UPS-də Pre-charge: İlkin Yükləmə Sistemi

Texnologiya həyatımızın ayrılmaz hissəsinə çevrilib. Xüsusilə də müəssisələrdə, banklarda, server otaqlarında və tibbi mərkəzlərdə fasiləsiz enerji təchizatı (UPS) sistemləri kritik rol oynayır. Çünki cəmi bir neçə saniyəlik enerji kəsintisi belə məlumat itkisindən tutmuş avadanlıqların sıradan çıxmasına qədər ciddi problemlər yarada bilər. Lakin UPS yalnız enerjini ehtiyat mənbəyindən təmin etmir. Onun daxilində çox mürəkkəb elektronika, idarəetmə sistemləri və qoruma mexanizmləri var.

Bu qoruma sistemlərindən biri də pre-charge, yəni ilkin yükləmə prosesidir.

Ani cərəyan problemi haradan yaranır?

UPS-in daxili quruluşunu sadə dillə izah etsək, o belə işləyir:

1. Şəbəkədən gələn AC enerji əvvəlcə düzləndirilir (DC-ə çevrilir).

2. Bu DC enerji böyük kondensatorlarda toplanır.

3. Daha sonra invertor vasitəsilə yenidən AC-ə çevrilərək istehlakçılara ötürülür.

Burada diqqətimizi çəkən hissə DC magistralı və kondensatorlardır. Kondensatorlar enerji saxlamaq üçün nəzərdə tutulub. Onlar boş olduqda ani olaraq dolmaq istəyirlər. Fizikadan bilirik ki, cərəyan = gərginlik fərqi/müqavimət. Əgər gərginlik böyükdürsə (məsələn, 400–800V DC),

və müqavimət çox kiçikdirsə (çünki kondensator boşdur, müqaviməti sıfıra yaxındır), onda nəticədə çox böyük cərəyan axır. Bu hadisəyə inrush current deyilir. Məsələn, böyük gücə malik UPS-lərdə bu ani cərəyan 1000A-i belə keçə bilər. Bu isə sanki birdən-birə batareyanı qısaqapanmaya salmaq kimidir.

Pre-charge işi: Sadə bir analogiya

Təsəvvür edin ki, boş bir su anbarınız var. Əgər siz birdən-birə böyük kranı tam açırsınızsa, su çox sürətlə daxil olar və borulara ziyan vura bilər. Amma əvvəlcə kranı azca açsanız, su yavaş-yavaş dolacaq, sistem isə zərər görməyəcək. Pre-charge də məhz bunun elektrikdəki qarşılığıdır. Burada “boru” rezistor, “anbar” isə kondensatordur.

Pre-charge sxematik diaqram

Pre-charge mərhələləri:

1. Başlanğıc: UPS işə düşür, amma əsas kontaktor hələ açıqdır.

2. Rezistorun qoşulması: Kondensator enerji mənbəyinə birbaşa deyil, rezistor üzərindən qoşulur. Bu rezistor tipik olaraq yüksək gücə davamlı (10–100Ω və bir neçə yüz vattlıq) olur.

3. Yavaş yüklənmə: Kondensatorun gərginliyi yavaş-yavaş artır. Bu mərhələdə cərəyan məhdudlaşır və ani zərbə yaranmır.

4. İzləmə: İdarəetmə sistemi kondensator gərginliyini izləyir. Gərginlik mənbə gərginliyinə yaxınlaşanda (90–95% arası), sistem növbəti mərhələyə keçir.

5. Əsas kontaktorun bağlanması: İndi artıq kondensator kifayət qədər dolub. Rezistor sanki kənara atılır və kondensator birbaşa mənbəyə qoşulur.

6. Normal iş: UPS normal rejimdə işləməyə başlayır.

Üstünlükləri:

• Komponentlərin qorunması: Kondensatorlar, IGBT/MOSFET tranzistorları və diodlar zədələnmir.

• Davamlılıq: UPS-in ömrünü uzadır.

• Etibarlılıq: İşə salınmada gözlənilməz nasazlıqların qarşısını alır.

• Enerji qənaəti: Tez-tez qoruyucu elementlərin (sığortaların) dəyişdirilməsinə ehtiyac qalmır.

Pre-charge olmadan baş verən tipik nasazlıqlar:

• Qoruyucuların yanması: İşə salınma zamanı ani cərəyan qoruyucuları tez-tez sıradan çıxara bilər.

• Kontaktorların yapışması: Mexaniki kontaktorlar ani cərəyandan “yapışa” bilər.

• Elektronikanın sıradan çıxması: Güc tranzistorları (IGBT, MOSFET) zədələnə bilər.

• İstismar xərclərinin artması: Təmir və dəyişmə işləri müntəzəm olar.

Real həyatdan misallar:

• Sənaye UPS-ləri: Böyük zavodlarda istifadə olunan 100–500kVA gücündə UPS-lərdə pre-charge dövrəsi həmişə olur. Əks halda hər işə düşmə zamanı qoruyucuların açılması qaçılmaz olar.

• Elektrik avtomobilləri: Avtomobilin yüksək gərginlikli batareya paketi də kondensatorlara birbaşa qoşulmur. Həmişə pre-charge rezistoru ilə yükləmə aparılır.

• Sürücülər və invertorlar: Məsələn, böyük gücə malik motor sürücülərində də bu qoruma vacibdir.

Texniki detallara daha dərin baxış:

1. Rezistor seçimi: Onun gücü elə seçilməlidir ki, həm qısa müddətli yüksək gücə tab gətirsin, həm də kondensatoru lazımi sürətlə yükləsin.

2. Vaxt intervalı: Pre-charge adətən bir neçə saniyə çəkir.

3. İdarəetmə: Müasir UPS-lərdə bu proses tamamilə mikroprosessor və ya DSP (Digital Signal Processor) tərəfindən idarə olunur.

Gələcəkdə pre-charge texnologiyaları:

Yeni nəsil UPS-lərdə klassik rezistor və kontaktor sistemi bəzən əvəz olunur:

• NTC termistorlarla (temperatur artdıqca müqaviməti azalır, yəni əvvəl yüksək müqavimət göstərir, sonra azalır).

• Elektron açarlarla (yarımkeçirici idarəetmə sayəsində daha sürətli və etibarlı yüklənmə).

Nəticə olaraq onu demək olar ki, pre-charge sadə görünən, amma strateji əhəmiyyətə malik bir funksiyadır. UPS-in uzunömürlü, etibarlı və təhlükəsiz işləməsini təmin edir. Əslində, bu kiçik detal olmasa, böyük UPS sistemlərinin hər dəfə işə düşməsi ciddi risk daşıyardı.