UPS چیست؟

UPS برگرفته از مجموعه کلمات Uninterruptible power supply است که دستگاهی الکترونیکی است که به منظور تأمین پیوسته انرژی برای دستگاههای مصرف کننده که به اختلافات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و جزء مجموعه های کامپیوتری ، مخابراتی ، کنترل ، ابزار دقیق و آزمایشگاهی و بیمارستانی می باشد . کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییر فرکانس، انواع اعوجاج لحظه ای یا دايم، نمونه‌هایی از مشکلات ایجاد شده بر روی شبکه‌های برق شهری می‌باشند. دستگاه های الکترونیکی پیشرفته و حساس (نظیر سیستمهای کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی و پزشکی) با توجه به کاربردهای ویژه و حساسی که دارند نیازمند تجهیزات ضروری مانند منبع تغذیه بدون وقفه و نسبتا دقیق بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمینان را تامین نماید.
دستگاه UPS از وسایل ضروری کامپیوترها محسوب می‌شود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچکترین اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپیوتر، با تولید یک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد (Restart) کامپیوتر می‌‌گردد. لذا با این عمل اطلاعاتی که در حافظه RAM سیستم وجود دارد، از بین رفته و زیان های جبران ناپذیری به کاربر وارد شده و حاصل کار کاربر در چند لحظه از بین می‌رود.
در مورد سایر سیستم‌های حساس نظیر دستگاه‌های مخابراتی و شبکه‌های اطلاعاتی نیز با قطع یا تغییر مشخصات منبع تغذیه، هماهنگی بخشهای مختلف دستگاه بهم خورده و بر اثر قطع و وصل‌های متوالی، علاوه بر صدماتی که به قطعات دستگاه وارد می شود، عملکرد کل سیستم با اختلال مواجه می‌گردد. با توجه به مطالب فوق، نیاز به وجود دستگاهی که بتواند جایگزین مناسبی برای برق شهر در مواقع اضطراری گردیده و با حذف اختلالات شبکه تغذیه مدارات حساس را بر عهده گیرد، نمایان می شود.
این دستگاه یوپی اس نام دارد و جهت استفاده کاربران، انرژی DC را به AC تبدیل می کند. لازم به ذکر است که در مواقع قطع برق میتوان از ژنراتوهای AC جهت تغذیه دستگاه‌ها استفاده نمود ولی این منابع با توجه به مشکلاتی نظیر شناور بودن ولتاژ و فرکانس، حجم بزرگ، الودگی صوتی، دودزا بودن، زمان طولانی وصل شدن بعداز قطع برق و لزوم سرویس و باز بینی دایمی عملا کاربردی در دستگاه‌های حساس ندارد. دستگاه‌های UPS با ابعاد کوچک و بدون نیاز به سرویس دایمی و بدون ایجاد آلودگی‌ها با تثبیت ولتاژ و فرکانس، وسایل بسیار مناسبی جهت حفاظت سیستم‌ها در مقابل اختلالات برق شبکه می‌باشد. به منظور افزايش مدت زمان برق ‌دهی در یو پی اس ها از كابينت باتری مجهز به باتری استفاده می‌باشد.

برخی از مشکلات موجود در برق شهر :

 Power failureقطع برق : عبارتست از قطع کامل جریان برق
 power surgeافزایش ولتاژ لحظه ای : عبارتست از افزایش دامنه ولتاژ برق شهر برای چند سیکل متوالی
 power sag افت ولتاژ لحظه ای :عبارتست از کم شدن دامنه ولتاژ برق شهر برای چند سیکل متوالی
 over voltage افزایش طولانی ولتاژ : افزایش دامنه ولتاژ برق شهر برای مدت طولانی
 under voltageکاهش دامنه ولتاژ : کاهش دامنه ولتاژ برق شهر برای مدت طولانی
 spik/transilent نوسانات شدید لحظه ای : نوسانات سریع و ناگهانی ولتاژ
نویز الکتریکی  : معمولاً توسط منابع تغذیه کامپیوترها و یا امواج رادیویی و مغناطیسی ایجاد می شود .
 frequency variniation تغییرات فرکانس : تغییرات در فرکانس برق شهر
 Harmonics هارمونیک : یک موج اضافی با دانه کوچک که فرکانس آن مضربی از فرکانس موج اصلی می باشد
یو پی اس ها چند دسته هستند ؟
دسته بندی یو پی اس ها غالباً در سه قسمت انجام می شود.
1-Off line
2-On line
3-Line interactive

 Off line : این دسته از یو پی اس ها هنگام قطع برق و به عنوان منابع جایگزین فعال می شوند .
 On line : در شرایط طبیعی ، تأمین خروجی در این نوع یو پی اس ها پس از تصحیح ورودی ( پاک سازی ورودی از نویز و احیاناً سطح ولتاژ ورودی ) انجام می پذیرد تنها در مواقعی چون بروز نقص فنی ، over load یا افزایش خارج از رنج دما ، یو پی اس به مد Bypass می رود .
 Line interactive : در شرایط عادی این یو پی اس ها ورودی از طریق Bypass به ترانسفورماتور منتقل می شود در این هنگام ترانسفورماتور به عنوان شارژر عمل می کند و در نهایت از همین طریق خروجی AC تأمین می گردد .

باتری های چند دسته اند ؟
1- باتری خشک
2- باتری ژله ای
3- باتری اسیدی

برای دستگاه یو پی اس بهترین نوع باتری خشک می باشد که مزایای آن عبارتست از : طول عمر بالا ، عدم نیاز به نگهداری و سرویس و عدم تولید بخار اسید.
زمان برق دهی دستگاه یو پی اس چقدر است ؟
زمان برق دهی یو پی اس به دو عامل بستگی دارد :
1- تعداد سیستم ها و میزان بار
2- ظرفیت باتری مورد استفاده

ازقسمتهای اصلی تشکیل دهنده یک دستگاه یوپی اس می توان به موارد زیر اشاره نمود :
واحد یکسوساز ، واحد اینورتر ، واحد شارژر و باتری
واحد یکسوساز عبارتست از مبدل جریان متناوب به جریان مستقیم
واحد اینورتر عبارتست از مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب
واحد شارژر وسیله ای است که برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم جهت شارژ نمودن باتری بکار می رود .
انواع تکنولوژی ساخت یوپی اس :
1- standby (off line ) & standby ferro
2- line interactive
3- double conversion
4- delta conversion
5- standby (off line )

تکنولوژی standby ferro

در این تکنولوژی ترانسفورمری با طراحی و عملکردی خاص بنام فرورزونانت بکاررفته که با به اشباع رفتن هسته ترانس ، ولتاژ تثبیت شده ای در خروجی فراهم میگردد، در شرایط عادی کارکرد، توان از منبع AC ورودی به سیم پیچ اولیه ترانسفورمر فرو منتقل شده و از ثانویه ترانسفورمر، توان خروجی با رگولاسیون مناسب به بار مصرفی انتقال می یابد. در زمان خرابی منبع ورودی ، اینورتر شروع به کار کرده و با استفاده از انرژی ذخیره شده باتری وترانسفورمر خروجی توان مورد نیاز تامین میگردد.ایزولاسیون بسیار خوبی که ترانس فرورزونانت جهت تامین خروجی فیلترشده ایجاد مینماید از بکار بردن هرگونه تجهیزات فیلترینگ دیگری مناسبتر است، از اینرو فیلتراسیون عالی برق شهر و قابلیت اطمینان بالا از نقاط قوت این تکنولوژی است .یوپی اس های فرورزونانت با بکار گرفتن بعضی ژنراتورها و بارهای کامپیوتری که ضریب توان ورودی شان اصلاح شده است ، دچار ناپایداری می شوند ، همچنین به دلیل اتلاف حرارتی بالا ، راندمان پایین و حجیم بودن این دستگاهها ، طی چند سال اخیر محبوبیت این طراحی کاهش یافته است.این تکنولوژی درتوانهای 3~15 KVA طراحی و تولید می شود.

line interactive

این تکنولوژی درسایتها ، شبکه وسرورها (تجهیزات IT ) بیشترین استفاده را دارد . در این طراحی اینورتر همواره روشن و به خروجی یوپی اس متصل است و در حالت عملکرد عادی وظیفه شارژ باتریها را عهده دار است و زمانیکه توان ورودی از بازه مجاز تعریف شده خارج گردد ، پیوستگی توان خروجی از اینورتر و انرژی ذخیره شده باتریها تامین میگردد.معمولا جهت فراهم شدن رگولاسیون ولتاژ مناسب در خروجی در این طراحی از ترانسفورمرهای tap changing نیز استفاده میشود.در مقایسه با توپولوژی standby تجهیزات فیلترینگ بیشتری تعبیه شده و ناپایداری خروجی و نویزهای سوییچینگ نیز کاهش یافته است .در مجموع راندمان بالا ، قیمت پایین ، ضریب اطمینان بالا و توانایی اصلاح ولتاژ نامناسب ورودی ، این طراحی را در توانهای 0.5~5  KVAبرتر و غالب می داند .

تکنولوژی double conversion

همان طور که در بلوک دیاگرام شکل4دیده میشود این طراحی از جهاتی مشابه سیستم standby است با این تفاوت که در شرایط عملکرد عادی نیز اینورتر توان خروجی را تامین مینماید . در این طراحی ابتدا توانAC ورودی توسط رکتیفایر به DC و سپس توسط اینورتر، DC به AC تبدیل می گردد و امکان عملکرد دو سویه وجود ندارد .به هنگام خرابی منبع ورودی ویا خارج شدن توان ورودی از رواداریهای مجاز، نیز اینورتر پیوستگی توان خروجی را با استفاده از انرژی ذخیره شده باتریها تامین مینماید، در این طراحی عملا transfer time نخواهیم داشت .این تکنولوژی مشخصه های کاری ایده آلی را در خروجی (مستقل از تغییرات ولتاژ و سرعت تغییرات فرکانس ورودی ) فراهم می سازد و در توانهای بالاتر از1kVA  طراحی و تولید می گردد ، اما به دلیل کارکرد مداوم اینورتر ، فرسایش قطعات و المانهای پاور ، ضریب اطمینان این سیستم کاهش می یابد ، بازده کم و تلفات انرژی و هزینه بالا نیز از دیگر معایب این تکنولوژی است .

تکنولوژی delta conversion

واژه دلتا که یک نماد یونانی است به معنای تفاضل یا اختلاف می با شد و نامگذاری تکنولوژی دلتا کانورژن نیز بر اساس بالانس توان خروجی با مقایسه شکل موج ورودی و خروجی در هر نقطه و جبران تفاضل موجود بوسیله کانورترهاست .این توپولوژی حدود 10 سال پیش جهت مرتفع ساختن معایب تکنولوژی دابل کانورژن طراحی وتولید شده است ،در شرایط عملکرد عادی توان خروجی با همکاری اینورتر اصلی و دلتا اینورتر تامین می گردد .
ودر شرایط خرابی منبع ورودی ، مشابه سیستم دابل کانورژن پیوستگی توان خروجی توسط اینورتر اصلی و با استفاده از انرژی ذخیره شده باتریها حاصل می شود .در این طراحی کانورترها به صورت دوسویه عمل می کنند یعنی دلتا کانورتر و کانورتر اصلی توانایی تبدیل AC به DC و DC به AC را بطور همزمان دارند.در طراحی دلتاکانورژن ، دلتاکانورتر یک کانورتر جریان است که دو وظیفه را به عهده دارد. وظیفه اول کنترل مشخصه های توان ورودی است که کشیده شدن جریان بصورت سینوسی و کاهش هارمونیکها و در نتیجه کاهش تلفات گرمایی و استهلاک کمتراز فواید آن می باشد .دومین وظیفه کنترل و تنظیم جریان ورودی جهت تامین جریان شارژ باتریهاست .اینورتر(کانورتر) اصلی نیز یک اینورتر ولتاژ با تکنولوژی PWM است که مهمترین وظیفه آن تنظیم و تثبیت ولتاژ در نقطه بالانس توان با تلرانس 1%± است .کیفیت خوب مشخصه هاي توان خروجی و راندمان بالا ، كاهش تلفات ، اصلاح ضريب توان ورودي ، كنترل ديناميكي و سازگاري با ژنراتور نيز از مزاياي قابل ملاحظه این تکنولوژی است.

باتري خشك

يكي ديگر از عوامل مهم انتخاب UPS در حال حاضر براي كاربران غير حرفه اي ونيمه حرفه اي وجود باتري خشك در UPS است . اين باتري به كاربر اين امكان را مي دهد تا بتواند در زمان قطع برق نيز از سيستم خود استفاده كند در اين زمينه ما به كار بران UPS مدل (KIN) شركت پرسو الكترونيك راتوصيعه مي كنيم زيرا هم از نظر توان، قدرت كافي را دارا مي باشد وهم داراي باتري خشك وسيستم LINE INTERACTIVE است
ضمناً براي كار بران حرفه ايUPS مدل(SFR) كه متلق به شركت فاراتل است توصيعه مي شود زيرا اين مدل داراي توان بالا وسيستم حفاظت از خط تلفن ومودم وهمچنين ايزولاسيون مي باشد البته جز مدل هاي مذكور انواع ديگر نيز د بازار يافت ميشود مثل UPS هاي پيشرانه ،ال جي ، آفتاب شرق ، فاران و... كه البته هر كدام معايب ومزيت هاي خاص خود را دارند والبته UPS سبا يكي ازنوع مرغوب مي باشد ولي به علت تازگي وارد بازار شده وقيمت بالا يي دارداستقبال زيادي نيافت يكي ديگر از انواع UPS كه البته چندان از استحكام بر خوردار نيست ولي به علت زيبايي فراوانش فروش بالايي دارد مدل TOP – POWER است برخي از قابليت هاي اين UPS عبارتست از: كنترل ميكروپروسسوري وتثبيت كننده برق شهر (AVR) دارا بودن باتري خشك داخلي وارتباط با كاربر با امكان Auto Shutdown وتوانايي راه اندازي بدون برق شهر قابل ذكر است كه UPS مذكور از لحاظ طراحي وساخت قطعات ، تايواني بوده والبته در ايران مونتاژ مي شود ودر عين حال داراي يك سال گارانتي مي باشد

 UPS  را به لحاظ نوع كاربرد به دو گروه تقسيم كرد:

۱- سيستم هاي با تبديل دو گانه (Double conversion on/line UPS)

در اين نوع UPS مبدل AC/DC اصلي دستگاه ( اينورتر) به صورت پيوسته تغذيه بار را با برق شهري AC/DC يا در زمان قطع برق از طريق باتري تآمين  مي نمايد. به عبارت ديگر در اين شرايط تغذيه مصرف كننده بطور دايم توسط اينورتر انجام مي گيرد و كاملآ از شبكه برق شهر ايزوله ميبشد به همين دليل تغييرات ولتاژ ، فركانس، و....... به مصرف كننده منتقل نمي گردد.

 2- سيستم هاي اضطراري Off-Line يا Stand by

در اين نوع U.P.S در حالت عادي ، برق شهر ازطريق كليد Bypass به مصرف كننده منتقل مي گردد. در اين حالت مبدل DC/AC اصلي دستگاه (اينورتور) خاموش است و يا در صورت روشن بودن در حالت باردهي به مصرف كننده نمي باشد و فقط در مواقع خاصي نظير اختلال در شبكه يا قطع برق شهر ، توان خروجي با استفاده از انرژي ذخيره شده در باتري تآمين مي گردد ، جايگزيني منبع تغذيه توسط كليد  (Bypass) ممكن است چند ميلي ثانيه يا در حد صفر ثانيه باشد.

کلاس ها

کلاس A: یک منبع برق کلاس A یک منبع برق اولیه است یعنی یک تغذیه برق پیوسته ضروری را تضمین می کند.

انواع برق اضطراری شامل کلاس های زیر می شود:

 کلاس B: یک نیروگاه برق آماده باش (standby) برای پوشش دادن به قطعی های بلند مدت برای چند روز.

 کلاس C: یک واحد شروع سریع 10 تا 60 ثانیه ای برای پوشش دادن به قطعی های کوتاه مدت برق برای حدود چند ساعت.

 کلاس D: یک واحد بی وقفه که از انرژی ذخیره شده برای فراهم آوردن برق پیوسته تحت ولتاژ و خطای مجاز فرکانس خاص

UPS ها به دو دسته كلي On Line و Off Linc تقسيم مي شوند. در نوع On line بارخروجي همواره از اينورتر و بارتي كه به وسيله شارژر متصل به شبكه در حالت شارژ دائم است تغذيه مي گردد . يعني اينورتر سيستم همواره فعال بوده و هر گونه اختلال و اغتشاشي در  برق ورودي به خروجي منتقل نمي گردد و خروجي مستقل از ورودي مي باشد. برعكس در نوع Off Line بار خروجي از طريق ولتاژ شبكه كه فيلتر شده است تغذيه مي شود و تنها در حالت قطع يا خطا در برق ورودي ، اينورتر فعال شده واز طريق باتري خروجي را تغذيه مي كند.در UPS هاي نوع On Line  شارژر و اينورتر هر دو هميشه فعال هستند و شارژر علاوه بر جريان باتري، جريان DC ورودي اينورتر را نيز تامين مي كند كه اين تبديل و انتقال توان از برق ورودي به شارژر و سپس اينورتر ، بيش از 30% تلفات دربرخواهد داشت كه حرارت توليد شده راندمان و طول عمر دستگاه را كاهش مي دهد . ولي در نوع Off line اينورتر تنها در حالت وجود خطا دربرق ورودي، فعال مي شود و شارژر نيز تنها جريان شارژ باتري ها را كه بسيار كمتر از جريان مصرفي اينورتر است تامين مي كند. بنابراين تلفات حرارتي در نوع Off Line بسيار كمتر است لذا اين نوع UPS ها از راندمان و طول عمر بيشتري برخوردارند. هر گاه يك UPS ميزان بيشتري از اختلالات برق ورودي را حذف يا اصلاح نمايد از كيفيت بهتري برخوردار است . يك UPS نوع On Line تقريبا تمامي اين اختلالات را اصلاح مي نمايد ولي يك UPS نوع Off Line بخشي از اختلالات را حذف مي كند ولي از آنجايي كه يك UPS نوع On Line بسيار گران تر و حجيم تر ازيك UPS نوع Off Line است با توجه به نياز مصرف كنندگان و به منظور تلفيق برخي مزاياي انواع On Line و Off Line بسياري از UPS هاي موجود مطابق تعريف كلاسيك به صورت مشخص On Line يا Off Line نيستند بلكه با ساختاري متفاوت ساخته مي شوند كه چند نمونه پركاربردتر به شرح زير معرفي مي شوند:

1-UPS هاي مدل Hybrid در اين ساختار در مسير اصلي برق ورودي يك يكسوساز قرار مي گيرد كه ورودي را يكسو نموده و بعد اينورتر ولتاژ يكسو شده را به ولتاژ AC در خروجي تبديل مي كند.در مسير جانشين پس از شارژر و باتري يك مبدل DC به DC اضافه شده كه هنگام وجود خطا در برق شبكه ولتاژ باتري را به ولتاژ DC برابر با مقدار يكسو شده شبكه تبديل نموده وبه ورودي اينورتر اعمال مي نمايد. در اين سيستم چون همواره اينورتر فعال است مشابه On Line عمل مي كند واز آنجايي كه مسير جانشين از باتري و مبدل DC به DC در هنگام وجود خطا  در شبكه فعال مي گردد مشابه UPS هاي Off Line مي باشد.

2- UPS هاي Ferroresonance

اين ساختار بر اساس خواص نوعي از ترانس با هسته فرورزنانس و داراي يك سيم پيچ كنترل اضافه عمل مي كند. ماده مخصوص فرورزنانس موجود در هسته با محدود كردن برخي نوسانات برق ورودي موجب رگولاسيون و تثبيت شكل موج خروجي در وضعيت وجود برق شبكه نيز مي شود همچنين ايزولاسيون بين خروجي و ورودي را هم ايجاد مي كند. اين ترانسفورمرها اگرچه به عنوان فيلتر جهت حذف نويزها وحالت هاي گذرا در شبكه عمل مي كنند ولي به علت اين كه براي رگولاسيون در منطقه اشباع كار مي كنند موجب ايجاد اعوجاج ولتاژي در خروجي مي شوند. اشباع بودن ترانسفورمر، فرورزنانس حرارت زيادي توليد مي كند لذا راندمان اين گونه سيستم ها را بسيار كاهش مي دهد در خروجي ترانسفورمر خازن هايي با ظرفيت نسبتا زياد قرار داده مي شود كه همراه با امپدانس ترانسفورمر ايجاد يك فيلتر LC با Q نسبتا بالا مي كنند كه به تضعيف حالت هاي گذرا و اختلالات شبكه كمك شاياني خواهند نمود.ترانسفورمر فرورزنانسي در هنگام بروز خطا در برق ورودي و انتقال به اينورتر انرژي ذخيره شده در هسته اشباع شده را به صورت رزنانس LC به خروجي منتقل مي كند  و زمان انتقال را گاه تا حد صفر ثانيه كاهش مي دهد از اين رو بعضا اين UPS ها را به عنوان On Line يا نيمه On Line معرفي مي كنند. در صورتي كه اينورتر اين UPS ها فقط در هنگام قطع برق ورودي فعال شده و در حقيقت از نوع On Line مي باشند.

3- UPS هاي مدل Line Interactive

يك مبدل AC به DC دو طرفه وجود دارد كه در صورت وجود شبكه به عنوان شارژر باتري و در هنگام وجود خطا در برق ورودي به صورت اينورتر عمل كرده و بار را از طريق باتري تغذيه مي كند. در اين طرح بخشي از ترانسفورمراينورتر هميشه به خروجي متصل بوده و به عنوان فيلتر برق شبكه عمل مي كند. اين UPS ها داراي راندمان و قابليت اطمينان بالا بوده و بسياري از اغتشاشات برق ورودي را حذف يااصلاح مي نمايند و زمان انتقال از برق ورودي به اينورتر نيز در اين نوع سيستم ها كمتر از سيستم هاي Off Line معمولي مي باشد.UPS دستگاهی  الکترونیکی است به منظور تامین پیوسته انرژی برای دستگاه‌های مصرف کننده که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دلیل ضرورت و حساسیت‌های فوق العاده زیاد جزو تجهیزات حیاتی مجموعه‌های کامپیوتری، مخابراتی، کنترل و ابزار دقیق، ازمایشگاهی و بیمارستانی می‌باشند. کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییر فرکانس، انواع اعوجاج لحظه ای یا دايم، نمونه‌هایی ازمشکلات ایجاد شده بر روی شبکه‌های برق شهری می‌باشند. دستگاه های الکترونیکی پیشرفته و حساس (نظیر سیستمهای کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی و پزشکی) با توجه به کاربردهای ویژه و حساسی که دارند نیازمند تجهیزات ضروری مانند منبع تغذیه بدون وقفه و نسبتا دقیق بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمینان را تامین نماید. در کشورهای پیشرفته علیرغم قطع برق شهر، دستگاه UPS از وسایل ضروری کامپیوترها محسوب می‌شود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچکترین اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپیوتر، با تولید یک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد (Restart) کامپیوتر می‌‌گردد. لذا با این عمل اطلاعاتی که در حافظه RAM سیستم وجود دارد، از بین رفته و زیان های جبران ناپذیری به کاربر وارد شده و حاصل کار کاربر در چند لحظه از بین می‌رود.
در مورد سایر سیستم‌های حساس نظیر دستگاه‌های مخابراتی و شبکه‌های اطلاعاتی نیز با قطع یا تغییر مشخصات منبع تغذیه، هماهنگی بخشهای مختلف دستگاه بهم خورده و بر اثر قطع و وصل‌های متوالی، علاوه بر صدماتی که به قطعات دستگاه وارد می شود، عملکرد کل سیستم با اختلال مواجه می‌گردد. با توجه به مطالب فوق، نیاز به وجود دستگاهی که بتواند جایگزین مناسبی برای برق شهر در مواقع اضطراری گردیده و با حذف اختلالات شبکه تغذیه مدارات حساس را بر عهده گیرد، نمایان می شود.
این دستگاه یوپی اس نام دارد و جهت استفاده کاربران، انرژی DC را به AC تبدیل می کند. لازم به ذکر است که در مواقع قطع برق میتوان از ژنراتورهای AC جهت تغذیه دستگاه‌ها استفاده نمود ولی این منابع با توجه به مشکلاتی نظیر شناور بودن ولتاژ و فرکانس، حجم بزرگ، الودگی صوتی، دودزا بودن، زمان طولانی وصل شدن بعداز قطع برق و لزوم سرویس و باز بینی دایمی عملا کاربردی در دستگاه‌های حساس ندارد. دستگاه‌های UPS با ابعاد کوچک و بدون نیاز به سرویس دایمی و بدون ایجاد آلودگی‌ها با تثبیت ولتاژ و فرکانس، وسایل بسیار مناسبی جهت حفاظت سیستم‌ها در مقابل اختلالات برق شبکه می‌باشد

برای درک اهمیت UPS ها، در این بخش به بررسی اختلالات رایج در برق شهر می‌پردازیم

  انواع اختلالات رايج در برق شهر

 قطعی برق : به قطع کامل برق برای مدتی طولانی تر از يک دقيقه اطلاق شده كه در هنگام وقوع آن، منبع برق كاملا از كار می‌افتد.

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين وضعيت ممكن است در اثر بروز اشكال در خطوط نيرو مانند قطع كليدها، فيوزها و يا حوادثی نظير طوفان همراه با رعد و برق و یا ساير شرايط ایجاد گردد. 
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
- خاموشی باعث از دست رفتن اطلاعات در حال انجام در RAM و یا Cache می‌شود
- توقف عمليات اجرايی و عدم امكان فعاليت
- ضرر ناشی از زمان از دست رفته برای تنظيم يا تعمیر سيستم آسيب ديده
- زيانهای تجاری در معاملات اينترنتی On-line
- بروز خطر جانی در تجهيزات درمانی (سيستمهای كنترل حفظ حيات

 افت لحظه ای ولتاژ: به كاهش كوتاه مدت ولتاژ برق اطلاق شده که تقريبا 85% از کل اختلالات موجود در برق شهر را شامل می‌شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين امر ناشی از سوئيچ‌كردن يك بار با توان بالا مانند دستگاه‌های تهويه هوا يا راه انداختن موتورهای الكتريكی ، تاسيسات حرارتی و برودتی و يا بروز اتصال كوتاه در مناطق اطراف می‌باشد. همچنين عدم دقت در انتخاب سايز مناسب كابل‌های برق استفاده شده در ساختمان و تغييرات شبكه در زمان اوج مصرف بخصوص در فصل گرما از ديگر عوامل ايجاد اين اختلال است.
 

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
در صورتيكه ولتاژ منبع اصلی آنقدر پايين بيايدكه منبع تغذيه كامپيوتر نتواند ولتاژی دريافت كند، افت ولتاژ باعث Restartشدن كامپيوتر می‌شود. هنگ کردن کامپیوتر، قفل کردن صفحه کلید، کم یا زیاد شدن نور لامپها و کوچک شدن صفحه تصویر مانیتور از دیگر تبعات این نوع اختلال می‌باشد. همچنین بدليل ثابت بودن توان الكتريكی دستگاه مصرف كننده، افت ولتاژ سبب افزايش کوتاه مدت جريان شده و به تبع آن باعث کم شدن راندمان و کوتاه شدن عمر دستگاه مصرفی می‌گردد.

 افزايش لحظه ای ولتاژ: عبارتست از افزايش لحظه ای دامنه ولتاژكه برای چند سيكل پیاپی ادامه و در حدود 1/120 ثانیه طول می‌کشد

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
این اختلال معمولا به دلیل سوئیچ نمودن بار در مراکز فرعی و یا به یکباره خاموش شدن دستگاه‌های توان بالا و یا پرمصرف بوجود می‌‌آید. همچنين اتصال كوتاه و عدم توجه به سايز مناسب كابل‌های برق نيز از عوامل ايجاد آن می‌باشند. 

 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
این اختلال باعث وارد آمدن فشار به دستگاه‌های حساس شده و در طول زمان سبب خرابی آنها می‌گردد. همچنین می‌تواند باعث بروز خطا در داده‌های ديجيتال و قفل شدن كامپيوتر شود.
كم و زياد شدن نور لامپها و تغييرات ناگهانی در عرض تصوير مانيتور نیز از اثرات محسوس افزايش لحظه ای ولتاژ می‌باشد.

 ولتاژ ضعيف : عبارتست از ضعيف شدن ولتاژ برای مدت زمان طولانی

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
 اين اختلال زمانی ايجاد می‌شود كه منبع اصلی توليد برق، قدرت تامین توان مورد نياز شبكه (بار مصرفی ) را ندارد، به همین دليل شركت برق، ولتاژ شبكه سراسری را كاهش می‌دهد. 
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
 در يك بار مصرفی با توان ثابت،كاهش ولتاژ شبكه سبب افزايش جريان بار خواهد شد كه اين افزايش جريان به نوبه خود می‌تواند سبب كاهش طول عمر قطعات بكار رفته در دستگاه مصرفی شود.
كاهش ولتاژ بيش از يك دقيقه می‌تواند موجب عملكرد نادرست تجهيزات گردد. مثلا در يك موتور القايی، اين كاهش می‌تواند منجر به بالا رفتن تلفات حرارتی و يا تغيير سرعت (دور موتور) شود

 ولتاژ قوی: عبارتست از قوی شدن يا بيشتر شدن دامنه ولتاژ برای مدت زمان طولانی که می تواند موجب بالا رفتن توان راكتيو در خروجی بانك‌های خازنی شود

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
صاعقه و رعدوبرق از مهمترین عوامل ایجادکننده این نوع اختلال می باشد. 
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
باعث سوختن دستگاه مصرفی و یا آتش سوزی می‌شود.

نوسانات فرکانسی:به تغيير فركانس شكل موج ورودی اطلاق می‌شود

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
این اختلال معمولا در جاهايی ديده می‌شود كه منبع توليد انرژی برای تغذيه دستگاه‌ها، ژنراتور (موتور برق) باشد. 
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
 نوسانات فرکانسی باعث برش ولتاژ وكاهش دقت دستگاه‌های حساس آزمايشگاهی، مخابراتی، تجهيزات پزشكی و. . . و به هم خوردن همزمانی(Synchronize)  در برخی دستگاه‌ها كه با عبور از صفر ولتاژ كار می‌كنند، می‌شود

 اعوجاج هارمونيکی: به اغتشاش‌های پريوديک و شبه سينوسی ولتاژ منبع و يا به جريانی كه بارهای غير خطی از منبع مي‌‌كشد گویند

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
 هارمونيك‌ها عموما توسط بارهای غيرخطی بوجود مي‌آيند كه از برق شهر جريان‌هايی بالا مي‌كشند. (كامپيوتر، دستگاه‌های فتوكپی، پرينترهای ليزری و موتورهای دوار با سرعت متغير، دستگاههای جوشكاری(
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
هارمونيك‌ها باعث افزايش نامناسب جريان می‌شوند و اين افزايش اثر خود را در دماهای بالا نشان داده و باعث خرابی اجزا تشكيل دهنده و افزايش حرارت دستگاه می‌شوند.
دمای توليد شده بوسيله هارمونيك‌ها مي‌تواند سيم‌های اصلی نول سايت را خراب كند مگر آنكه سيم‌ها به اندازه كافی ضخيم درنظر گرفته شوند

 حالت های گذرای سوئيچينگ: به تغييرات ناخواسته و لحظه ای فرکانس از يک مقدار تعيين شده گفته می‌شود

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
 پيدايش عناصر نيمه هادی (ترانزیستورها) و استفاده فراوان از آنها در شبكه‌های قدرت، عامل مهمی برای ايجاد هارمونيك در سيستم‌های قدرت مي‌باشد. اكثرPC ها توسط منابع تغذيه سوئيچينگ تغذيه مي‌شوند و اين باعث مي‌شود مشكلات مربوط به هارمونيك‌ها با افزايش تعداد كامپيوترها بصورت تصاعدی بالاتر رود و درجايی‌كه تعداد كامپيوترها در سايت زياد باشد، استفاده از يوپی‌اس دارای THD جريان ورودی كم (مثلا كمتر از 5%) ضروری است.

 نويز الکتريکی: نویز در واقع تغییرات نامنظم و کاملا اتفاقی ولتاژ است. تداخل الکترومغناطیس (EMI) و یا تداخل ناشی از فرکانس‌های رادیوئی (RFI) از انواع نویز هستند.

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
 نويز الکتريکی در اثر مشکلات كابل، کابل‌کشی و مجاورت با تجهيزات فركانس راديويي، القای امواج روی خطوط انتقال، كاركرد ترانسفورمرها، ژنراتورها و دستگاه‌های صنعتی بوجود مي‌آيد. 
 تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفی:
 نويزها باعث سوء كاركرد و بروز خطا در برنامه‌های اجرايی و فايلهای اطلاعاتی مي‌گردد. بطور كلی نويز الكتريكی مي‌تواند فقط باعث اشكالات نرم افزاری (مانند Hang نمودن كامپيوتر) و در نتيجه از دست رفتن اطلاعات شده ولی موجب آسيب‌های سخت افزاری نمیگردد

نویزها دو نوع اند:

Normal Mode Noise : این نویزها عموما بین خطوط فاز و نول شبکه دیده شده و باعث آسیب منابع تغذیه، بردها و اجزای تشکیل دهنده مدار می‌شوند

 :Common Mode Noiseبیشتر نویزها از این دسته اند و بین خطوط فاز و ارت یا نول و ارت وجود داشته و باعث از دست رفتن اطلاعات در کامپیوترها می‌شوند.

تاثير نويز در بیت‌های اطلاعاتی: طبق منطق موجود در تجهیزات و دستگاه‌های کامپیوتری، سطح ولتاژ 0 ولت، سطح منطقی صفر و سطح ولتاژ 5 ولت، سطح منطقی یک در نظر گرفته شده است.

نویزهای وارد شده به سیستم‌ها در سطوح منطقی مختلف، می‌توانند بر روی سیستم تأثیر گذاشته و سطح منطقی را تغییر دهند.

 اسپایک: (Spike) عبارتست از افزایش بسیار زیاد لحظه ای ولتاژ

 عوامل موثر در ايجاد اختلال:
 ضربات ناشی از رعد و برق و یا عواملی که باعث سقوط خطوط انتقال برق می‌شوند، باعث بروز این اختلال می‌گردند. مانند: طوفان، تصادفات و ... 
  ساختمان داخلي يك UPS

 1-   قسمت ورودي وخروجي برق ودر بعضي از UPS ها كه سيستم حفاظتاز خط تلفن ومودم را دارند ؛ به همراه ورودي وخروجي تلفن

 2-   يك ترانسفورماتور دو منظوره كه در مواقعي كه ولتاژ برق كاهش يا افزايش مي يابد آن رابه ولتاژ استاندارد يعني 220V مي رساند

3-   بخش استابلايزر آن است كه وظيفه اين قسمت گرفتن بارهاي خطي وغير خطي وتأئيد يك منبع يكنواخت برق بدون هيچگونه تغيير در آمپراژ و ولتاژ برق شهري است

 4-     باتري خشك داخلي كه در اكثر UPS ها است توانايي ذخيره مقداري برق را در خود دارد ودرحال حاضریک  UPSخوب در اين رابطه توانايي حدود 70 دقيقه ذخيره برق را براي ساعات قطع برق داردطرز كار اين قسمت طوري است كه در موقع رفتن برق UPS  به كمك يك سيستم هوشمند ، سريعاً باتري رااز حالت OFF به وضعيت ON تبديل ميكند

 پارامترهای اصلی جهت خرید یک دستگاه UPS

  THD (Total Harmonic Distortion)

وجود بارهایی که از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌کنند، به دلیل ایجاد هارمونیک در شبکه، باعث داغ شدن سیم‌های نول و به تبعه آن باعث بروز گرما در سیستم برق می‌شوند. بنابراین برای مکان‌هایی که تعداد دستگاه‌های کامپیوتری زیادی دارند، توصیه می‌شود از یوپی اس با THD جریان ورودی پایین مثلا 10% استفاده شود.

 Switch Time

عبارت است از فاصله زمانی بین سوئیچ از برق شهر به باتری و بالعکس. هر چه این زمان بیشتر باشد احتمال Restartشدن کامپیوتر در لحظه سوئیچ بیشتر خواهد بود.
دستگاه هایی که زمان سوئیچ آنها حدود صفر است به دستگاه های Online معروف هستند

Backup Time:

زمان موردنیاز برای وضعیتی است که برق شهر قطع شده و لازم است برای تغذیه بار مصرفی از انرژی ذخیره شده در باتری استفاده شود. این زمان بستگی به باتری دارد و با کم و زیادشدن باتری، کم و زیاد می‌شود. یو پی اس ممکن است دارای باتری داخلی و یا خارجی (کابینت باتری) باشد.

Noise Filtration

 فیلتراسیون نویز بسته به مکان استفاده تغییر می‌کند و زمانی که کنترل نویزهای Normal و Common ورودی به سیستم مهم است از آن استفاده می‌شود.

Audible Noise

 زمانی که دستگاه روشن است بر اساس صدای ناشی از فن یا ترانس دستگاه میزان نویز صوتی سیستم مشخص می‌شود

 Size & Weight

سایز و حجم دستگاه می‌تواند بر اساس مکان استفاده متفاوت و در بحث حمل و نقل و یا خدمات مهم باشد

  Interface and Ergonomy

شکل ظاهری و تناسب دستگاه با توجه به نوع دستگاه و مکان استفاده، نقش مهمی در انتخاب دستگاه دارد

  Robustness and Reliability

استحکام و قابلیت اطمینان زیاد در برابر شرایط سخت و بحرانی از مهمترین پارامترهای انتخاب یوپی‌اس مناسب می باشد

 Technology & Wave Shape

یکی از پارامترهای مهم در انتخاب یو پی‌اس مناسب، تکنولوژی ساخت آن می‌باشد که توضیحات آن‌ها در ادامه آمده است. چنانچه منابع تغذیه دستگاه‌های مورد استفاده بسیار حساس بوده و هیچگونه نویز یا اعوجاجی نباید به آن وارد شود و شکل موج خروجی به صورت سینوسی کامل و بدون قطعی و بدون وابستگی به ولتاژ ورودی لازم باشد، توصیه می‌شود از یو‌پی‌اس‌های Online استفاده شود و چنانچه ورود نویز یا تغییر شکل موج خروجی سیستم از درجه اهمیت کمتری برخوردار است، یو پی‌اس‌های Line-Interactive توصیه می‌شودیکی از پارامترهای مهم در انتخاب یو پی‌اس مناسب، تکنولوژی ساخت آن می‌باشد که توضیحات آن‌ها در ادامه آمده است. چنانچه منابع تغذیه دستگاه‌های مورد استفاده بسیار حساس بوده و هیچگونه نویز یا اعوجاجی نباید به آن وارد شود و شکل موج خروجی به صورت سینوسی کامل و بدون قطعی و بدون وابستگی به ولتاژ ورودی لازم باشد، توصیه می‌شود از یو‌پی‌اس‌های Online استفاده شود و چنانچه ورود نویز یا تغییر شکل موج خروجی سیستم از درجه اهمیت کمتری برخوردار است، یو پی‌اس‌های Line-Interactive توصیه می‌شود

 Rated VA

توان نامی دستگاه پارامتری است که از دو راه می‌توان مقدار آن را محاسبه و سپس دستگاه مناسب را خریداری نمود. 
 روش اول: مجموع مقادیر توان دستگاه‌های مصرفی بر حسب وات را محاسبه نموده و بر 0.6 تقسیم می‌نماییم. عدد به دست آمده، مقدار توان مصرفی می‌باشد. 
 روش دوم: مقدار کل جریان را به دست آورده و آن را در 220 ضرب نموده تا مقدار توان مصرفی به دست آید. عددبه دست آمده از روش 1 یا 2 را با توجه به رنج تولیدی یو‌پی‌اس‌هاچک کرده و یو‌پی‌اس موردنظر را بیابید. برای مثال من می‌خواهم برای کامپیوتر خود، یو‌پی‌اس‌ای را انتخاب نمایم. ابتدا از پشت Power کامپیوتر، مشخصات مانیتور و یا تجهیزات دیگر، وات‌های مربوطه را با هم جمع می‌کنم، که برای مثال عدد 250W به دست می‌آید. حال بر 0.6 تقسیم می‌کنیم تا عدد 416.6 به دست آید. بنابراین یو‌پی‌اس مورد انتخاب من می‌بایست 416.5VA خروجی داشته باشد تا در حالت Full Load کار کند. پیشنهاد می‌شود که مقدار بار متصل به یو‌پی‌اس نهایتا 70% از توان خروجی یو‌پی‌اس باشد، بنابراین از محصولات فاراتل دستگاه SM630 که دارای توان خروجی 630VA و یا دستگاه SM1250 که دارای توان خروجی 1250VA می‌باشد بسیار مناسب است

Input Voltage Range

 میزان تغییرات ولتاژ ورودی یو‌پی‌اس می‌باشد. مثلا دستگاه یوپی‌اس که بازه ولتاژ ورودی آن 148-270 VAC می‌باشد، بدان معناست که یوپی اس بین ولتاژ 148 تا 270 ولت برق شهر بدون استفاده از باتری و با در اختیار گرفتن فیلتراسیون داخلی به کار خود ادامه داده و ولتاژ خروجی مناسبی را ارائه می‌دهد

 Input Frequency Range

میزان تغییرات فرکانس ورودی یو‌پی‌اس می‌باشد. مثلا دستگاه یوپی‌اس که بازه فرکانس ورودی آن 50 Hz ± 5% می‌باشد، بدان معناست که یوپی اس در بازه فرکانسی 47.5 تا 52.5 هرتز بدون استفاده از باتری و با در اختیار گرفتن فیلتراسیون داخلی به کار خود ادامه داده و ولتاژ خروجی مناسبی را ارائه می‌دهد. یوپی‌اس در خارج از این بازه، ورودی یوپی‌اس را غیرنرمال تشخیص داده و به حالت Backup درآمده و ولتاژ خروجی را از باتری تأمین می‌نماید

 Output Voltage Range

 بازه ولتاز خروجی یوپی‌اس که مقدار آن با بازه ولتاژ ورودی دستگاه‌های مصرفی می‌بایست هماهنگ باشد

 Output Frequency Range

بازه فرکانس خروجی یوپی‌اس که مقدار آن با بازه فرکانس ورودی دستگاه‌های مصرفی می‌بایست هماهنگ باشد   

  Backup Regulation

 مقدار توان خروجی دستگاه یوپی‌اس با توجه به مقدار توان ورودی دستگاه تحت عنوان Efficiency مطرح بوده که این عدد معمولا 100% نیست، زیرا مقداری از توان ورودی توسط خود یوپی‌اس مصرف می شود.
میزان راندمان و کارایی دستگاه بنا به نوع تکنولوژی ساخت متفاوت و به خصوص در حالت باتری به علت تغذیه از باتری ها از اهمیت ویژه برخوردار است.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: