انواع یو پی اس ( UPS ) و کاربرد آن ها

انواع یو پی اس ( UPS ) و کاربرد آن ها

در زیر می توانید، نکات مهمی را که باید در هنگام خرید دستگاه یو پی اس مد نظر داشته باشید را ذکر می کنیم:

بازه ولتاژ و فرکانس ورودی: هرچقدر محدوده ورودی ولتاژ و فرکانس بیشتر باشد، نشان دهنده توانایی یو پی اس در رفع مشکلات عنوان شده برق شهر ورودی می باشد.

شکل موج خروجی: یوپی اس های موجود در بازار دارای سه نوع شکل موج می باشند:

1. شکل موج مربعی
2. شکل موج شبه سینوسی
3. شکل موج سینوسی

در مورد مصارف قدرت کم و متوسط و دستگاه های غیر حساس شکل موج های مربع یا شبه سینوسی تا اندازه ای قابل قبول است. برای مصارف قدرت زیاد و دستگاه های حساس شکل موج سینوسی و یا نویز کم لازم است.

فرکانس خروجی: هرچقدر فرکانس خروجی به ۵۰ هرتز(فرکانس نامی)نزدیکتر و دارای تلرانس کمتری باشد یوپی اس به ایده آل نزدیک تر خواهد شد.

رگولاسیون ولتاژ خروجی: رگولاسیون به معنای تثبیت ولتاژ خروجی است. به طور مثال رگولاسیون ۲۲۰V ± ۱۰% یعنی ولتاژ خروجی بین ۱۹۸V-242V می باشد.

Total Harmonic Distortion (THD): معیاری برای تشابه بین شکل موج سیگنال با شکل موج اصلی است. هرچه مقدار THD کمتر باشد کیفیت شکل موج خروجی یوپی اس بیشتر است. جهت بهبود کیفیت شکل موج خروجی یوپی اس می توان از فیلتر ها استفاده کرد و در واقع هارمونیک اصلی را از میان دیگر هارمونیک ها جدا نمود. وجود بارهایی که از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنند،به دلیل ایجاد هارمونیک در شبکه، باعث داغ شدن سیم های نول و به تبعه آن باعث بروز گرما در سیستم برق می شوند. بنابراین برای مکان هایی که تعداد دستگاه های کامپیوتری زیادی دارند، توصیه می شود از یوپی اس با THD جریان ورودی مثلا کمتر از ۱۰% استفاده کرد.

Efficiency: نسبت  توان خروجی به  توان ورودی دستگاه UPS است و در واقع ضریب بهره وری یو پی اس می باشد.

مدت پشتیبانی Backup Time: زمان مورد نیاز 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 کم و زیاد می شود. یوپی اس ممکن است دارای باتری داخلی و یا خارجی  با محفظه باتری باشد.

Crest Factor: نسبت به مقدار peak به مقدار RMS (مقدار موثر شکل موج ) یک کمیت متناوب است که آن را ضریب اوج گویند که در جریان با شکل موج مربعی برابر با یک و ضریب اوج یک موج سینوسی برابر با یک چهارم و در منابع تغذیه کامپیوتریهای معمولی ضریب اوج بین ۲ تا ۳ است به طور خلاصه نسبت مقدار پیک به مقدار موثر شکل موج را Crest Factor می گویند.                                                                                                                                                                                                        

باتوجه به نوع جریان کامپیوتر ، عموماً در این گونه از مدارات جریان متوسط بار کمتر از جریان نامی ترانزیستور بوده ولی جریان لحظه ای عموماً از جریان نامی بالاتر و محدود به جریان تکرار شونده می شود . حال در صورتیکه بتوان به نحوی پیک جریان بار را محدود و یا به عبارت دیگر هارمونیک های فرکانس بالای آن را حذف نمود می توان محدودیت فوق را کاهش داد. این فیلترها در یو پی اس ها Double Conversion عموماً وجود دارد ولی بطور خاص، ترانسفورماتور در یو پی اس های ترانس بیس Double Conversion که طراحی آنها بر اساس ترانس صورت گرفته می تواند بعنوان بهترین فیلتر عمل نموده و این هارمونیک را تا حدود زیادی کاهش دهد. اینکاردر عمل باعث بالا رفتن Crest Factor خروجی یو پی اس و نیز ایمنی بیشتر سوئیچ های قدرتمند اینورتر می شود.

سایز و وزن: سایز و حجم دستگاه می تواند، بر اساس مکان استفاده از آن در بحث حمل و نقل و خدمات مهم و متفاوت باشد.

زمان انتقال Transfer Time : مدت زمانی است که یو پی اس از برق شهر به اینورتر سوئیچ می نماید و هر چقدر به صفر نزدیکتر باشد ایده آل تر خواهد بود . این زمان برای یو پی اس های Double Conversion صفر می باشد.

شکل موج و تکنولوژی :یکی از پارامترهای مهم در انتخاب یو پی اس مناسب ، تکنولوژی ساخت آن می باشد که توضیحات آن در ادامه آمده است .                         

هر گاه منبع مصرف کننده بسیار حساس و تحمل هیچ گونه نویز و اعوجاجی  را نداشته باشد، وعلاوه بر این جهت عملکرد صحیح، نیازبه شکل موج خروجی به صورت سینوسی کامل ،بدون قطعی و بدون وابستگی به ولتاژ ورودی باشد،توصیه می شود از یو پی اس های آنلاین استفاده شود وچنانچه ورود نویز یا تغییر شکل موج خروجی سیستم از درجه اهمییت کمتری برخوردار است  یو پی اس های Line-Interactive توصیه می شود.

(Rated power (VA: توان نامی دستگاه پارامتری است که از دو راه می توان مقدار آن رامحاسبه و سپس دستگاه مناسب را خریداری نمود.

روش اول : مجموع مقادیر توان دستگاه های مصرفی بر حسب وات را محاسبه نموده و بر ۰٫۷ تقسیم می نماییم. عدد بدست آمده، مقدار توان مصرفی بر حسب ولت آمپر VA می باشد.

از جمله مشخصات یک یو پی اس مناسب:

1. سیستم حفاظتی:
   • حفاظت در مقابل رعد و برق و افزایش ناگهانی ولتاژ برق
   • حفاظت در مقابل برگشت ولتاژ روی دوشاخه ورودی در حالت استفاده از باتری
   • حفاظت در مقابل دو فاز شدن برق ورودی
   • حفاظت از دستگاه‌های مصرف کننده در مقابل تغییرات ولتاژ خروجی خارج از محدوده مجاز
   • حفاظت در مقابل تغییرات ولتاژ و فرکانس برق ورودی
   • حفاظت در مقابل افزایش بیش از حد مجاز دمای داخل دستگاه
   • حفاظت در مقابل نویز هایCommon Mode موجود در برق شهر
   • حفاظت در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه در خروجی
   • حفاظت در مقابل اتصال معکوس باتری
   • حفاظت در مقابل اتصال کوتاه شارژر
   • حفاظت در مقابل اتصال کوتاه باتری
   • حفاظت در مقابل تخلیه غیر مجاز باتری
   • حفاظت در مقابل ولتاژ بالاتر از حد مجاز شارژ باتری
   • حفاظت از خط تلفن/فکس/مودم/شبکه
2. سیستم هشدار دهنده نوری و صوتی:
   • تامین برق خروجی از باتری
   • تامین برق خروجی از برق شهر
   • نمایشگر ظرفیت باتری
   • اضافه بار و اتصال کوتاه
   • نمایشگر میزان توان مصرفی
   • تضعیف باتری
   • ولتاژ و یا فرکانس ورودی خارج از محدوده مجاز
   • ولتاژ بالاتر از حد مجاز شارژ باتری
   • خراب بودن باتری
   • حالت خطا
   • افزایش دمای داخلی دستگاه
   • برق ورودی نرمال
   • تامین برق خروجی از طریق سوئیچ Bypass
   • عدم اتصال به ارت مناسب
   • اتصال نادرست به فاز و نول برق شهر
   • زمانShutdown شدن و یا به خواب رفتن
   • تضعیف باتری
   • حالت خطا
   • افزایش ولتاژ باتری و یا شارژر آن از حد مجاز درحالت برق
   • اضافه بار
   • اتصال معکوس باتری
   • در حالShutdown شدن و یا به خواب رفتن
   • عملکرد تست
   • عدم اتصال مناسب با ارت
   • اتصال نادرست به فاز و نول برق شهر
   • افزایش دمای داخلی دستگاه
3. قابلیتهای ویژه:
   • توانایی کار با ژنراتور
   • مجهز به سیستم Watchdog
   • حذف نویزهای تداخلی الکترومغناطیسیEMI و رادیوئی RFI
   • اصلاح ضریب قدرت ورودی (PFC)
   • ماژولار بودن سیستم جهت تعمیرات آسان و صرفه‌جوئی در وقت
   • مجهز به ترمینال مخصوص جهت اتصال به کابینت باتری
   • دارای حجم و وزن پایین
   • مجهز به شارژر سوئیچینگ
   • مجهز به پورت ارتباطی هوشمندRS232
   • مجهز به نرم‌افزار قدرتمندUPSwing Pro جهت ذخیره نمودن، بستن فایل های باز و خروج از شبکه در شرایط بحرانی و امکان کنترل و مانیتورینگ یو پی‌ اس توسط آن
   • مجهز به باتری سیلد اسید داخلی (برخی مدل‌ها)
   • مجهز به دکمه‌ی تست جهت اطلاع از سلامت باتری
   • مجهز به کنترل هوشمند میکروپروسسوری
   • قابلیت راه اندازی یو پی‌ اس بدون وجود برق شهر
   • روشن شدن شارژر با اتصال یوپی‌اس به برق شهر بدون نیاز به روشن کردن یوپی‌اس
   • امکان اضافه نمودنUPS Device Manager ها مانند SNMP Card
   • امکان انجامBypass دستی جهت تعمیر و یا سرویس دستگاه بدون نیاز به خاموش نمودن بارها (برخی مدل‌ها)

درحال حاضر طبق استاندارد، یو پی اس ها دارای تکنولوژی های ساخت زیر می باشند:

• Passive Standby
• Line – Interactive
• Double Conversion

1. یو پی اس (UPS) با توپولوژی Passive Standby: شکل زیر نوع یو پی اس با تکنولوژی نامبرده را نشان می دهد. همانطور کهدیده می شود اینورتر بصورت سری وصل گردیده است و به سادگی برای پشتیبانی تغذیه اصلی کمک می کند.

وقتی ولتاژ تغذیه ورودی AC از محدوده های مشخص شده خارج شود یا قطع گردد.اینورتر یو پی اس با استفاده از باتری فعال می گرددو تداوم تغذیه بار را با زمان  سوییچینگ خیلی کوتاه (عموماً کمتر از ۱۰ میلی ثانیه) در حالت انرزی ذخیره شده تضمین می کند.بار مستقیماًبه اینورتر یا از طریق  سوییچ  یو پی‌ اس که می تواند الکترونیکی یا الکترومکانیکی باشد منتقل می شود.
یو پی اس برای مدت زمان پشتیبانی روی تغذیه باتری به کار ادامه می دهد،زمانی که ولتاژ تغذیه ورودی AC به محدوده های مشخص شده تبدیل یا وصل می گردد، یو پی اس به حالت عادی خود بر می گردد.
مزایای این نوع یو پی اس عبارتند از:

• قیمت پایین
• اندازه کوچک
• طراحی ساده

معایب آن عبارتند از :

• عدم ایزولاسیون واقعی بار از سیستم توزیع برق اصلی
• زمان سوییچسوئیچینگ زیاد
• عدم تنظیم ولتاژ و فرکانس خروجی
• عدم تنظیم فرکانس خروجی که به تغذیه اصلی ورودی AC بستگی دارد.

این نوع یو پی اس در بازار اغلب به یو پی اس نوع Off-Line معروف شده است.
بنابرین این نوع توپولوژی فقط برای نرخ های توان پایین (کمتر از ۶KVA)استفاده می گردد.برای تبدیل و تغییر فرکانس نمی تواند استفاده گردد.

1. یو پی اس با توپولوژی Line-interactive:شکل زیر یو پی اس با توپولوژی Line-interactive را نشان می دهد . در این توپولوژی اینورتر به صورت موازی وصل شده است وبا منبع تغذیه پشتیبان عمل می کند و نیز باتری را شارژمی کند .

استاندارد ها برای این نوع یو پی اس سه حالت عملکرد را تعریف می کند.

• حالت عادی:
  بار با تغذیه اصلی محدود شده و از طریق اتصال موازی اینورتر یو پی اس با تغذیه AC اصلی تغذیه می گردد. فرکانس خروجی به فرکانس ورودی اصلی AC وابسته است.
• حالت انرژی ذخیره:
  وقتی که ولتاژ تغذیه ورودی AC از محدوده های از قبل تنظیم شده یو پی‌ اس خارج شود یا قطع گردد،اینورترو باتری تداوم تغذیه بار را حفظ می کند.سوییچ(برای مثال یک سوییچ استاتیک ارتباط ورودی AC از اینورتر را برای پرهیز از تغذیه برگشتی قطع می کند. )دستگاه ups برای مدت زمان انرژی ذخیره شده در این حالت کار می کند تا زمانیکه تغذیه ورودی AC وصل یا به محدوده های طراحی UPS باز گردد که در این حالت UPS به حالت عادی عملکرد خود باز می گردد .
• حالت بای پس:
  ایننوع حالت UPS می تواند شامل یک مسیر بای پس نگهداری باشد.در هنگام بروز عیب داخلی در UPS بار میتواند مستقیماًاز طریق این مسیر بای پس به ورودی های بای پس وصل شود.

1. ups با توپولوژی Double Conversion: شکل زیر UPS یو پی اس با توپولوژی Double Conversion را نشان می دهد. اینورتر به صورت سری در بین ورودی AC و بار وصل شده است. تغذیه بار به صورت پیوسته از طریق اینورتر ادامه می یابد. استانداردها برای این نوع یو پی اس UPS نیز سه حالت عملکرد را تعریف می کنند.
   • حالت عادی:
     به طور پیوسته از طریق ترکیب عملکرد یکسوسازی/شارژر-اینورتر که تبدیل دوگانه AC-DC-AC را انجام می دهند. تغذیه می گردد که از اینجا دلیل نامگذاری آن نیز مشخص می گردد.
   • حالت انرژی ذخیره:
     وقتی که ولتاژ ورودی AC از محدوده های از قبل تنظیم شده یو پی‌ اس UPS خارج یا قطع گردد، اینورتر و باتری برای پشتیبانی تغذیه بار به کار ادامه می دهد. در این حالت یو پی اس UPS برای مدت زمان انرژی ذخیره شده به کار ادامه می دهد و یا تا زمانیکه تغذیه ورودی AC به محدوده های از قبل تنظیم شده یو پی اس UPS بازگردد که در این صورت به حالت عادی خود برمی گردد.
   • حالت بای پس:
     این نوع یو پی اس (UPS) عموماً به یک مسیر بای پس استاتیک (اغلب به نام یک سوئیچ استاتیک) تجهیز می شود. اگر این بای پس استاتیک در یو پی‌ اس وجود داشته باشد، از این طریق بار می تواند بدون قطعی تحت شرایطی به طریق زیر به بای پس AC منتقل شود:
     • عیب داخلی یو پی اس (UPS)
     • ناپایداری های جریان بار
     • اضافه بار ها
     • اتمام زمان پشتیبانی باتری

به هر حال وجود یک بای پس دلالت به این دارد که فرکانس های ورودی و خروجی بایستی معادل باشند و اینکه اگر ولتاژ های ورودی و خروجی یکسان نباشند، باید ترانسفورماتور در بای پس نصب شود.ورودی یو پی اس (UPS) ومنبع تغذیه AC بای پس برای تضمین انتقال بار بدون وقفه، به صورت همزمان از یک شبکه برق مشترک یا متفاوت تغذیه می شوند.لازم به ذکر است که مدار دیگری به نام بای پس نگهداری نیز معمولا  جهت انتقال دستی بار  به ورودی بای پس  در کنار بای پس اتوماتیک استفاده می شود.عملکرد آن توسط یک سوئیچ دستی انجام می گیرد.

1. مزایا:
   • حفاظت پیوسته بار از طریق اینورتر فراهم می شود، خواه تغذیه بار از ورودی AC یا از باتری نشات گرفته باشد.
   • ایزولاسیون بار از سیستم توزیع برق که نتیجه انتقال هرگونه نوسانات مانند جهش های جریان و ولتاژ اضافه به طرف بار را حذف می کنند.
   • محدوده های وسیع ولتاژ ورودی و تنظیم دقیق ولتاژ خروجی
   • تنظیم دقیق فرکانس ورودی و امکان عملکرد یو پی اس UPS به عنوان مبدل فرکانس (اگر برای این منظور پیکر بندی شود) با غیر فعال کردن سوئیچ استاتیک
   • سطوح کارایی خیلی عالی تحت شرایط حالت گذار و حالت دائم
   • انتقال آنی به حالت انرژی ذخیره شده در هنگام بروز خرابی در منبع تغذیه AC
   • انتقال بدون وقفه به حالت بای پس

عیب این نوع یو پی اس UPS ها قیمت بالای آن هاست که با وجود مزایای زیاد آن ها جبران می شود. کاملترین توپولوژی به منظور حفاظت بار ، امکانات تنظیم و سطوح کارایی بالا همین نوع توپولوژی Double Conversion می باشد که در بازار به تکنولوژی آنلاین معروف است. این نوع توپولوژی عملکرد بدون وقفه در طی انتقال های بار از حالت نرمال به حالت بای پس و به عکس را ممکن می سازد که این کار با استفاده از سوئیچ استاتیک انجام می شود. این نوع یو پی اس UPS همچنین، عدم وابستگی کامل ولتاژ و فرکانس خروجی را به ولتاژ و فرکانس ورودی تضمین می کنند. به واسطه مزایای زیاد اینگونه یو پی اس UPS ها، اغلب برای حفاظت بارهای بحرانی و کاربرد های حساس با نرخ های توانی مختلفی از ۱ کیلو ولت آمپر به بالااستفاده می شود.