επιλέξουμε line interactive UPS. Επιλέγουμε υποχρεωτικά online UPS τα οποία δεν έχουν καθόλου χρόνο μεταγωγής. Υπάρχουν όμως και συσκευές που δεν επηρεάζονται όπως ένα PC, μια τηλεόραση, ένας καυτήρας, μια σόμπα ο φωτισμός κα. Μια ακόμα επίσης μικρή διακοπή αναμένεται και κατα την επαναφορά της τάσης του δικτύου. Τότε το ρελέ εξόδου αποφασίζει να επιστρέψει την τροφοδότηση των φορτίων από την ΔΕΗ. Ξεκουμπώνει λοιπόν από την επαφή του inverter και επανέρχεται στην πρώτερη κατάσταση (Standby mode). Ο φορτιστής ξεκινάει να φορτίζει την μπαταρία και μετά από λίγες ώρες (ανάλογα πόσο αποφορτίστηκε) θα είναι και πάλι πλήρως φορτισμένη.

Αυτός ήταν ένας κύκλος λειτουργίας ενός UPS τύπου Line Interactive. Παρακάτω θα αναλύσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες κάθε μια από τις βαθμίδες που αναφέραμε.

Σταθεροποιητής τάσης

Όπως προαναφέραμε  η βαθμίδα αυτή ελέγχει το πλάτος της τάσης εισόδου του UPS και αποφασίζει εάν θα παρέμβει για να την διορθώσει προσπαθώντας να προσεγγίσει τα ιδανικά 230V. Την λειτουργία αυτή την πετυχαίνει με την χρήση ενός αυτομετασχηματιστή ο οποίος με κάποιες παρατυπίες αναπαριστάται στην παρακάτω εικόνα.

Βλέπουμε λοιπόν οτι υπάρχουν τυλίγματα για κάποιες τάσεις γύρω από την ιδανική τάση λειτουργίας που είναι τα 230V. Σε περίπτωση που ανιχνευθεί τάση εισόδου μεγαλύτερη ή μικρότερη τότε επιλέγεται μια από τις άλλες επαφές ώστε η τάση του αυτομετασχηματιστή στην έξοδο να προσεγγίσει τα 230V. Καταλαβαίνουμε λοιπόν οτι σε περίπτωση ανύψωσης ή βύθισης της τάσης του δικτύου κατά ποσοστό της τάξης του 10 με 15% το UPS έχει την δυνατότητα να ρυθμίσει την τάση εξόδου προσεγγίζοντας έτσι την ιδανική. Παρακάτω εικονίζονται μια περίπτωση ανύψωσης και μία περίπτωση βύθισης της τάσης εισόδου και η αντίστοιχη λειτουργία του UPS.

 

 

Στις δυο παραπάνω περιπτώσεις βλέπουμε πως θα λειτουργήσει ο σταθεροποιητής τάσης του UPS εάν η τάση του δικτύου κινηθεί  σε ένα σχετικά μικρό ποσοστό έξω από τα φυσιολογικά πλαίσια. Τι θα γίνει όπως όταν η τάση υπερβεί ή πέσει κάτω από αυτά τα όρια?

Και στις δύο περιπτώσεις το UPS θα συμπεριφερθεί με τον ίδιο τρόπο. Εάν η τάση του δικτύου ανέβει σε επικίνδυνα πλέον επίπεδα ή πέσει ακόμα χαμηλότερα από τα επιτρεπτά όρια τότε το UPS κόβει την είσοδό του!

Αφού κόψει την είσοδο τότε ανιχνεύεται διακοπή από το κύκλωμα που οδηγεί το ρελέ εξόδου και το UPS μεταβαίνει σε Battery mode. Εάν η τάση κατέβει ή ανέβει και πάλι εντός φυσιολογικών ορίων τότε το UPS επιστρέφει σε Stundby mode.

Η βαθμίδα του σταθεροποιητή δεν εμφανίζει συχνά βλάβες. Εάν όμως εμφανίσει είναι δύσκολο να εντοπιστεί χωρίς να τοποθετήσουμε ελεγχόμενη τάση στην είσοδο και να εξετάσουμε την λειτουργία σε όλο το εύρος τάσης.

 

Αυτή η βαθμίδα μπορεί να μην υπάρχει σε πολύ φθηνά UPS. Την θεωρώ απαραίτητη από την στιγμή που θέλουμε να παρέχουμε μια πρώτη προστασία στα φορτία μας,

Φιλτρα EMI- Electromagnetic interference Filters

Πρόκειται για παθητικά φίλτρα υψηλών συχνοτήτων για την απόσβεση κυματώσεων σε συχνότητες πολύ πιο πάνω από τα 50Hz της τάσης του δικτύου. Αποσβαίνουν αρμονικές από τα φορτία και θόρυβο γραμμής που μπορεί να επηρεάσει τηλεπικοινωνίες και υπολογιστικά συστήματα. Τα φίλτρα αυτά μπορούν υπο συνθήκες να τοποθετηθούν και μετά το ρελέ εξόδου ώστε να φιλτράρουν και την έξοδο του inverter.

 Ανορθωτής - Φορτιστής

 

Πρόκειται για το κύκλωμα το οποίο είναι υπεύθυνο για την φόρτιση των συστοιχιών των μπαταριών. Ανάλογα με το μοντέλο και την ονομαστική του ισχύ το UPS μπορεί να λειτουργεί με μία, δύο, ή τρεις μπαταρίες 12V σε σειρά. Αυτό σημαίνει οτι ο φορτιστής του θα είναι 12V, 24V ή 36V αντιστοίχως. Αυτές οι τιμές είναι ονομαστικές. Εάν μετρήσουμε την τάση ενός φορτιστή 12V έχοντας αποσυνδέσει την μπαταρία από πάνω του θα πρέπει να βρούμε τάση 13,6V περίπου. Αυτή είναι και η τάση φόρτισης μίας μπαταρίας μολύβδου. Εάν έχουμε δύο μπαταρίες η τάση του φορτιστή θα πρέπει να είναι 27.2V κ.ο.κ. Ετσι μπορούμε να ελεγξουμε και εάν ο φορτιστής δουλεύει σωστά. Σε κάθε άλλη περίπτωση  υπάρχει πρόβλημα. Εάν οι μπαταρίες είναι πολλών αιτών ο φορτιστής είναι πιθανόν να έχει ταλαιπωρηθεί. Αυτός είναι και ο πιο συνήθης λόγος βλάβης του φορτιστή.

 

 

Μπαταρία

 

Η αποθήκη και πηγή ενέργειας της συσκευής. Από αυτήν εξαρτάται αν το UPS θα λειτουργήσει εκεί που θα το χρειαστούμε. Αυτό και μόνο λέει πολλά για την σημασία της καλής ποιότητας και υγείας της μπαταρίας. Οι μπαταρίες σε αυτά τα UPS καταπονούνται πιο πολύ από κάθε άλλο τύπο. Παραμένουν φορτισμένες πλήρως και συνήθως σε υψηλή θερμοκρασία. Τα ενεργά μέρη του UPS ανεβάζουν την θερμοκρασία στο εσωτερικό και  σε συνδιασμό με την ελάχιστη έως μηδενική ψύξη που μπορεί να κάνει το UPS με χρήση κάποιου fan παραμένει σε αυτή τη θερμοκρασία για όλη την διάρκεια της ζωής της. Γι αυτό και είναι σημαντικό για εμένα το UPS να έχει fan το οποίο να λειτουργεί σε χαμηλή ταχύτητα κατα την διάρκεια της standby λειτουργίας. Οι μπαταρίες μολύβδου έχουν διάρκεια ζωής σε καλές συνθήκες (20°C) περίπου 4 χρόνια ανάλογα με τον κατασκευαστή. Στις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στο UPS εάν κρατήσουν 3 χρόνια θα είναι ευχής έργον. Ο χρόνος ζωής της μπαταρίας αναγράφεται και στα τεχνικά χαρακτηριστικά του datasheet της κάθε μπαταρίας.

 

Μια συχνή ερώτηση είναι εάν μπορεί κανείς να αντικαταστήσει τις υπάρχουσες μπαταρίες με λίγο μεγαλύτερες (ή μικρότερες) από πλευράς αμπερωρίων. Η απάντηση είναι ναι από την στιγμή που μπαταρίες 4,5Ah και 5Ah έχουν πολύ κοντινά χαρακτηριστικά, όπως και οι 7Ah με τις 9Ah. Αυξάνοντας τα αμπερώρια της μπαταρίας αυξάνεται και η αυτονομία του UPS. Επίσης πολύ γενικά οι μπαταρίες μεγαλύτερων αμπερωρίων έχουν λίγο μεγαλύτερο ρεύμα φόρτισης αλλά και αποφόρτισης. Αυτό σημαίνει οτι αν αντικαταστήσουμε τις 7Ah μπαταρίες του UPS μας με 9Ah:

1. αυξάνουμε την αυτονομία
2. παίρνουμε λίγο μεγαλύτερο ρεύμα φόρτισης το οποίο ο φορτιστή δεν θα έχει κανένα πρόβλημα να μας το δώσει
3. Καταπονούμε λιγότερο τις μπαταρίες κατά την αποφόρτιση σε σχέση με τις 7Ah

Άρα εάν επιλέγουμε καινούριο UPS ή θέλουμε να αντικαταστήσουμε παλαιές μπαταρίες προτιμούμε τα περισσότερα αμπερώρια. Σε αυτήν την περίπτωση λοιπόν οι μπαταρίες 4,5Ah μπορούν να αντικατασταθούν με 5Ah και οι 7Ah μπορούν να αντικατασταθούν με 9Ah.

Inverter

Έχουμε να πούμε αρκετά και σε αυτό το κομμάτι. Όπως είπαμε ο inverter είναι το κύκλωμα που παίρνει την ηλεκτρική ενέργεια από την μπαταρία, την μετατρέπει σε εναλλασσόμενη τάση και με αυτήν τροφοδοτεί τα φορτία. Είναι το πιο κρίσιμο κύκλωμα του UPS και αυτό που καταπονείται πιο πολύ από πλευράς ρεύματος και θερμότητας.

Εδώ πρέπει να εξηγήσουμε οτι ανάλογα με τον inverter τα Line Interactive UPS χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. 

•  Προσέγγισης / προσομοιωμένου ημιτόνου - Modified / Simulated Sinewave
  
  
• Καθαρού ημιτόνου - True Sinewave
  

Πρόκειται για πολύ σημαντικό στοιχείο που καθορίζει πολύ και την χρήση του UPS.

Τα line interactive προσομοιωμένου ημιτόνου είναι τα συνηθέστερα. Όταν λειτουργούν σε battery mode στην έξοδό τους δεν δίνουν ημιτονικής μορφής τάση όπως η ΔΕΗ. Δίνουν παλμό η μορφή του οποίου είναι έτσι φτιαγμένη ώστε να προσεγγίζει την ημιτονική.

 

Αυτό είναι ένα στοιχείο που μπορεί να μην επηρεάζει PC, switching τροφοδοτικά, συσκευές φωτισμού. σώματα θέρμανσης και πολλά ακόμη είδη φορτίων, επηρεάζει όμως φορτία με μετασχηματιστές  και φορτία με ηλεκτροκινητήρες. Οι μετασχηματιστές και οι ηλεκτροκινητήρες ΑC εάν δεν τροφοδοτηθούν με ημιτονικής μορφής τάση ζεσταίνονται πολύ περισσότερο και είναι πιθανό να καταστραφούν εάν τροφοδοτηθούν με ένα UPS τετραγωνικού παλμού. Αυτό συμβαίνει γιατί ο τετραγωνικός παλμός περιέχει πολλές αρμονικές συχνότητες πέρα από την βασική των 50Hz οι οποίες μετατρέπονται σε θερμότητα στα τυλίγματα και στον πυρήνα των παραπάνω συσκευών.

 

Έτσι εάν θέλουμε να τροφοδοτήσουμε μία σόμπα pellet, έναν κυκλοφοριτή, έναν τελικό ενισχυτή ήχου κ.α. θα πρέπει να επιλέξουμε UPS καθαρού ημιτόνου. Αυτά τα UPS είναι πιο ακριβά σε σχέση με τα απλά του τετραγωνικού παλμού αλλά κάνουν σχεδόν για όλες τις εφαρμογές. Λέω σχεδόν γιατί όπως είπαμε και παραπάνω υπάρχουν φορτία που δεν πρέπει να έχουν χρόνο μεταγωγής και άρα δεν είναι κατάλληλο ένα line interactive UPS, ακόμα και ημιτονικό.

Προσεγγίζοντας λοιπόν το θέμα από την πλευρά του αγοραστή - καταναλωτή

Το Line Interactive είναι κατά κύριο λόγο το UPS που θα πάρουμε για ένα PC, ένα router ή για κάποια απλή εφαρμογή για το σπίτι μας. Είναι τα οικονομικότερα UPS, με την χαμηλότερη αυτοκατανάλωση ρεύματος και τα πιο αθόρυβα. Βγαίνουν σε ισχύ συνήθως από 650VA  έως 3KVA και  έχουν αυτονομία περίπου 10λεπτά με το μισό από το ονομαστικό τους φορτίο. Χρειάζονται αλλαγή μπαταριών συνήθως κάθε 2 χρόνια για να είμαστε καλυμμένοι σε κάθε περίπτωση και ένα ακόμη προτέρημα είναι οτι δεν μαζεύουν εσωτερικά πολλή σκόνη κι έτσι δεν χρειάζονται συχνό καθάρισμα.

Έχουν χρόνο μεταγωγής 2-10 milisecond και στην πλειοψηφία τους είναι Modified Sinewave, στοιχεία που τα κάνουν μη συμβατά σε κάποιες εφαρμογές.

Προσωπικά λατρεύω τα Line Interactive καθαρού ημιτόνου για οικιακές εφαρμογές. Όχι βέβαια οτι τα άλλα δεν κάνουν σωστά την δουλειά τους...

Κατηγορίες UPS και λειτουργία

Η ιδέα για το ποστ μου ήρθε όταν έπιασα τον εαυτό μου να θέλει να σχολιάσει σε ένα άρθρο γνωστού site e-shop περί UPS όπου διάβασα αρκετές ανακρίβειες. Πιστεύω οτι υπάρχει κόσμος εκεί έξω που θέλει να μάθει και δίνει σημασία σε κάθε λέξη που αναφέρει ένας "ειδήμονας" πάνω στο αντικείμενό του. Έλα όμως που πολλοί οι ειδήμονες και λίγοι αυτοί που μετράνε τα λόγια τους! Πάμε λοιπόν!

Λοιπόν αρχικά να πούμε οτι UPS σημαίνει Uninterruptible Power Supply (Αδιάλειπτη Πηγή Ενέργειας). Αυτό σημαίνει οτι το UPS χρησιμεύει όταν θέλουμε να εξασφαλίσουμε την συνέχιση της λειτουργίας κάποιων συσκευών ακόμα και μετά από διακοπή της τροφοδοσίας αυτών, από τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας (ΔΕΗ).

Φυσικά αυτό δεν μπορεί να συμβαίνει για πάντα. Το UPS χρησιμοποιεί μπαταρίες (στην συντριπτική πλειοψηφία μολύβδου) για να αντλήσει ενέργεια για όση ώρα διαρκεί η διακοπή της τάσης. Εάν οι μπαταρίες αποφορτιστούν πλήρως προφανώς και το UPS θα σβήσει μαζί με όλες τις συσκευές που υποστηρίζει. Στην ενδεχόμενη επαναφορά της ηλεκτροδότησης το UPS θα δώσει αμέσως τροφοδοσία στα φορτία του και θα ξεκινήσει να φορτίζει και τις μπαταρίες του μέχρι εκείνες να φορτιστούν πλήρως.

Τα UPS λοιπόν χωρίζονται σε 2 μεγάλες κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους. (υπάρχει και άλλη μια αλλά είναι για βιομηχανικές πολύ εξεζητημένες εφαρμογές).

Τα LINE INTERACTIVE και τα ONLINE

Τα line interactive είναι τα πιο οικονομικά από τις δύο κατηγορίες. Η λογική λειτουργίας τους είναι σχετικά απλή. Δίνουν αυτούσια την τάση της εισόδου τους (ΔΕΗ) στην έξοδό τους και απλώς την επιτηρούν. Εάν η τάση πέσει κάτω από ένα όριο τη τάξης του 10% ή ανέβει κατα το ίδιο ποσοστό τότε μπορεί (ανάλογα το μοντέλο) να κάνει μια ανύψωση ή υποβάθμιση τάσης ώστε τα φορτία να τροφοδοτηθούν με τάση πιο κοντά στο ιδανικό 230V. Εάν όμως η τάση της ΔΕΗ βυθιστεί ακόμα περισσότερο και οσιαστικά έχουμε διακοπή ρεύματος τότε ένα ρελέ εσωτερικά αλλάζει κατάσταση και το UPS αρχίζει να τροφοδοτεί τα φορτία του με ενέργεια που αντλεί από τις μπαταρίες του. Αυτή η μεταγωγή που κάνει το ρελέ , ένα "τικ" δηλαδή  που ακούγεται εκείνη τη στιγμή είναι ένα μικρό χρονικό διάστημα της τάξεως των milisecond το οποίο χρειάζεται το UPS για να κάνει την μεταγωγή των φορτίων προς τον inverter του. Ακόμα ένα "τικ" θα ακουστεί όταν επανέλθει το ρεύμα και θα χρειαστεί να κάνει μεταγωγή των φορτίων και πάλι στο δίκτυο της ΔΕΗ. Αυτός λοιπόν ονομάζεται χρόνος μεταγωγής ή χρόνος απόκρισης και είναι αρκετά μικρός, τόσο που ελάχιστες έως και καμία συσκευή δεν θα επηρεαστεί λειτουργικά. Ενημερωτικά τα line interactive βγαίνουν συνήθως σε ισχύ μέχρι το πολύ 3kVA.

Τα Online είναι αισθητά ακριβότερα από τα προηγούμενα γιατί έχουν πιο πολύπλοκη λειτουργία και αποτελούνται από περισσότερα κυκλώματα. Η λειτουργία τους βασίζεται στην συνεχή μετατροπή της εναλλασόμενης τάσης (AC) της ΔΕΗ σε σε συνεχή (DC) και στη συνέχεια την μετατροπή ξανά από DC σε AC για την τροφοδότηση των φορτίων. Παρακάτω έχουμε ένα δομικό διάγραμμα του τρόπου λειτουργίας ενός online UPS.

Η όλη λειτουργία τους και οι αυτοματισμοί των UPS αυτών είναι ένα ακόμη ποστ από μόνο του και δεν θα την αναλύσω λεπτομερώς εδώ. Καταλαβαίνουμε όμως τα εξής. Το UPS κανει συνεχώς μετατροπή της μορφής της ηλεκτρικής ισχύος κάτι που σημαίνει οτι έχουμε ένα σημαντικό ποσοστό απωλειών σε θερμότητα το οποίο αντανακλά και στην καταγραφή του ρολογιού της ΔΕΗ κυρίως όταν μιλάμε για μεγάλα συστήματα UPS 60 - 100 και περισσότερων kVA. Η θερμότητα αυτή πρέπει να απομακρυνθεί από το εσωτερικό της συσκευής και άρα τα ανεμιστηράκια του UPS δουλεύουν συνεχώς, 24 ώρες το 24ωρο. Κάτι που σημαίνει και μόνιμος θόρυβος. Κατα τ' άλλα τα online δίνουν πάντα στην έξοδό τους 230V 50Hz σταθεροποιημένα βρέξει χιονίσει! Ακόμα κι άν η ΔΕΗ κάνει τα πιο τρελά της παιχνίδια με αυξομειώσεις στην τάση ακόμα και στην συχνότητα! Αυτό σημαίνει οτι αυτά τα UPS είναι κατάληλα για όλα τα φορτία εντός των ορίων ισχύος του UPS! Επίσης σε αυτήν την περίπτωση δεν υπάρχει χρόνος μεταγωγής! Την στιγμή που θα έχουμε διακοπή τάσης στην είσοδο, το κύκλωμα από την μπαταρία και δεξιά θα συνεχίσει να λειτουργεί χωρίς να αισθανθεί καμία μεταβολή και η μπαταρία θα αρχίσει να αποφορτίζεται. Στην επαναφορά της εισόδου θα έχουμε και πάλι την λειτουργία του rectifier ο οποίος θα ξανασηκώσει την DC στάθμη φορτίζοντας και πάλι τις μπαταρίες. Τα online UPS λοιπόν σχεδόν πάντα μπορούν να παραμετροποιηθούν σε αρκετά σημεία, μπορούν να πάρουν πολλές φορές και επιπλέον μπαταρίες για επέκταση της αυτονομίας, και να γίνουν κομμάτι ενός αυτοματοποιημένου συστήματος. Πολλές φορές υπάρχουν δικτυακές κάρτες (SNMP) που δίνουν την δυνατότητα του ελέγχου δικτυακά, κάρτες ξηρών επαφών για αυτοματισμούς, χρονικά εντολών για τερματισμό κάποιου φορτίου (server) μετά απο καθορισμένο χρονικό διάστημα, παραλληλισμό μεταξύ τους κοκ. Επίσης τα online έχουν μεγάλη γκάμα ισχύος, από 1ΚVA, 1.5, 2, 3, 6, 10, 15, 20, 30, 60, 80, 100, 120, 160, 200 kVA και ακόμα μεγαλύτερα!

Έχουμε να αναλύσουμε ακόμη πολλά, κυρίως για την λειτουργία των Online και βέβαια οι μπαταρίες είναι ακόμη μια μεγάλη κουβέντα. Επίσης ο υπολογισμός της μέγιστης ισχύος των φορτίων μας είναι μια πάρα πολύ σημαντική μελέτη που πρέπει να γίνει πριν την αγορά ενός UPS όπως και ο εκτιμώμενος χρόνος αυτονομίας που σε πολλές εφαρμογές είναι αρκετά κρίσιμος.

*Η ανάρτηση περιέχει τοποθέτηση προϊόντος. :)

Πεταλάκι με τον Arduino UNO

Περίοδος καραντίνας λοιπόν (Απρίλιος 2020 θα μείνει στην ιστορία) και δεν μας έμειναν πολλές διέξοδοι για να περάσουμε δημιουργικά τις μέρες μας.

Μια κατασκευή που είχα από καιρό στο μυαλό μου ήρθε η ώρα να υλοποιηθεί! Ένα "πεταλάκι" ήχου που θα παραμορφώνει την είσοδό του από ένα μουσικό όργανο και θα αποδίδει το αποτέλεσμα στην έξοδο για ενίσχυση στον τελικό ενισχυτή. Τι είδους παραμόρφωση θα κάνει? Αναλόγως του κώδικα που θα φορτώσουμε σε αυτό! Η χρήση του arduino είναι εξαιρετική λύση για να πραγματοποιηθεί το prodject με πολύ απλό τρόπο και να μπορούμε να δοκιμάσουμε αρκετούς κώδικες, να τους παραμετροποιήσουμε και να πειραματιστούμε!

Η ιδέα και στην ουσία όλη η υλοποίηση είναι η κατασκευή που έχει αναρτηθεί στο Arduino Prodject Hub.

Τα σχέδια τα οποία και αναδημοσιεύω είναι ακριβέστατα και αναλυτικότατα! Τόσο που αποφάσισα να παραγγείλω μόνο τα υλικά χωρίς το pcb μιας και ο στόχος της κατασκευής δεν ήταν τόσο η πιστότητα του ήχου που θέλω να πετύχω, όσο η χαρά της κατασκευής και η ικανοποίηση της ολοκλήρωσης του prodject. Παρ όλα αυτά εάν επιλέξετε να πάρετε και το pcb θα κάνετε πολυ ευκολότερη την κατασκευή σας και πιθανότατα θα έχετε και όσο το δυνατόν λιγότερο θόρυβο στην έξοδο του πεταλιού προς τον τελικό ενισχυτή.

Πρώτα απ όλα η κατασκευή βασίζεται στον Arduino UNO

Στην συνέχεια λοιπόν πρέπει να φτιάξουμε το κύκλωμα που θα προηγηθεί της εισόδου του αναλογικού σήματος στον AD converter και αντίστοιχα του κυκλώματος που θα ακολουθήσει της ψηφιακής εξόδου του Arduino. Πρόκειται για ένα τελεστικό ενισχυτή σε κάθε περίπτωση που κάνει προσαρμογή αντίστασης γραμμής μεταξύ οργάνων κυκλώματος και τελικού ενισχυτή. Έτσι λοιπόν εφόσον διάλεξα να μην πάρω το έτοιμο καλοσχεδιασμένο PCB αλλά έκανα την υλοποίηση σε μια διάτρητη πλακετούλα, αυτό είναι το τελικό αποτέλεσμα!

Όχι και τόσο άσχημα! Δεν χρειάζεται πολύ  μεγάλη εμπειρία γιατί δεν είναι και τόσο μεγάλο κύκλωμα και το σχέδιο του κυκλώματος είναι ακριβέστατο σε όλες τις λεπτομέρειες!

Μιας που το ανέφερα ας το παραθέσω κιόλας...

Εφόσον το ολοκληρώσαμε είμαστε έτοιμοι να το κουμπώσουμε πάνω στο Arduino!

Προσοχή!! Εδώ αντιμετωπίστηκαν κάποιες δυσκολίες!

Πρώτα απ' όλα προσέχουμε να μην έχει μείνει κάποιος παλαιότερος κώδικας στο Arduino. Εάν δεν είμαστε σίγουροι καλού κακού του φορτώνουμε έναν κενό κώδικα.

Η δυσκολία που αντιμετώπισα είχε να κάνει με τα pins του Arduino τα οποία σε μία από τος μαύρες φισούλες δεν συμπίπτουν με κανένα τρόπο στα πιν που τοποθετούμε εμείς πάνω στην διάτρητη πλακέτα. Εκεί δίνω ένα φάουλ στον Ιταλό σχεδιαστή του Arduino και πιθανότατα δεν θα βρω ποτέ δεύτερο. Εάν λοιπόν δεν αγοράσετε και το PCB όπως εγώ θα αναγκαστείτε να στραβώσετε με προσοχή τα ποδαράκια του δικού σας PCB ώστε να έρθουν όσο γίνεται πιο αντικριστά από τις υποδοχές του Arduino. (Όσο γράφω διαπιστώνω όλο και περισσότερα πλεονεκτήματα της επιλογής να αγοράσετε και το PCB της κατασκευής).

Αφού λοιπόν καταφέραμε και κουμπώσαμε όπως στην παρακάτω εικόνα είμαστε έτοιμοι για δοκιμές!

Όπως ίσως καταλαβαίνετε από το χρώμα της κίτρινης λάμπας του γραφείου είχε  πάει αργά και η πρώτη δοκιμή ήταν αποτυχημένη.
Το επόμενο πρωί όμως με την βοήθεια ενός καφέ βρέθηκαν ευτυχώς γρήγορα οι αστοχίες και είχαμε την πρώτη επιτυχημένη δοκιμή! Οι κώδικες είναι όλοι αναρτημένοι στο Arduino Prodject Hub αλλά θα τους προσθέσω και στην βιβλιοθήκη του ιστολογίου μου μαζί με όποια προσθήκη καταφέρω κι εγώ να κάνω.

Στην συνέχεια και αφού (είπαμε καραντίνα...) χρόνος υπάρχει, κόντρα πλακέ υπάρχει επίσης, ξεκίνησα να φτιάχνω κι ένα κουτάκι το οποίο θα φιλοξενήσει την κατασκευή. Μέτρησα διαστάσεις, έκανα τις τρύπες εκεί που έπρεπε (?) και μετά από αρκετή δουλίτσα με τροχό, τρυπάνι και γυαλόχαρτο...

Εάν έχετε ηλεκτρική κιθάρα πρόκειται σίγουρα για πολύ ωραίο παιχνιδάκι...!!  Εάν έχετε μπουζούκι όπως εγώ... Δεν ξέρω, ίσως χρειαστεί να επικοινωνήσουμε για μια ομαδική συνεδρία... να δούμε τι φταίει...

Tescom Hellas

Μια από τις πιο δραστήριες και αναπτυγμένες εταιρίες στον πολυπόθητο για εμένα χώρο των ηλεκτρονικών ισχύος είναι πλέον η επαγγελματική μου στέγη. Από τον Δεκέμβρη του 2018 είμαι πλέον μέλος της Tescom Hellas, της ελληνικής αντιπροσωπείας του ομίλου Tescom. Ένα εργασιακό περιβάλλον όπως αυτό που παρέχει αυτή η εταιρία, είναι οι κατάλληλες συνθήκες για να αναπτύξει τις ικανότητες του ένας νέος φιλόδοξος μηχανικός.

Χαρούμενος λοιπόν για το νέο μου επαγγελματικό βήμα και την εξέλιξη αυτή στο τέλος του 2018 θα ευχηθώ ευτυχισμένος ο νέος χρόνος, με υγεία και κάθε ευτυχία σε όλο τον κόσμο! Να κάνουμε πράγματα που μας γεμίζουν την ψυχή και δευτερευόντως την τσέπη και να σεβόμαστε πολύ τόσο τους συνανθρώπους μας όσο και τους εαυτούς μας!

Καλές γιορτές!