Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), wird eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz die Versorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen.
USVen finden vor allem in Krankenhäusern, Leitstellen, modernen Eisenbahn-Stellwerken und Rechenzentren Verwendung, mittlerweile aber ebenso in kleinen Büros oder zu Hause. Sie werden in die Stromzuleitung der zu sichernden Anlagen oder Geräte eingefügt.
VFD (Voltage and Frequency Dependent) bzw. Offline-USV:
Im Normalbetrieb einer Offline-USV findet keinerlei Filterung und eine minimale Pufferung der Spannung statt. Sie dient lediglich zur Gewährleistung eines Basisschutzes.
Die anliegende Spannung und Frequenz am Eingang werden direkt an den Ausgang durchgereicht. Gleichzeitig wird die Batterie über einen Gleichrichter geladen bzw. im aufgeladenen Zustand gehalten. Erst bei einem Failover, beispielsweise durch einen Stromausfall ausgelöst, schaltet die USV auf die interne Batterie um und speist die Verbraucher über einen Wechselrichter mit Energie. Diese Variante hat eine Reaktionszeit von bis zu 10 Millisekunden.
Spannungsschwankungen unter 16 Millisekunden sowie Spannungsspitzen zwischen 4 und 16 Millisekunden werden kompensiert. Diese Zeiträume können für sehr empfindliche Geräte bereits zu lange sein.
VI (Voltage Independent) bzw. Netzinteraktive-USV:
Diese USV-Kategorie verfügt über einen bidirektionalen Wechselrichter. Dieser ist sowohl in der Lage aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung als auch aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung zu generieren.
Im Normalbetrieb wird dieser genutzt um die Batterie mit Energie zu speisen. Bei einem Failover wandelt dieser die vom Akku anliegende Gleichspannung in eine für 230V-Verbraucher geeignete 50-
Herz-Sinus-Wechselspannung um. Dieser USV-Typ schützt zusätzlich zu den Basisfunktionen gegen Unter- und Überspannung jeglicher Dauer. Die Spannung am Ausgang wird unabhängig von der Eingangsspannung durch die USV geregelt. Lediglich die Frequenz wird 1:1 vom Eingang zum Ausgang weitergereicht.
Die Umschaltzeit bei diesem USV-Typ liegt zwischen 2 bis 4 Millisekunden. Dieser USV-Typ wird auch mit den Begriffen „Line-Interactive“, „Single-Conversion“, „Delta-Conversion“ oder „aktiver Mitlaufbetrieb“ bezeichnet.
VFI (Voltage and Frequency Independent) bzw. Online-USV:
Bei dieser USV-Kategorie wird die Spannung kontinuierlich über die Batterie gepuffert. Dieses Verfahren liminiert die Umschaltzeiten.
Die Spannung am Eingang wird direkt auf einen Gleichrichter geführt. Dieser versorgt bei Bedarf die Ladeelektronik der Batterie und kontinuierlich einen Wechselrichter für die Versorgung des Ausganges. Bei diesem USVTyp wird auch die Frequenz vom Wechselrichter generiert. Somit werden die Verbraucher auch gegen Frequenzabweichungen, Störspannungen und harmonische Oberwellen abgesichert. Des Weiteren kommt hier eine „Bypass-Schaltung“ zum Einsatz. Diese läuft parallel zu den leich- und Wechselrichtern. Bei Überlasten am USV-Ausgang, oder eines internen Fehlers im Gleich- und Wechselrichter Zweigs, werden die Verbraucher unterbrechungsfrei auf diese Bypass-Schaltung umgeleitet und somit weiter versorgt. Da Gleich- und Wechselrichter ständig mit dem vollen Betriebsstrom belastet werden, müssen diese Komponenten besonders hochwertig sein, was diese USV-Bauart zur teuersten macht. Auch muss hier mit größeren Energieverlusten gerechnet werden, da der Strom zuerst durch einen Gleichrichter und anschließend wieder durch einen Wechselrichter geführt wird. Hier treten die üblichen Verluste auf, die den Wirkungsgrad dieses USV-Systems verringern.
Bei voller Auslastung kann mit einem Wirkungsgrad von rund 95% gerechnet werden. Da USVs in der Regel aber nicht voll ausgelastet eingesetzt werden, müssen niedrigere Wirkungsgrade bei Teillast einkalkuliert werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass Online-USV-Systeme im Vergleich zu Offline- oder netzinteraktiven -USV-Systemen den höchsten Eigenstrombedarf haben.
Während zum Beispiel eine 650VA Offline-USV im Leerlauf (ohne angeschlossene Verbraucher) mit ca. 5 Watt auskommt, eine 850VA Netzinteraktive-USV mit ca. 15 Watt, benötigt eine Online-USV schon im Leerlauf erheblich mehr Strom (eine Faustregel besagt, dass sie ca. 10% ihrer Nennleistung benötigt, sprich eine 850VA Online-USV benötigt im Leerlauf ca. 85 Watt an Eigenbedarf).
Sie werden auch mit den Begriffen
„Online“, „Double-Conversion“, „Dauerbetrieb“ oder „Doppelwandler“ bezeichnet.
