سوالات متداول فنی

سوالات متداول فنی

یوپی‌اس Line-interactive چیست؟

این نوع یوپی‌اس شامل دستگاه‌هایی می‌شود که در آنها سعی شده با اضافه کردن سیستم تنظیم ولتاژ در مسیر Bypass عملکرد بهتری نسبت به سری Offline ارائه شود. دو نوع از متداول‌ترین سیستم‌های این رده، یوپی‌اس مجهز به ترانس Buck/Boost و ترانس ferroresonant می‌باشد. مشابه مدل‌های Offline یوپی‌اس مدل Line-interactive بار خود را از طریق مسیر Bypass تغذیه می‌کند و بر اثر هر حادثه‌ای که سبب قطع برق شهر شود آن را به اینورتر انتقال می‌دهد. در بخش‌های باتری، شارژر و مدار اینورتر نیز با سیستم Offline مشابه است اما به خاطر اضافه شدن مدار تنظیم ولتاژ در مسیر Bypass، بار کمتری به اینورتر انتقال می‌یابد. چنین سیستمی تأثیر بیشتری در کاهش هزینه‌ها داشته و عمر مفید باتری در مقایسه با سری Offline بیشتر می‌شود.

 

 


تفاوت یوپی‌اس‌های "online" و "offline" در چیست؟

یوپی‌اس‌های "Offline" که در استاندارد با علامت اختصاری (VFD) از آنها یاد می‌شود، یوپی‌اس‌هایی هستند که در شرایط نرمال و حضور برق شهر اینورترشان خاموش و یا به صورت روشن ولی بی‌بار و آماده خدمت است و تغذیه مصرف‌کننده متصل به دستگاه از طریق مسیر Bypass تأمین می‌شود. تنها وقتی برق شهر قطع شده و یا از محدوده مقادیر مجاز خارج شود اینورتر در مدار قرار می‌گیرد. کاهش قیمت مبدل، سبکی و افزایش راندمان دستگاه در زمان حضور برق شهر از اصلی‌ترین مزیت‌های سیستم آفلاین محسوب شده ولی انتقال مشکلات کیفی برق شهر از طریق Bypass به مصرف‌کننده و محدودیت حرارتی اینورتر این نوع سیستم‌ها در کار طولانی مدت و احتمال آسیب‌دیدگی دستگاه در زمان جابجایی بین برق شهر و اینورتر از نقاط ضعف این نوع سیستم‌هاست. به همین دلیل این سیستم‌ها عمدتاً برای توان‌های پائین (کمتر از 10 کیلو ولت آمپر) ساخته و ارائه می‌شوند. در محیط‌‌های صنعتی و در شبکه‌هایی که از کیفیت توان پائینی برخوردارند امکان استفاده از یوپی‌اس‌های آفلاین وجود ندارد.

یوپی‌اس‌های "Online" که در استاندارد با علامت اختصاری (VFI) از آنها یاد می‌شود. یوپی‌اس‌هایی هستند که حتی در شرایط نرمال و حضور برق شهر هم مصرف‌کننده آنها صرفاً از طریق اینورتر تأمین و تغذیه می‌شود و تنها در شرایط خرابی و خطا در هریک از مبدل‌های دستگاه، مسیر Bypass برای مدت محدودی (رفع عیب و برگشت دستگاه به سرویس) عهده دار تأمین تغذیه بار می‌شود. به علت تبدیل ولتاژ AC به DC و تبدیل مجدد آن از DC به AC از این دستگاه با عنوان مبدل دوبل "Double conversion" هم یاد می‌شود. در واقع با این نوع تبدیل عملاً امکان تغییر فرکانس خروجی نسبت به ورودی و همچنین ایجاد ولتاژی متفاوت با ورودی و مستقل از آن وجود دارد (VFI). این قابلیت می‌تواند برای تولید تغذیه با کیفیت بهتر و بالاتر از برق شهر را برای مصرف‌کننده فراهم سازد.


 

یوپی‌اس تک‌فاز یا یوپی‌اس سه‌فاز؟ ویژگی‌های هرکدام چیست؟

نکات بسیار زیادی در انتخاب نوع تک‌فاز و یا سه‌فاز یوپی‌اس اثرگذار است. برای مصرف‌کنندگان سه‌فاز چاره‌ای جز انتخاب دستگاهی با خروجی سه فاز نیست؛ ولی برای سایر مصرف‌کنندگان که جملگی بارهای تک‌فاز محسوب می‌شوند گزینه مطلوب کدام است؟

 

 در بازار یوپی‌اس برای توان‌های پائین (کمتر از 10 کیلو ولت آمپر) شما می‌توانید یوپی‌اس‌های تک‌فاز به تک‌فاز داشته باشید و در برخی موارد قیمت تمام شده آنها در مقایسه با یوپی‌اس‌های سه‌فاز به تک‌فاز و سه‌فاز به سه‌فاز هم مطلوب‌تر است و برای کاربران که شبکه برق آنها  تک‌فاز است گزینه اجباری محسوب می‌شود؛ ولی برای توان‌های بالاتر، یوپی‌اس به دو صورت سه‌فاز به تک‌فاز و سه‌فاز به سه‌فاز ساخته می‌شوند. مدل‌های سه‌فاز به تک‌فاز (که بعضاً تا توان‌های بیش از 100 کیلو ولت آمپر هم ساخته می‌شوند) تسهیلات خوبی را برای بعد از دستگاه فراهم می‌سازند و شبکه الکتریکی بعد از دستگاه آسان‌تر و ارزان‌تر خواهد شد. ولی وقتی دستگاه Bypass می‌شود، بار به صورت کامل تنها روی یکی از فازها تحمیل خواهد شد که برای شبکه نا‌مطلوب است؛ بدین منظور یوپی‌اس‌های سه‌فاز به سه‌فاز گزینه به مراتب عاقلانه‌تری است.


 شرایط محیطی محل نصب چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد؟

فضای موجود برای نصب دستگاه، باتری‌ها و محفظه باتری به اندازه کافی باشد؛ ابعاد مربوط به هرکدام در جدول مشخصات آنها درج شده ‌است.سطح زمین تراز بوده و از توان تحمل آن در مقابل وزن دستگاه و باتری‌ها اطمینان حاصل شود.شرایط محیط نصب از نظر دما و رطوبت مناسب باشد. (محدوده دمای ایده‌آل برای باتری 20 تا 25 درجه سانتیگراد؛ محدوده دمای مجاز برای کارکرد دستگاه در حالت عادی 0 تا 40 درجه سانتیگراد؛ محدوده رطوبت مجاز تا 90 درصد بدون شبنم)

فاصله کافی جهت خروج هوای سیستم خنک‌کننده دستگاه و انجام سرویس و نگهداری دوره‌ای دستگاه و باتری‌ها در نظر گرفته شود.


قبل از نصب یوپی‌اس چه نکاتی را باید مدنظر قرار دهم؟

حمل و جابه‌جایی دستگاه را با رعایت نکات توصیه شده در دفترچه راهنمای کاربر انجام دهید.شرایط محیطی محل نصب به لحاظ تراز بودن زمین، ظرفیت تحمل وزن مجموع باتری‌ها و دستگاه توسط کف، دما، رطوبت، رعایت فاصله جانبی یا فوقانی (بسته به مدل دستگاه) و... را در نظر داشته باشید.شرایط جوی نامناسب بر کارکرد صحیح دستگاه و باتری‌ها تأثیرگذار است؛ دستگاه را نزدیک پنجره‌هایی که امکان بازشدن دارند، قرار ندهید.دقت کنید که اتصال زمین مناسب در محل نصب موجود باشد.

دقت کنید که ولتاژ و فرکانس برق ورودی دستگاه با مشخصات مندرج در دفترچه راهنمای کاربر مطابقت داشته باشد.از جنس، نوع و سطح مقطع مناسب تمامی کابل‌های ورودی و خروجی و رابط باتری، اتصالات و فیوزهای حفاظتی اطمینان حاصل نمائید.در نظر داشته باشید که خروجی یک یوپی‌اس در هر یک از حالت‌های برق شهر یا باتری، می‌تواند دارای ولتاژ خطرناک باشد.باتری‌ها می‌توانند جهت افزایش زمان پشتیبانی به صورت موازی بسته شوند؛ استفاده نادرست از کابل‌ها، تعداد و جهت باتری‌ها در هر محفظه باتری، می‌تواند باعث بروز شوک الکتریکی و ایجاد جریان‌های زیاد اتصال کوتاه شود.

 

مصرف‌کننده‌ها (فاز و نول مصرف‌کننده‌ها) بایستی مستقیماً به یوپی‌اس و تابلوی مخصوص وصل شده و توزیع بار بین فازها در صورت سه‌فاز بودن رعایت شود.عملیات نصب و راه‌اندازی تماماً بایستی توسط تکنیسین آموزش‌دیده صورت پذیرد.


مشخصات برق ورودی دستگاه چگونه باید باشد؟

از فازهایی استفاده کنید که مصرف‌کننده‌های با جریان لحظه‌ای بالا بر روی آنها قرار نداشته باشد؛ ورود این نوع مصرف‌کننده‌ها باعث افت غیرمتعارف ولتاژ می‌شود.

فیوز جداگانه‌ای را برای ولتاژ ورودی یوپی‌اس بر روی تابلوی برق شهر در نظر بگیرید.فیوز ورودی یوپی‌اس را با توجه به بیشترین جریان ورودی با ضریب 2 انتخاب نمائید.ترتیب فازها (S، R و T) را در یوپی‌اس‌های سه‌فاز رعایت کنید.ولتاژ و فرکانس ورودی یوپی‌اس را با مشخصات مندرج در دفترچه راهنمای کاربر مطابقت دهید.


مشخصات خروجی یوپی‌اس چیست و چه مصرف‌کننده‌هایی را می‌توان به آن وصل نمود؟

 

مشخصات خروجی هر یوپی‌اس با توجه به جدول مشخصات فنی آن بوده و شامل موارد زیر است:

- توان: با توجه به مقدار مصرف‌کننده تعیین شده و بر حسب کیلو ولت آمپر (kVA) یا کیلو وات (kW) می‌باشد.

 

- ضریب توان: نسبت توان واقعی به توان ظاهری بوده و مقداری بین صفر و یک دارد.

- ولتاژ و فرکانس: محدوده ولتاژ و فرکانس خروجی (Tolerance) در مشخصات فنی درج می‌شود.

 


چگونه مدت زمان برق‌دهی (Backup time) را محاسبه کنم؟

مدت زمان برق‌دهی (Backup time) مدت زمانی است که باتری باید انرژی و توان موردنیاز بار مصرفی را تأمین نماید؛ در اصطلاح با آن Autonomy time نیز اطلاق می‌شود. باتری‌ها در انواع گوناگون و ظرفیت‌های مختلفی ارائه می‌شوند؛ بنابراین به منظور استفاده از باتری مناسب، بایستی محاسبات نسبتاً دقیقی صورت پذیرد.

در انتخاب باتری با ظرفیت مناسب کاربرد شما، حداقل دو نکته را باید در نظر داشته باشید:

1- بار (مصرف‌کننده) باتری

 

2- زمان برق‌دهی (Backup Time) موردنیاز

ابتدا جریان کشیده شده از باتری را محاسبه می‌کنیم. به عنوان مثال:

اگر بار متصل به یوپی‌اس 5kVA و ضریب توان آن 0.8 باشد بار یوپی‌اس 5kVA×0.8=4kW است. اگر راندمان اینورتر یوپی‌اس 90 درصد باشد تلفات اینورتر 0.36kW است. بنابراین بــرای تغذیه بار باتری باید به اندازه 4kW+0.36kW=4.36kW توان dc تولید کند.

حال اگر ولتاژ ثابت باتری، 192 ولت باشد و زمان برق‌دهی، 30 دقیقه باشد، جریان dc از تقسیم 4360W بر 192V بدست می‌آید که جریان 22.71 آمپر خواهد شد.

 

توجه: محاسبه فوق به شکل ساده در این جا آمده است زیرا ولتاژ واقعی باتری با دشارژ شدن آن افت می‌کند.سازندگان باتری همیشه جداول یا نمودارهایی را عرضه می‌کنند که با استفاده از اطلاعات آنها می‌توان ظرفیت سرویس‌دهی موردنیاز را تعیین کرد. این جداول برای هر باتری در صفحه محصولات سایت درج شده‌اند.در مورد مثال فوق با توجه به اطلاعات ارائه‌شده از سوی سازندگان باتری، 16 عدد باتری (192 ولت) با 24 آمپر ساعت ظرفیت سرویس‌دهی می‌تواند برای 30 دقیقه مصرف‌کننده را تغذیه کند.


 یوپی‌اس با ترانس ایزوله چه مزایایی دارد؟

ترانس ایزوله (=ترانسفورماتور ایزوله)، قطعه‌ای الکتریکی است که به واسطه یک میدان مغناطیسی، دو مدار الکتریکی را از هم ایزوله می‌نماید؛ بدین معنی که مابین دو مسیر انرژی، هیچ اتصال اهمی وجود ندارد و در نتیجه در خروجی ترانس، شرایط الکتریکی ورودی برقرار نمی‌باشد (ارتباط نول با زمین وجود ندارد). این عمل ترانس ایزوله موجب می‌شود که در خروجی دستگاه، ولتاژ مورد لزوم موجود باشد ولی به علت عدم اتصال زمین در مواقع اتصال، اختلاف پتانسیل بالا با زمین، صفر منظور شده و جریانی از اتصال عبور نمی‌کند.

از ترانس ایزوله به منظور جلوگیری از عبور جریان‌های DC در صورت بروز صاعقه یا جریان‌های زیاد در مدار مصرف‌کننده‌های حساس استفاده می‌شود.

 

ترانس ایزوله در مدار، نقش حفاظت‌ اشخاص در مقابل برق گرفتگی را ایفا می‌کند زیرا این ترانس‌ها، شبکه را از زمین ایزوله، جدا می‌کنند و در نتیجه تماس با سیم برق باعث برق‌گرفتگی نمی‌شود. در این نوع حفاظت از ترانس با دو سیم‌پیچ مجزای یک به یک و یا کاهنده استفاده می‌شود که ولتاژ خروجی آن بیش از 42 ولت است. در ترانسفورماتور یک به یک ولتاژ ثانویه برابر ولتاژ شبکه می‌باشد.

ترانسفورماتور، ولتاژ تغذیه مصرف‌کننده را از نظر الکتریکی از شبکه جدا می‌کند.جریانی که یوپی‌اس‌های دارای ترانس ایزوله (Transformer-base) در لحظه اول استارت مصرف‌کننده می‌توانند تحمل کنند بیشتر از یوپی‌اس‌های بدون ترانس (Transformer-less) است؛ طول عمر یوپی‌اس‌های دارای ترانس ایزوله بیشتر از یوپی‌اس‌های بدون ترانس است ولی تلفات گرمایی ترانس‌دارها بیشتر است. در کل انتخاب یوپی‌اس نسبت به نوع مصرف‌کننده بهترین حالت ممکن است که اکثر یوپی‌اس‌های ترانس‌دار برای مصارف بیمارستانی و تجهیزات موتوردار و هیتردار مناسب‌تر است و یوپی‌اس‌های بدون ترانس برای تجهیزات کامپیوتری و اداری مناسب‌تر می‌باشد.


تفاوت یوپی‌اس ماژولار (Modular) با متمرکز (Standalone) در چیست؟

 

افزایش توان کلی سیستم در یوپی‌اس ماژولار صرفاً با تهیه ماژول بیشتر و سهولت در نصب امکان‌پذیر بوده و منجر به اشغال کمترین فضای ممکن می‌شود؛ در صورتی که در یوپی‌اس Standalone از طریق پارالل نمودن یوپی‌اس‌های جداگانه همراه با اشغال فضای بیشتر همراه است.

سرویس و تعمیر یک یوپی‌اس ماژولار به آسانی و تنها با تعویض ماژول معیوب با ماژول سالم بدون نیاز به دانش فنی خاصی صورت می‌پذیرد؛ در صورتی که سرویس و تعمیر یک یوپی‌اس Standalone،  نیاز به متخصص و تکنیسین ماهر دارد.امکان انجام خدمات سرویس و نگهداری یوپی‌اس Modular بدون کوچکترین وقفه‌ای در عملکرد کلی سیستم وجود دارد؛ در صورتی که در یوپی‌اس Standalone ممکن است جهت انجام تعمیر و سرویس دستگاه خاموش گردیده و تغذیه مصرف‌کننده از طریق مسیر Bypass صورت پذیرد.

یوپی‌اس‌های ماژولار قطعات یدکی خاصی نداشته و تنها با داشتن یک ماژول اضافی، امکان جایگزینی با ماژول معیوب بدون وقفه وجود دارد؛ در صورتی که یوپی‌اس Standalone دارای قطعات یدکی مختلفی می‌باشد.هزینه تعمیر یک یوپی‌اس ماژولار به جهت استفاده از قطعات SMD گران‌تر بوده و در مواردی غیرقابل تعمیر می‌باشد در صورتی که در یوپی‌اس Standalone ممکن است با تعویض یک قطعه کوچک مشکل رفع شود.


بارهای خطی و غیرخطی چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

اگر سر و کارتان با یوپی‌اس، اینورتر یا منابع تغذیه متناوب باشد، حتماً یک بار با واژه‌ی بار خطی و یا بار غیرخطی برخورد کرده‌اید. استاندارد IEC62040 بطور کلی بارها را به دو گروه خطی (Linear) و غیرخطی (Non Linear) طبقه‌بندی کرده است. به همین دلیل در مشخصات فنی یو‌پی‌اس‌ها اغلب این کلمات را مشاهده می‌کنیم. به عنوان مثال اغلب THD ولتاژ خروجی را یک بار برای بارهای خطی و یک بار برای بارهای غیرخطی مشخص می‌کنند.

 

بارهای خطی:

اگر به باری ولتاژ سینوسی بدهیم و جریان بار نیز سینوسی باشد، به آن "بار خطی" می‌گوییم. این یک تعریف ساده شده از بارهای خطی بود. دقت نمایید که حرفی از وجود اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ در میان نیست. اغلب وقتی صحبت از بارهای خطی به میان می‌آید همه به بارهای مقاومتی اشاره می‌کنند و بارهای سلفی یا خازنی را جزء بارهای غیرخطی طبقه بندی می‌نمایند. در صورتی که چنین نیست!

 

بارهای خازنی و سلفی نیز خطی می‌باشند. زیرا اگر به آنها ولتاژ سینوسی متصل شود، جریانشان نیز سینوسی است و تنها با شکل موج ولتاژ اختلاف فاز دارد. به طور کلی هر ترکیبی از عناصر پسیو (متشکل از مقاومت، خازن و سلف) به عنوان یک بار خطی بشمار می‌رود. اگر خاصیت سلفی بار غالب باشد جریان آن پس‌فاز است. یعنی شکل موج جریان اندکی بعد از شکل موج ولتاژ می‌آید و در صورتی که بار خازنی باشد شکل موج جریان اندکی قبل از شکل موج ولتاژ می‌آید.

بارهای غیرخطی:

برخلاف بارهای خطی، اگر به این بارها ولتاژ سینوسی اعمال شود، جریانشان غیر سینوسی خواهد بود.

شاید جالب باشد بدانید برخلاف آنچه به نظر می‌رسد دنیای ما توسط بارهای غیرخطی احاطه شده است! به عنوان مثال تمام منابع تغذیه سوئیچینگ جزء بارهای غیرخطی به شمار می‌روند. این یعنی کامپیوتر، پرینتر، اسکنر، تلویزیون، رادیو، مایکروویو، LED و LCDها، شارژر موبایل، تمامی لامپ‌های کم مصرف، یوپی‌اس‌ها و یا تمامی کانورترها و مبدل‌هایی که مدارات تصحیح شکل موج جریان ورودی ندارند، رکتی‌فایرهای دیودی یا تریستوری و بسیاری دیگر از لوازم و ادوات اطراف ما، همگی جزء بارهای غیرخطی به حساب می‌آیند. وجه مشترک تمام این بارها، استفاده از ادوات اکتیو (نیمه هادی‌هایی مثل دیود، تریستور، IGBT یا ماسفت و...) به جای قطعات پسیو (مقاومت، سلف یا خازن) در ورودی‌شان است.

ماهیت غیرخطی جریان، لحظه‌ای بودن و در نتیجه ضربه‌ای بودن آن، پیک بالاتر آن نسبت به جریان مشابه سینوسی، بالاتر بودن Crest factor و بالا بودن قابل ملاحظه‌ی هارمونیک آن نسبت به یک جریان سینوسی، بارهای غیرخطی را برای هر منبع تغذیه‌ای نامناسب می‌نماید. به همین دلیل استاندارد IEC62040-3 توجه بسیاری به بارهای غیرخطی دارد و تست یوپی‌اس با بارهای غیرخطی را به یک الزام برای هر سازنده‌ای بدل نموده است. جالب است بدانید اکثر بارهایی که به یوپی‌اس متصل می‌شود غیرخطی هستند. فرضاً یک سایت کامپیوتر را در نظر بگیرید؛ سرور، پرینتر، اسکنر، پلاتر و کلیه کامپیوترهای موجود در سایت به دلیل استفاده از مدارات تغذیه سوئیچینگ تماماً غیرخطی به حساب می‌آیند.

شاید این سوال برایتان مطرح شود که با توجه به ماهیت نامناسب جریان بارهای غیرخطی، چگونه می‌توان تشخیص داد که یک یوپی‌اس می‌تواند تغذیه بارهای غیرخطی را به خوبی تأمین نماید؟ پاسخ این سؤال را می‌بایست در جدول مشخصات فنی یوپی‌اس جستجو نمایید. مطابق استاندارد، سازندگان مکلف به ارائه پارامتری به عنوان THD یا درصد اعوجاج ولتاژ خروجی یوپی‌اس به خریدار هستند. اگر بخواهیم تعریف ساده‌ای از این پارامتر داشته باشیم به این معنی است که با اعمال بار کامل خطی یا غیرخطی، چه مقدار کیفیت شکل موج ولتاژ خروجی یوپی‌اس کاهش می‌یاید. هر چه عدد THD ولتاژ کمتر باشد نشان‌گر کیفیت بهتر یوپی‌اس است. طبق استاندارد، بهتر است این عدد کمتر از 8 باشد.

همانطور که انتظار داشتیم ماهیت ضربه‌ای بارهای غیر خطی باعث می‌شود که کیفیت ولتاژ خروجی یوپی‌اس در بارهای غیرخطی نسبت به بارهای خطی کاهش یابد، یا به عبارتی THD ولتاژ آن در بارهای غیرخطی بالاتر باشد.


کلاس حفاظتی یا IP در یوپی‌اس نشان‌دهنده چیست؟

در اینجا توضیحات کامل در خصوص درجه حفاظت داده شده است.


انواع یوپی‌اس چیست و مزایا و معایب هریک کدامند؟ 

اختلاف نظرهای بسیاری در بازار UPS درباره انواع مختلف و مشخصات (مزایا و معایب) هر یک از آنها وجود دارد. تنوع یوپی‌اس در بازار و مشخصات خاص هر یک از آنها یک سر درگمی را برای کاربران این نوع تجهیزات در تصمیم‌گیری درست به دنبال داشته است. بخش زیادی از این سردرگمی به خاطر مشخص نبودن نقطه تمایز این تجهیزات برای کاربران عام است. برای مثال این یک باور تقریباً همگانی است که تنها دو نوع یوپی‌اس با عناوین Standby UPS و on-line UPS وجود دارد. ولی واقعیت این است که این دو عنوان معروف نمی‌توانند بازگوکننده مشخصات تمامی انواع UPSهای موجود در بازار باشند.

این سوءتفاهمات و برداشت‌های ناصحیح وقتی می‌تواند برطرف شود که تکنولوژی‌های ساخت یوپی‌اس به نحو درستی معرفی شده و باهم مقایسه شود. توپولوژی UPS در واقع ماهیت و ساختار طراحی آن را روشن می‌کند. تأمین‌کنندگان مختلف به طور معمول مدلهای با ساختار یکسان و مشابه تولید می‌کنند ولی مشخصات عملکردی آنها با هم بسیار متفاوت است.

در این نوشتار سعی بر آنست تا هریک از این ساختارها تعریف شده‌ و بصورت بلوک دیاگرام هم نمایش داده شود. کاربردهای عملی آنها تشریح شده، مزایا و معایبشان هم لیست شود. ساختارهای مرسوم بین سازندگان مطرح جهانی در اینجا مرور شده‌اند، همچنین تلاش شده تا توضیحات مختصری در مورد نحوه عملکرد هر یک از توپولوژی‌ها ارائه شود. ما مدعی نیستیم که همه جزئیات را ارائه کرده‌ایم ولی امیدواریم این نوشتار به شما در شناسایی درست یوپی‌اس‌ها و مقایسه دقیق ساختارهای آنها کمک کند.

انواع UPS

 

روش‌های مختلفی در پیاده‌سازی آرایش‌های متنوع یوپی‌اس استفاده می‌شود هر کدام هم دارای یک یا چند ویژگی‌های عملکردی ممتاز است به نحوی که ادامه ساخت و استفاده از آن ساختار را توجیه و منطقی می‌سازد این کاربر است که باید متناسب با نیاز خود و شناخت دقیق این سیستم‌ها بهترین گزینه را برای کاربرد مورد نظرش برگزیند. متداول‌ترین آرایش‌های یوپی‌اس در ادامه تشریح شده‌اند:

1)    ساختار آماده به کار 

2)    ساختار درتعامل با خط

3)    ساختار آماده به کار از نوع فررو  

4)    ساختار بر خط با تبدیل دوگانه

5)    ساختار دلتا

 

ساختار آماده به کار (Standby UPS)

یوپی‌اس‌های با ساختار آماده به کار رایج‌ترین نوع UPS مورد استفاده برای رایانه‌های شخصی و مصارف توان پایین در محیط‌های غیرصنعتی محسوب می‌شوند. در بلوک دیاگرام نشان داده شده در شکل 1، سوئیچ انتقال طوری برنامه‌ریزی شده است که همواره ورودی AC (که معمولاً فیلترشده هم است) را به عنوان منبع تغذیه اصلی برای مصرف‌کننده انتخاب می‌کند (خط توپر نشان داه شده در شکل1)، این سوئیچ مسیر باتری / اینورتر به سمت مصرف‌کننده را (به عنوان منبع پشتیبان برای مدت زمانی که وقفه‌ای در مسیر تغذیه اصلی رخ دهد) جایگزین مسیر تغذیه اصلی بار خواهد کرد (مسیر خط چین). اینورتر فقط وقتی که برق قطع شود روشن خواهد شد، از این رو است که به این ساختار عنوان "آماده به کار" اطلاق می‌شود.

راندمان بالا، اندازه کوچک و قیمت و حجم و وزن کم از مزایای اصلی این ساختار می‌باشد. با فیلتر مناسب و تقویت مدارات الکتریکی، این سیستم قادر خواهد بود تا عملکرد مطلوبی را در حذف نویز و حفاظت از اضافه ولتاژهای گذرای لحظه‌ای داشته باشد.

محدودیت توان خروجی دستگاه؛ انتقال مشکلات کیفیت توان شبکه از طریق مسیر Bypass به بار؛ وقفه کوتاه مدت تغذیه در زمان از دست رفتن برق اصلی؛ بار لحظه‌ای 100% بر روی اینورتر در زمان قطع برق شهر؛ محدودیت بخش قدرت مبدل برای کار طولانی مدت اینورتر (محدودیت زمان پشتیبانی بار) از جمله معایب این ساختار محسوب می‌شود.

 

یوپی‌اس‌های در تعامل با خط (Online UPS)

UPSهای با ساختار در تعامل با خط که در شکل 2 نشان داده شده است، شایع‌ترین طرح مورد استفاده برای کسب و کار کوچک، کاربران وب و سرورهای محدود است. در این طراحی، مبدل برق باتری به AC (اینورتر) همیشه به خروجی AC دستگاه متصل است ولی اینورتر در زمانهایی که تغذیه AC ورودی شرایط مطلوبی دارد به صورت معکوس عمل کرده و شارژ باتری را انجام می‌دهد.

 

هنگامی که تغذیه ورودی قطع می‌شود، سوئیچ تغذیه ورودی باز شده و تغذیه از طریق انرژی ذخیره شده در باتری و مسیر اینورتر UPS ادامه می‌یابد. با اینورتر همیشه روشن و متصل به خروجی، این ساختار تغذیه فیلتر شده و بهتری با زمان جابجایی کمتر در مقایسه با ساختار "آماده به کار" خواهد داشت.علاوه بر این، ساختارهای در تعامل با خط معمولاً مجهز به یک ترانسفورماتور با سَرهای ولتاژی مختلف است. این قابلیت امکان تنظیم ولتاژ خروجی دستگاه را با تغییر تپ ترانسفورماتور به رغم تغییر ولتاژ ورودی را برای UPS فراهم می‌سازد. تنظیم ولتاژ برای شرایطی که ولتاژ ورودی کم و زیاد می‌شود یک ویژگی مهم و ارزشمند است، در غیراینصورت تغذیه خروجی یوپی‌اس به باتری منتقل شده و در نتیجه زمان پشتیبانی مصرف‌کننده برای زمانی که تغذیه به طور کامل قطع شود کاهش خواهد یافت همچنین این نوع استفاده مکرر از باتری می‌تواند باعث از کار افتادگی سریع باتری شود. با این حال، این امکان هم وجود که در این ساختار اینورتر طوری طراحی شود که حتی در صورت خرابی آن ادامه تغذیه از طریق ورودی AC و مسیر بایپاس ادامه یابد، به نحوی که احتمال وقفه تغذیه خروجی به خاطر تک مسیر بودن منبع تغذیه منتفی شود و دو مسیر تأمین تغذیه تقریباً مستقل از هم و کارآمد برای مصرف‌کننده فراهم گردد.

راندمان بالا، اندازه کوچک، قیمت کم و قابلیت اطمینان بالا همراه با قابلیت اصلاح افزایش و کاهش ولتاژ ورودی این نوع UPS را در محدوده قدرت 0.5 تا 5 کیلوولت آمپر به گزینه جذابی تبدیل کرده است.

 

هرچند با برخی تمهیدات در مسیر Bypass، مشکلات کیفیت توان شبکه در خروجی دستگاه کمتر از ساختار آماده به کار است ولی سایر معایب ساختار مذکور را دارد.

 

ساختار آماده به کار- فررو

 

UPS آماده به کار از نوع فررو در گذشته یکی از جذابترین مدل‌های UPS برای محدوده قدرت 3 تا 15 کیلوولت آمپر بود. این ساختار متکی بر ترانسفورماتور اشباع‌شونده ویژه‌ای بود که دارای سه‌ سیم‌پیچ قدرت بود. مسیر تأمین تغذیه اصلی و از پیش تعیین شده در این ساختار عبارت است از ورودی AC که پس گذر از یک سوئیچ انتقال و ترانسفورماتور به خروجی می‌رسد. در صورت قطع برق ورودی، سوئیچ انتقال باز شده، و اینورتر تأمین تغذیه بار خروجی را بر عهده می‌گیرد.

در مدل آماده به کار از نوع فررو، اینورتر در حالت آماده به کار بوده و هنگامی که تغذیه ورودی قطع شود، سوئیچ انتقال باز و اینورتر روشن می‌شود. ترانسفورماتور که دارای یک قابلیت ویژه بنام "فرو رزونانس" است، یک حد محدودی از تنظیم ولتاژ و تصحیح شکل موج خروجی را برعهده دارد. ایزولاسیون از شبکه قدرت AC ورودی که توسط ترانسفورماتور فرو رزونانس فراهم می‌شود به خوبی یا بهتر از هر نوع فیلتر در دسترس عمل می‌کند. اما خود ترانسفورماتور فررو، اعوجاج شدید ولتاژ خروجی و حالت گذرا را به دنبال دارد، که می‌تواند به مراتب بدتر از اتصال بار به یک شبکه AC با کیفیت توان پائین باشد.

هرچند این نوع یوپی‌اس هم در دسته بندی‌ها جزء ساختار آماده به کارها قرار می‌گیرد ولی این ساختار، تولید مقدار زیادی گرما به دلیل استفاده از یک ترانسفورماتور فرو رزونانس با راندمان ذاتی پایین را به دنبال دارد. این ترانسفورماتورها همچنین بزرگ و حجیم و سنگین هستند به همین خاطر UPSهای آماده به کار از نوع فررو به طور کلی بسیار بزرگ و سنگین می‌شوند. یوپی‌اس‌های آماده به کار از نوع فررو رزونانس توسط برخی از سازندگان به عنوان یوپی‌اس‌های Online معرفی می‌شوند. ولی واقعیت این است که هر چند آنها مجهز به یک سوئیچ انتقال هستند، ولی اینورتر آنها در حالت آماده به کار بوده و فقط با قطع برق AC وارد مدار شده و مشخصات لحظات جابجایی -وقفه کوتاه مدت- در آنها دیده می‌شود (دقیقاً مشابه مدل‌های آماده به کار). شکل 3 توپولوژی UPSهای آماده به کار از نوع فررو رزنانس را نشان می‌دهد.

قابلیت اطمینان نسبتاً بالا و فیلتر Passive بسیار عالی از نقاط قوت این طرح است. با این حال، این طرح به علت راندمان بسیار پایین و ناپایداری دستگاه در کار با ژنراتور و یا شبکه‌های با امپدانس داخلی بالا و تأمین تغذیه برای کامپیوترهایی که تغذیه آنها مجهز به سیستم اصلاح ضریب توان هستند محبوبیت خود را به نحو قابل توجهی از دست داده است. دلیل اصلی اینکه یوپی‌اس‌های آماده به کار از نوع فررو از دور خارج شده و دیگر استفاده نمی‌شوند این است که آنها هنگام تأمین تغذیه برای کامپیوتر مدرن دچار ناپایداری می‌شوند. تمام سرورهای بزرگ و تجهیزات دوار از منابع تغذیه مجهز به "تصحیح کننده ضریب قدرت" استفاده می‌کنند تا جریانی که از شبکه می‌کشند مانند یک لامپ رشته‌ای کاملاً سینوسی بوده و توان راکتیو مصرف نکنند.

این جریان صاف در خازن‌هایی ذخیره شده و برای تغذیه دستگاه‌ها که به صورت 'پیش فاز' نسبت به ولتاژ عمل می‌کنند استفاده می‌شود در حالی که یوپی‌اس فرو رزونانس از یک ترانسفورماتور با هسته آهنی نسبتاً سنگین استفاده می‌کند که دارای خاصیت سلفی بوده و عملاً جریانی "پس فاز " نسبت ولتاژ دارند. ترکیب این دو مدار می‌تواند یک مدار رزونانسی (تشدید) ایجاد کند. وقتی شرایط تشدید رزونانسی به وجود آید مدار به صورت یک حلقه اتصال کوتاه عمل کرده و جریان‌کشی شدیدی را در ورودی ایجاد می‌کند که می‌تواند منجر به قطع تغذیه و خسارت برای مصرف‌کننده شود.

ساختار بر خط با تبدیل دوگانه (Online Double Conversion)

این متداول‌ترین نوع یوپی‌اس‌ها برای توان‌های بالاتر از 10kVA است. بلوک دیاگرام یک UPS با ساختار بر خط با تبدیل دوگانه، در شکل4 نشان داده شده است که از نظر ساختار و اجزا مشابه مدل‌های آماده به کار است، با این تفاوت شاخص که مسیر اصلی رسیدن تغذیه به مصرف‌کننده یکسوساز و اینورتر است نه مسیر Bypass آن.

در یوپی‌اس‌های بر خط با تبدیل دوگانه، قطع تغذیه AC ورودی منجر به عملکرد سوئیچ انتقال نمی‌شود، چرا که ورودی AC در این نوع UPSها حتی در شرایط نرمال هم از طریق رکتی‌فایر برای شارژ بانک باتری پشتیبان و تأمین تغذیه DC ورودی اینورتر استفاده می‌شود و با قطع آن باتری همان وظیفه را برعهده می‌گیرد اینورتر همچنان تغذیه بار را ادامه می‌دهد به همین خاطر در مدت قطع برق AC ورودی، هیچ جابجایی توسط سوئیچ انتقال صورت نمی‌‎گیرد.

در این ساختار هم رکتی‌فایر و هم اینورتر در مسیر جریان مصرف‌کننده هستند و باید قادر باشند این جریان را بصورت مستمر و بی‌وقفه تحمل کنند. حتی رکتی‌فایر معمولاً توانی بیشتر از توان مصرف‌کننده (برای شارژ همزمان باتری و تأمین تغذیه DC  ورودی اینورتر) دارد. این خاصیت باعث کاهش راندمان کلی دستگاه و افزایش تلفات آن و میزان گرمای تولیدی توسط دستگاه می‌شود.

می‌توان گفت این نوع یوپی‌اس‌ها از منظر مصرف‌کننده عملکردی نزدیک به ایده‌آل دارند. اما فرسایش مستمر و بی‌وقفه المان‌های قدرت،‌ قابلیت اطمینان این تجهیزات را در بلند مدت در مقایسه با مدل‌های آماده به کار خدشه‌دار می‌سازد و انرژی مصرف‌شده به علت راندمان نسبتاً کمتر آنها در بلند مدت هزینه‌های دوره بهره‌برداری این یوپی‌اس‌ها را افزایش می‌دهد. همچنین، توان ورودی کشیده شده توسط رکتی‌فایر توان بالای این نوع UPS اغلب غیرخطی بوده و می‌تواند منجر به اشغال ظرفیت و ایجاد تداخل الکترومغناطیسی در سیم‌‌کشی برق تأسیسات شده و مشکلاتی را در زمان استفاده از دیزل‌ژنراتور برق اضطراری به دنبال داشته باشد.

در سالهای اخیر در تجهیزات جدید این دو مشکل UPS‌های با ساختار بر خط با تبدیل دوگانه را با تمهیداتی مرتفع ساخته‌اند. اکثر سازندگان تجهیزاتشان را به نحوی طراحی می‌کنند که بتوانند هم به صورت بر خط با تبدیل دوگانه و هم بصورت آماده به کار در تعامل با خط قابل استفاده باشند و این نوع عملکرد را به عنوان ECO Mode معرفی کرده‌اند در واقع UPS با بازبینی مستمر ورودی و در صورت ثبات مشخصات و برخورداری از کیفیت توان مطلوب بصورت آماده به کار عمل کرده و در غیراینصورت بصورت بر خط با تبدیل دوگانه عمل خواهد کرد. برای رفع مشکل دوم هم اکثر سازندگان، یوپی‌اس‌های خود را مجهز به ادوات تصحیح ضریب توان و فیلترهای اکتیو می‌سازند به نحوی که ضریب توان در مدلهای جدید در حد 1 و اعوجاج جریان ورودی دستگاه کمتر از 6 درصد و در برخی از مدلها کمتر از 3درصد باشد.

UPSهای با ساختار دلتا

این نوع یوپی‌اس، که در شکل 5 نشان داده شده است، یک فناوری نسبتاً جدید با قدمت حدود 10ساله است که برای جبران برخی از محدودیت‌های ساختار بر خط با تبدیل دوگانه در توان‌های از 5KVA تا  1.6MW معرفی شده است.مشابه ساختار بر خط با تبدیل دوگانه، UPS دلتا دارای اینورتری است که قادر به تأمین 100 درصدی توان بار است. با این حال، یک مبدل دلتا اضافی در تأمین تغذیه خروجی مشارکت می‌کند. در شرایط قطع تغذیه AC ورودی یا تغییراتی بیش از مقادیر از پیش تعیین شده، این طراحی رفتاری مشابه ساختار بر خط با تبدیل دوگانه را خواهد داشت.

دلیل صرفه‌جویی انرژی در UPSهای با فناوری دلتا این است که در زمان حضور برق شهر در این روش تنها اختلاف سطح ولتاژ بین ورودی و خروجی جبران می‌شود و مانند ساختار بر خط با تبدیل دوگانه نیاز به تبدیل کامل ولتاژ از حالت AC به DC و تبدیل مجدد آن از DC به AC با صد در صد توان نیست.

عملکرد UPSهای دلتا، در قسمت خروجی تا حد زیادی شبیه یوپی‌اس‌های بر خط با تبدیل دوگانه مجهز با استابیلایزر و با عملکرد ECO Mode است. ولی غالباً از منظر مشخصات ورودی دستگاه متفاوتند. در واقع آنها مجهز به استابیلایزر اینورتری در مسیر Bypass هستند که تصحیح ضریب توان، کاهش اعوجاج هارمونیکی و تثبیت دامنه ولتاژ خروجی را بدون استفاده از فیلترهای بزرگ و راه‌حل‌های سنتی امکان‌پذیر می‌سازند.

کنترل ضریب توان ورودی همچنین باعث می‌شود تا این نوع UPS توانایی کار با دیزل‌ژنراتور را داشته و نیاز به در نظر گرفتن ظرفیت اضافه برای سیم‌کشی شبکه تغذیه یوپی‌اس و ژنراتور نیست. UPS دلتا تنها فناوری از انواع فناوری‌های پایه‌ای برای ساخت یوپی‌اس است که به صورت اختراع ثبت شده و قابل استفاده برای تمامی سازندگان یوپی‌اس نیست و به همین علت شاید در بازار توسط سازندگان متعدد و با برندهای مختلف موجود نیست.

خلاصه‌ای از انواع UPS:

برخی از ویژگی‌های ساختارهای مختلف یوپی‌‌اس‌ها در جدول زیر نشان داده شده است. برخی از مشخصات، مانند راندمان، با انتخاب نوع UPS به مشتری تحمیل می‌شود. از آنجا که نحوه اجرا و پیاده‌سازی و کیفیت تولید، ویژگی‌هایی مثل قابلیت اطمینان دستگاه را تحت تاثیر قرار می‌دهند بنابراین لازم است که این نوع عوامل هم در کنار ساختار UPS برای ارزیابی چنین پارامترهایی مورد توجه قرار گیرد.

ساختار محدوده توان کاری(KVA) میزان تصحیح ولتاژ کمیت مقایسه به ازای هر VA راندمان کار مستمر اینورتر
آماده به کار تا 1.5Kva پایین پایین بسیار بالا خیر
در تعامل با خط 1Kva تا 5Kva بسته به طرح متوسط بسیار بالا بسته به طرح
آماده به کار فررو 1Kva تا 15Kva بالا بالا کم و متوسط خیر
بر خط با تبدیل دوگانه 1Kva تا 50MVA بالا متوسط بالا و بسیار بالا بله
دلتا 1Kva تا 50MVA بالا متوسط متوسط و بالا بله

 

جمع‌بندی:

در حال حاضر محصولات ارائه شده در بازار صنعت یوپی‌اس که به مرور زمان تکامل یافته و از رشدمطلوبی برخوردار شده‌اند شامل اکثر ساختارهای فوق‌الذکر بجز ساختار آماده به کار از نوع فررو می‌شوند. البته باید یادآور شد که تنوع بسیار سازندگان در این بازار محدوده‌های قدرت اعلام شده در جدول بالا را بسیار متنوع ساخته است به عنوان مثال یک خریدار جستجوگر قادر است مدلهای آماده به کار تا 6kVA و مدلهای در تعامل با خط تا توان 10kVA را در بازار این تجهیزات پیدا کند. هر کدام از ساختارهای معرفی‌شده ویژگی‌هایی دارند که آنها را برای یک کاربرد خاص مناسب و برای کاربرد دیگر نامناسب می‌کند در واقع نمی‌توان ادعا کرد که یک نوع خاص UPS برای تمام کاربردها مناسب و ایده‌آل است. این کاربر  یا استفاده‌کننده نهایی یوپی‌اس است که می‌تواند تنها با شناخت دقیق این ساختارها و مزایا و معایب هریک از آنها در کنار مشخصات فنی و کیفی شبکه اصلی و همچنین نیازهای مصرف کننده‌ای که قرار است به UPS وصل شود است مناسب‌ترین انتخاب را داشته باشد.