UPS (Uninterruptible Power Supply)

Oppbygging og virkemåte til en UPS

En UPS (avbruddsfri strømforsyning) brukes for å sikre at elektriske systemer får kontinuerlig strøm selv ved strømbrudd. Den beskytter også mot spenningssvingninger og andre elektriske forstyrrelser.

1. Oppbygging av en UPS.

En UPS består av flere hovedkomponenter:

• Lader/likeretter (Rectifier/Charger) – Konverterer vekselstrøm (AC) fra strømnettet til likestrøm (DC) for å lade batteriene.
• Batteripakke – Gir strøm under strømbrudd. Vanligvis blybatterier eller litium-ion.
• Inverter – Konverterer DC fra batteriene tilbake til AC for å forsyne lasten.
• Bypass-bryter – Omkobler direkte til nettstrøm ved UPS-feil eller overbelastning.
• Styringsenhet (kontroller) – Overvåker UPS-en og administrerer vekslingen mellom driftstilstander.

2. Virkemåte til en UPS.

UPS-en kan operere i forskjellige moduser avhengig av strømtilførselen og behovet:

a) Normal drift (Strømnettet er aktivt).

• Strøm fra nettet går til lasten (PC-er, servere, maskiner osv.).
• Laderen/likeretteren konverterer AC til DC for å holde batteriene oppladet.
• Bypass er inaktiv, og systemet fungerer med normal nettstrøm.

b) Strømbrudd (Nettstrømmen forsvinner).

• UPS-en detekterer strømbruddet umiddelbart.
• Batteriene forsyner inverteren med DC-strøm.
• Inverteren konverterer DC til AC og opprettholder strømforsyningen til lasten.
• Bypass forblir inaktiv, og lasten drives av batteriene.

c) Gjenoppretting (Nettstrømmen kommer tilbake).

• UPS-en kobler tilbake til nettstrøm når den er stabil.
• Laderen begynner å lade batteriene igjen.
• Bypass kan aktiveres ved feil i UPS-en.

3. Typer UPS-systemer

• Offline / Standby UPS – Kobler inn batteridrift kun ved strømbrudd (rimeligere, egnet for PC-er).
• Line-interactive UPS – Justerer spenningen ved svingninger, bytter til batteri ved behov (brukes ofte i serverrom).
• Online / Dobbelkonvertering UPS – Konverterer alltid strømmen gjennom likeretter og inverter (gir best beskyttelse, brukt i kritiske systemer).

UPS-er er viktige for å beskytte elektronisk utstyr mot strømbrudd og spenningsvariasjoner i IT, industri, helsevesen og skipsfart!

Bilde viser UPS'er på en supply båt.

---

OFF-Line UPS

Hvordan fungerer en OFF-Line UPS?

1. Normal drift (strømtilførsel fra nettet)

   • Strømmen går direkte fra strømnettet til utstyret uten å gå gjennom UPS-en.
   • UPS-en overvåker strømmen og lader batteriet mens det er nødvendig.

2. Strømbrudd eller spenningsfall

   • UPS-en oppdager avvik (som strømbrudd eller spenningsvariasjoner).
   • Den kobler om til batteridrift via en inverter som omformer likestrøm (DC) fra batteriet til vekselstrøm (AC).
   • Denne koblingen tar vanligvis 2–10 millisekunder, som kan være merkbart for sensitivt utstyr.

3. Batteridrift

   • Enhetene får strøm fra batteriet via inverteren.
   • Driftstiden avhenger av batterikapasiteten og belastningen.

4. Tilbake til normal drift

   • Når strømmen kommer tilbake, kobler UPS-en tilbake til nettstrøm.
   • Batteriet lades opp igjen for fremtidige strømbrudd.

Fordeler og ulemper med OFF-Line UPS

Fordeler

• Rimeligere enn andre UPS-typer.
• Lavere strømforbruk i normal drift.
• Enkel og pålitelig for grunnleggende beskyttelse.

Ulemper

• Kort forsinkelse ved strømbrudd kan påvirke følsomt utstyr.
• Gir ikke beskyttelse mot små strømforstyrrelser som overspenning eller elektrisk støy.
• Batteridriftstiden er ofte begrenset.

Passer best for:

• PC-er, kontorutstyr og hjemmebrukere med lavt strømbehov.
• Ikke-kritiske systemer der en kort forsinkelse ikke er et problem.

Eksempel 1 (OFF-Line UPS):

Eksempel 2 (OFF-Line UPS):

---

Line-interactive UPS

Hvordan virker en Line-Interactive UPS?

1. Normal drift – nettstrøm med spenningsregulering

• Strømmen går fra nettet til lasten (utstyret) gjennom en automatisk spenningsregulator (AVR – Automatic Voltage Regulator).
• Hvis nettspenningen svinger for høyt eller lavt, justerer AVR-en spenningen opp eller ned (via transformator med tapninger) uten å bruke batteriet.

2. Strømbrudd eller alvorlige spenningsavvik

• Hvis strømmen faller utenfor justeringsområdet, kobler UPS-en raskt om til batteridrift via en inverter.
• Inverteren konverterer likestrøm (DC) fra batteriet til vekselstrøm (AC) for å holde utstyret i gang.

3. Tilbake til nettstrøm

• Når strømmen stabiliserer seg, bytter UPS-en tilbake til nettstrøm og lader opp batteriet igjen.

Nøkkelkomponenter i en Line-Interactive UPS

• Batteri
• Inverter
• Byttebryter / relé
• AVR (spenningsregulator), (booster og fader)
• Ladeelektronikk

Fordeler

• Bedre beskyttelse enn OFF-Line UPS – tåler spenningssvingninger uten å tømme batteriet.
• Lengre batterilevetid – fordi den bare går over på batteri når det virkelig trengs.
• Mer stabil strøm – AVR gir jevnere spenning til utstyret.
• Rimeligere enn Online UPS – god balanse mellom pris og ytelse.

Ulemper

• Liten omkoblingstid ved strømbrudd (typisk 2–5 ms), som kan være kritisk for svært følsomt utstyr.
• Ikke full isolasjon fra strømnettet – den "renser" ikke strømmen like godt som en Online UPS.

Passer best for:

• Servere og nettverksutstyr i små og mellomstore bedrifter.
• Avanserte arbeidsstasjoner, NAS, PC-er og hjemmekontor.
• Miljøer med mye spenningssvingninger, men sjeldne totale strømbrudd.

Hvis du vil ha noe som beskytter mer enn en enkel UPS uten å gå helt "all-in", så er Line-Interactive et veldig solid valg.

---

Eksempel 1, normal drift:

Eksempel 2, ved strømbrudd:

Booster og Fader

I en line-interactive UPS (Uninterruptible Power Supply) refererer begrepene "booster" og "fader" (eller ofte kalt "buck") til funksjoner i den innebygde automatisk spenningsreguleringskretsen (AVR – Automatic Voltage Regulation). Disse brukes for å håndtere mindre svingninger i nettspenningen uten å bytte til batteridrift.

Booster (Boost Mode):

• Når inngangsspenningen er for lav, øker UPS-en spenningen til et normalt nivå.
• Dette skjer ved at UPS-en aktiverer en transformatorvikling som "booster" spenningen opp.
• Fordel: Du slipper å bruke batteri ved små spenningsfall (f.eks. ved *«brownout» eller lav nettkvalitet).

Fader / Buck (Buck Mode)

• Når inngangsspenningen er for høy, senker UPS-en spenningen til et tryggere nivå.
• Dette beskytter utstyret mot overspenning.
• UPS-en gjør dette ved å "fade" spenningen ned ved hjelp av en annen transformatorvikling.

Hvorfor er dette nyttig?

I stedet for å stadig bruke batteriene ved små variasjoner i strømnettet, bruker en line-interactive UPS booster og fader-funksjonene til å håndtere de fleste normale svingninger. Dette:

• forlenger batteriets levetid,
• reduserer slitasje,
• og gir mer stabil drift.

*Brun-ut (eller "brownout" på engelsk) betyr:

En midlertidig reduksjon i nettspenningen – altså at strømmen fortsatt er der, men spenningen er lavere enn normalt.

• Nettspenningen faller under det normale nivået (f.eks. ned til 180V i stedet for 230V).
• Lyset i rommet kan dimmes (derav navnet "brownout" – lyset blir «brunt» i stedet for klart).
• Elektronikk kan oppføre seg rart, fryse, krasje eller bli skadet over tid.
• Oppstår ofte under høy belastning på strømnettet – for eksempel på varme sommerdager når mange bruker air condition samtidig.

ON - Line UPS

Hvordan virker en Online UPS (Double-Conversion)?

1. Konstant dobbel konvertering.

• Strømmen fra nettet går først gjennom en likeretter som konverterer vekselstrøm (AC) → likestrøm (DC).
• Deretter går den gjennom en inverter som omformer DC tilbake til AC.
• Med andre ord: Utstyret får aldri strøm direkte fra nettet – kun fra inverteren.

Dette gir null omkoblingstid, fordi strømmen alltid leveres via inverteren.

2. Batteridrift ved strømbrudd

• Når strømnettet faller ut, fortsetter batteriet å levere DC til inverteren uten avbrudd.
• Utstyret merker ingen overgang – alt går sømløst videre.

3. Tilbake til normal drift

• Når strømmen kommer tilbake, starter likeretteren igjen og lader batteriet, samtidig som den fortsetter å forsyne inverteren.

Fordeler med Online UPS

• Null omkoblingstid – passer for ekstremt følsomt utstyr (sykehus, datasentre, etc.)
• Perfekt spenningskvalitet – fjerner overspenning, underspenning, støy, frekvensavvik og transienter
• Full isolasjon fra strømnettet
• Ideell i miljøer med dårlig strømkvalitet eller hyppige forstyrrelser

Ulemper

• Kostbar – dyrere enn Line-Interactive og Off-Line UPS
• Varmer mer opp og bruker mer strøm (pga. konstant konvertering)
• Mer kompleks – krever bedre vedlikehold

Typiske bruksområder

• Datasentre og serverrom
• Sykehusutstyr (f.eks. livsopprettholdende systemer)
• Industriell automatisering
• Kritisk kommunikasjon og finansielle systemer

En Online UPS er med andre ord "Rolls-Royce'n" av strømforsyninger – du betaler mer, men du får full beskyttelse og null nedetid.

En Online UPS (Double-Conversion UPS) er teknisk mer kompleks enn andre UPS-typer, og den har flere viktige komponenter som sammen sørger for konstant, ren og avbruddsfri strømforsyning.

Nøkkelkomponenter i en Online UPS:

1. Likeretter (Rectifier)

• Konverterer AC (vekselstrøm) fra strømnettet til DC (likestrøm).

• Brukes til å:

  • Lade batteriet.
  • Gi strøm til inverteren.

• Ofte utstyrt med PFC (Power Factor Correction) for å forbedre effektiviteten.

2. Batteribank

• Lagrer energi i form av likestrøm (DC).
• Aktiveres umiddelbart hvis nettstrømmen forsvinner.
• Gir DC til inverteren uten omkobling ved strømbrudd.

3. Inverter

• Gjør om DC fra likeretter/batteri tilbake til ren AC-spenning som leveres til lasten.
• Kilden til strømmen er alltid inverteren – enten den får DC fra strømnettet (via likeretter) eller batteri.

4. Bypass-krets (Static Bypass Switch)

• En hurtigbryter (ofte en static switch) som omgår inverteren og kobler lasten direkte til strømnettet dersom:

  • Inverteren feiler.
  • Overbelastning oppstår.
  • Ved vedlikehold (manuell bypass).

• Sørger for at lasten fortsatt får strøm, selv om UPS-en har en intern feil.

5. Ladeelektronikk (Charger/Controller)

• Kontrollerer lading og overvåking av batteriene.
• Sørger for optimal levetid og ytelse ved å overvåke temperatur, spenning og strøm.

6. Kjøling (vifter eller kjøleprofiler)

• Pga. den kontinuerlige konverteringen genereres varme, så kjøling er viktig for stabil drift og levetid.

7. Kontrollenhet / Mikroprosessor

• Hjerne i UPS-en.
• Overvåker og styrer hele systemet: strømkilder, batteristatus, temperatur, overganger osv.
• Ofte med LCD-panel eller webgrensesnitt for status og konfigurering.

8. Inngangs- og utgangsfiltre (inkl. EMI/RFI-filter)

• Filtrerer bort elektrisk støy og overspenninger.
• Sikrer at utstyret får ren og stabil strøm.

Ekstrautstyr (valgfritt i mange systemer)

• SNMP/nettverkskort – for overvåking og varsling.
• Batteriekspansjonsmoduler – for lengre backup-tid.
• Manuell vedlikeholds bypass – for trygg service.

EMI - filter

Et EMI-filter (Electromagnetic Interference filter) er en elektronisk krets som reduserer eller fjerner elektromagnetisk støy (EMI) fra strømnettet før den når UPS-en eller tilkoblet utstyr.

EMI-filter er ikke alltid standard i en OFF-Line UPS, men noen modeller har det, spesielt hvis de er designet for mer følsomt utstyr.

Hvorfor brukes EMI-filter i en UPS?

Strømnettet kan inneholde forstyrrelser som kan skade eller påvirke følsomt elektronisk utstyr. EMI-filteret beskytter mot:

• Radiofrekvent interferens (RFI) – Høyfrekvente signaler fra radiosendere, trådløse enheter osv.
• Linjestøy fra strømnettet – Støy fra elektriske motorer, lysrør, kraftnett osv.
• Høyfrekvente transienter – Plutselige spenningsspiker fra lynnedslag eller industrielle maskiner.

Hvordan fungerer et EMI-filter?

Et EMI-filter består vanligvis av:

• Induktanser (spoler) – Stopper høyfrekvent støy ved å motstå raske endringer i strøm.
• Kondensatorer – Leder høyfrekvent støy bort fra strømforsyningen.
• Motstander (valgfritt) – For å dempe resterende forstyrrelser.

Filteret plasseres på inngangen til UPS-en for å sikre at kun ren strøm går videre til elektronikken.

Fordeler med EMI-filter i en UPS:

• Forbedret strømforsyning – Fjerner forstyrrelser og beskytter utstyr.
• Lengre levetid på elektronikk – Reduserer slitasje fra elektrisk støy.
• Bedre ytelse på følsomt utstyr – Viktig for datasentre, sykehus og laboratorieutstyr.

Når er EMI-filter viktig?

• I miljøer med mye elektrisk støy (industri, sykehus, kontorer med mye elektronikk).
• For sensitive systemer som krever stabil strømforsyning (servere, medisinsk utstyr).
• Når UPS-en er koblet til et strømnett med kjent høy interferens.

Kort sagt, EMI-filteret sikrer at UPS-en leverer ren og stabil strøm til utstyret ditt.

Hvorfor er EMI-filter mindre vanlig i OFF-Line UPS?

• En OFF-Line UPS kobler lasten direkte til strømnettet under normal drift. Hvis det er EMI-støy i strømnettet, vil den gå rett til utstyret, med mindre UPS-en har et innebygd EMI-filter.
• Mange rimelige OFF-Line UPS-er har ikke EMI-filter fordi de primært er designet for enkel strømbackup, ikke for strømrensing.
• EMI-filtrering er mer vanlig i Line-Interactive og Online UPS, fordi disse systemene kontinuerlig behandler strømmen før den når lasten.

Det finnes noen høyere kvalitets OFF-Line UPS-er kan ha et grunnleggende EMI-filter for å dempe elektromagnetisk støy. Dette er spesielt nyttig i områder med mye elektrisk interferens.

Hvis en OFF-Line UPS ikke har EMI-filter, hva kan du gjøre?

• Bruke et eksternt EMI-filter eller en overspenningsbeskytter med EMI-filtrering mellom strømuttaket og UPS-en.
• Oppgradere til en Line-Interactive UPS, som ofte inkluderer både EMI-filtrering og spenningsregulering.

Static Switch

En static switch i en UPS er en elektronisk bryter basert på tyristorer (SCRs) eller andre halvlederkomponenter som gjør det mulig å raskt bytte mellom forskjellige strømkilder uten mekaniske bevegelige deler.

Den brukes i Online UPS og Line-Interactive UPS for å sikre en rask og sømløs overgang mellom:

1. UPS-inverteren (når den leverer strøm til lasten).
2. Bypass-linjen (direkte nettstrøm eller en alternativ kraftkilde).
   Hvordan fungerer en static switch?

• Under normal drift lar static switchen lasten få strøm fra UPS-inverteren.
• Hvis det oppstår en feil i UPS-en (f.eks. overbelastning eller inverterfeil), vil static switchen umiddelbart koble lasten over til bypass-linjen.
• Når feilen er løst, kobles lasten tilbake til UPS-inverteren uten merkbar avbrudd.
• Dette skjer ekstremt raskt, ofte på mikrosekundnivå, noe som sikrer at utstyr ikke blir påvirket.

Fordeler med en static switch i UPS

• Rask overgangstid – Sikrer uavbrutt strømforsyning.
• Ingen mekaniske deler – Øker påliteligheten og levetiden.
• Sømløs beskyttelse – Brukes i Online UPS for å garantere kontinuerlig strømforsyning.

Hvor brukes static switcher?

• Online (Double-Conversion) UPS – For å bytte til bypass-strøm hvis inverteren feiler.
• Redundante UPS-systemer – For å koble om mellom to UPS-enheter eller mellom UPS og nettstrøm.
• Kritiske systemer – Serverrom, datasentre, sykehus og industri der null nedetid er avgjørende.

En static switch er altså en sentral komponent i avanserte UPS-systemer, som sikrer at strømforsyningen forblir stabil selv ved feil eller høy belastning.

Schneider Electric

Galaxy-serien (Galaxy VS, VM), APC-serien.

Enkelte modeller med DNV – sertifisering benyttes i automasjon og kritiske systemer.

---

Forskjellige driftstilstander (flower) på en Online UPS

Eksempel 1, normal drift.

Eksempel 2, automatisk bypass, ved feil i UPS'en.

Eksempel 3, hoved tilførsel ute, batteri leverer strøm.

Eksempel 4, manuell bypass.