دستگاه UPS چیست؟

UPS مخفف عبارت Uninterruptible Power Supply به معنی منبع تغذیه بدون وفقه است. یو پی اس یک منبع تغذیه الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن، تامین بدون وقفه توان مورد نیاز بار مصرفی می‌باشد. به عبارت دیگر UPS به عنوان منبع توان بدون وقفه با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری، برق مورد نیاز تجهیزات مصرف کننده را تامین می‌کند. دستگاه UPS یک واسطه بین برق شهری و دستگاه مصرف‌کننده است. که وظیفه جلوگیری از ورود نویز و اختلالات شبکه به تجهیزات مصرف‌کننده‌ی حساس و تنظیم و تثبیت برق شبکه را برعهده دارد. UPS کاربردهای متنوع و گسترده‌ای در اداره‌ها، منازل و صنایع دارند. استفاده از آن برای جلوگیری از قطع برق و آسیب رسیدن به تجهیزات، به شدت ضروری است. در ادامه به معرفی دستگاه UPS و عملکرد آن خواهیم پرداخت.

معرفی دستگاه UPS و عملکرد آن

در مبحث معرفی ، دستگاه UPS با سیستم برق اضطراری یا ژنراتور آماده به کار متفاوت است. از این جهت که از قطع برق به وسیله یک یا چند باتری متصل و مدار الکترونیکی مرتبط برای کاربرانی که از جریان برق کمتری استفاده می‌کنند و یا با استفاده از ژنراتورها برای کاربرانی که از جریان برق بیشتری استفاده می‌کنند، بهره می‌برد. زمان عملکرد باتری بیشتر منابع انرژی نسبتا کوتاه است. به طور مثال معمولا این زمان، 5 تا 15 دقیقه برای واحدهای کوچکتر می‌باشد. اما کافی است تا وقت لازم برای آوردن منبع برق کمکی به صورت آنلاین وجود داشته باشد یا دستگاه محافظت شده خاموش باشد.

دستگاه UPS از 4 بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

باتری:

از مهم‌ترین و حساس‌ترین بخش‌های دستگاه UPS باتری می‌باشد که وظیفه آن ذخیره برق در زمان عادی و ارائه دادن آن در زمان مورد نیاز به یو پی اس می‌باشد. این قسمت وظیفه این بخش جهت ذخیره برق در زمان عادی و ارائه کردن آن در زمان موردنیاز است.

این باتری‌ها بر حسب نیازی که به مدت زمان برق پشتیبان است، انتخاب می‌شوند. محل قرار گیری این باتری با توجه به نوع UPS ممکن است در داخل دستگاه UPS یا درکنار آن و در داخل کیس یا کابینت باتری جداگانه قرار می‌گیرند و در بعضی مواقع نیز UPSها قابلیت نصب باتری داخلی و خارجی را بطور همزمان دارند.

باتری‌های مناسب دستگاه UPS چهار دسته باتری نیکل کادمیوم، باتری لیتیوم یون، باتری سیلور آلکالین، باتری اسید سرب تقسیم می‌شوند. هر یک از این باتری ها با ساختار و ترکیب متفاوتشان دارای مزایا و معایبی می باشند ولی بهترین و مناسب‌ترین باتری یو پی اس که در دستگاه UPS استفاده می‌شود ، باتری اسید سرب می‌باشد.

مبدل AC به DC:

وظیفه مبدل یا اینورتر تبدیل انرژی ذخیره شده در باتری به جریان‌های متناوب شهری است. در صورت قطع شدن برق و یا به وجود آمدن هر نوع مشکلی که منجر به از کار افتادن تجهیزات و سیستم‌ها شود، مبدل جربان باتری را متناوب کرده و منجر به تامین بدون وقفه برق دستگاه می‌شود. توان یک UPS به مبدل آن بستگی دارد به طوری‌که هرچه مبدل قدرتمندتر باشد توان دستگاه UPS نیز بیشتر خواهد بود.

شارژر UPS:

شارژر یو پی اس وظیفه کنترل و فراهم کردن جریان و ولتاژ برای باتری‌های دستگاه UPS به عهده دارد. کیفیت و تکنولوژی به کار رفته در این شارژرها می‌تواند به بهره‌وری بیشتر باتری UPS و دستگاه یو پی اس کمک کند.

کلید غیر هادی(سوئیچ):

UPSها به گونه ای طراحی شده‌اند که همواره دو منبع انرژی وجود داشته باشد. یکی منبع انرژی اولیه (برق شهر) ودیگری منبعی که در صورت قطع منبع اول وارد مدارمی‌شود و به آن منبع ثانویه (باتری) گفته می‌شود. با توجه به نوع دستگاه UPS گاهی اوقات سوییچی در آن تعبیه می‌شود تا منبع نیروی مورد استفاده را در هر لحظه کنترل کند و به محض اینکه این سوییچ متوجه شود که منبع اولیه قطعه شده، از حالت اولیه به حالت ثانویه تغییر می‌کند و وقتی منبع اولیه مجددا وصل شود، سوییچ از وضعیت ثانویه به وضعیت اولیه تغییر می‌کند.

معرفی انواع دستگاه UPS

UPS آفلاین (OFF LINE):

این دسته از UPSها هنگام قطع برق و به عنوان منابع جایگزین فعال می‌شوند. این یو پی اس ها تنها ویژگی‌های اصلی را ارائه می‌دهند. مانند حفاظت از مصرف‌کننده در برابر ولتاژهای بسیار زیاد ورودی و شارژ باتری‌ها.  هنگام قطع برق یا افت ولتاژ، دستگاه UPS به طور خودکار واحد منبع تغذیه را از برق شهری به باتری موجود درون خود تغییر می‌دهد. کل این فرآیند در زمانی حدود یک یا 2 میلی‌ثانیه انجام می‌شود.

UPS آنلاین (ON LINE):

این دسته از UPSها مبتنی بر روش تبدیل دوگانه (Double Conversion) کار می‌کنند. ولتاژ ورودی ac به ولتاژ dc با استفاده از یکسوساز به ولتاژ مستقیم برای شارژ باتری استفاده می‌شود. سپس خروجی باطری با بهره‌گیری از اینورتر، مجددا به ولتاژ ac با فرکانس، دامنه و شکل موج مطلوب برای تامین انرژی الکتریکی بارهای خروجی تبدیل می‌شود. این نوع  دستگاه UPS در صورت بروز هر نوع مشکلی در تامین خروجی برای بار، دارای امکان بای پس یا اتصال مستقیم ورودی به خروجی هستند تا عملیات دستگاه محافظت شده و دچار اختلال نشود.

UPS لاین اینتراکتیو (LINE INTERACTIVE):

در این دسته از UPSها مبدل یا اینورتر همیشه در مدار هست. فقط زمانی که برق قطع می‌شود، ورودی آن از طریق باطری تامین می‌گردد. برای جبران نوسانات برق از ترانس‌هایی با قابلیت تغییر نسبت ورودی به خروجی استفاده می‌شود. این نوع از دستگاه UPS دارای کیفیت و حساسیت بسیار بالایی بوده و بیشتر برای دستگاه‌های حساس آزمایشگاهی و نظامی و .. به کار می‌روند. این UPSها دارای راندمان و قابلیت اطمینان بالا بوده و بسیاری از اغتشاشات برق ورودی را حذف یااصلاح می‌کنند. زمان انتقال از برق ورودی به اینورتر نیز در این نوع سیستم‌ها کمتر از سیستم‌های Off Line معمولی می‌باشد .

تفاوت وات و ولت آمپر

بسیاری از افراد تفاوت معیارهای سنجش وات(W) و ولت-آمپر(VA) را در برآورد مشخصات دستگاه UPS ندانسته و این مسئله موجب سردرگمی آنان در خرید یو پی اس می‌شود. حتی بسیاری از سازندگان UPSها و تجهیزات تامین برق، نیز در تشخیص این تفاوت ناتوان مانده و باعث افزایش این سردرگمی می‌شود.

وات و ولت آمپر هر دو یکای اندازه‌گیری توان هستند. وات به «توان واقعی» و ولت آمپر به «توان ظاهری» اشاره دارد. توان واقعی در واحد وات، توانی است که یا کار انجام می‌دهد یا گرما تولید می‌کند یا به عبارت دیگر نرخ تولید یا مصرف انرژی است. توان واقعی بیان‌کننده‌ی میزان برق خریداری شده از شرکت برق و بارگیری گرمای تولید شده توسط تجهیزات را تعیین می نماید. ولت آمپر هم واحد توان ظاهری است که به صورت حاصل‌ضرب اختلاف پتانسیل در جریان برق مصرفی تجهیزات است. ولت آمپر معمولا برای اندازه گیری کابل کشی و کلید قدرت مورد استفاده قرار می گیرد (S=V*I) .

ولت آمپر و وات برای برخی از انواع بارهای الکتریکی مثل لامپ‌های رشته ای یکسان می‌باشد. اما برای تجهیزات کامپیوتری این دو مقدار می‌تواند به طور محسوسی متفاوت باشد و مقدار ولت آمپر همواره برابر یا بزرگ تر از مقدار وات است. برای بعضی مصارف همچون لامپ‌های رشته‌ای، این دو مقدار وات و VAیکسان است. همچنین نسبت وات به ولت آمپر را ضریب توان نامیده و در قالب یک عدد (مانند 0.7) یا درصد (مانند 70%) بیان می‌شود.

انتخاب UPS مناسب

برای انتخاب دستگاه UPS مناسب ابتدا بايد توان تجهیزات موجود را محاسبه کرد. سپس با توجه به توان محاسبه شده ، بهتر است یو پی اس با توان بالاتر انتخاب شود. برای مثال اگر اداره‌ای دارای 6 دستگاه کامپیوتر باشد و توان هر کامپیوتر 250 وات فرض شود، توان مجموع کامپیوترها برابر 1500 وات می‌شود. حال برای انتخاب یو پی اس ، 30 درصد بالاتر از این توان محاسبه می‌شود که برابر 1950 وات خواهد شد. لذا با توجه به ضریب توان دستگاه UPS و این که در بازار توان UPS با توان ظاهری آن و بر حسب KVA شناخته می شود، دستگاه مناسب KVA3 خواهد بود.

UPSها اغلب دارای بازده بالای 95% بوده و با توجه به میزان توان مصرف کننده و باطری خود می‌توانند تا مدت زمان مشخصی که برق خروجی را تامین کنند. این مدت زمان از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

در صنعت طبق استاندارد کاربردی که وجود دارد، در سیستم‌های UPS کوچک، توان واقعی (W) تقریبا ۶۰ درصد توان ظاهری (VA) است. در بعضی موارد سازندگان دستگاه UPS تنها درباره مقدار ولت‌آمپر سیستم اطلاعات ارائه می‌دهند.

درباره UPSهای کوچک که برای کامپیوترهای شخصی طراحی شده‌اند و تنها یک مقدار ولت‌آمپر دارند، از روی دوراندیشی بهتر است توان واقعی را ۶۰ درصد از آن مقدار توان ظاهری که خود سازنده می‌گوید بگیریم. در دستگاه UPS بزرگ‌تر که بار مصرف آن‌ها بیشتر است، توان ظاهری و واقعی دستگاه  فاصله عددی کمتری دارند.

معرفی انواع دستگاه UPS از نظر شکل موج خروجی :

در معرفی دستگاه UPS با طراحی تکنولوژی می‌توانند سه نوع شکل موج در خروجی خود تولید کنند:

1- شکل موج سینوسی (Sine Wave)

2- شکل موج شبه سینوسی (Quasi Sine Wave) یا (Modified Sin Wave)

3- شکل موج مربعی (Square Wave)

شکل موج پله‌ای برای وسایل دارای تغذیه داخلی نظیر کامپیوتر مناسب است. ولی لبه‌های تیز و هارمونیک‌های شدیدی تولید می‌کند که می‌تواند برای وسایل دیگر مضر باشد . شکل موج سینوسی از نظر شکل موج همانند شکل موج برق شهر می‌باشد. لذا برای تمام وسایل مناسب بوده و هارمونیکی تولید نمی‌کند .

شكل موج ديگري كه در خروجي بعضي دستگاه UPS و اینورترها مشاهده مي‌شود به شبه سينوسي معروف است. در اين UPSها بار با شكل موج پله‌اي با ولتاژ معادل پيك شبكه و مقدار RMS برابر با RMS شبكه تغذيه مي‌شوند. بهترين شكل موج خروجي براي UPSها و اینورترها ،‌شكل موج سينوسي هم دامنه و سنكرون با شبكه مي‌باشد. تفاوت اساسی شکل موج سینوسی و شبه سینوسی در تغییرات فرکانس می‌باشد.

دستگاه UPS آنلاین و لاین اینتراکتیو در خروجی خود شکل موج سینوسی تولید می‌کنند. UPSهای آفلاین در خروجی خود شکل موج شبه سینوسی یا در بعضی شکل موج مربعی تولید می کنند. یکی از مهمترین مشخصه‌ها در مورد اینورتر و یا تبدیل ولتاژ 12 به 220 ولت، شکل موج خروجی آن است. که در انواع مربعی، پله‌ای (شبه سینوسی) و سینوسی طراحی و عرضه می‌گردد.

اطمینان از داشتن مساعدترین وضعیت کاری

انواع مختلف دستگاه UPS و سیستم‌های گوناگون وابسته به آن‌ها و باتری‌ها به منظور اطمینان از داشتن مساعدترین وضعیت کاری به سرویس و نگهداری دوره‌ای و به خصوص تعویض برخی قطعات نیاز دارند . بنابراین برای اطمینان از این که دستگاه در طول عمر مفید خود در بهترین شرایط کاری نگهداری شود نیاز به سرویس و نگهداری به صورت برنامه ریزی شده دارد. همچنین تعویض قطعات در پایان عمر مفید آن‌ها که این باعث افزایش طول عمر سیستم می‌گردد.