UPS مخفف عبارت Uninterruptible Power Supply، به معنای منبع تغذیه بدون وقفه است. UPS، منبع تغذیه الکترونیکی است که وظیفه اصلی آن، تامین بدون وقفه توان مورد نیاز بار مصرفی است، این سیستم بین برق شهر و دستگاه مصرف‌کننده قرار گرفته، علاوه بر تثبیت و تنظیم برق شبکه، مانع از نفوذ نویز و اختلالات شبکه به تجهیزات حساس مصرف‌کننده می‌شود و برق مورد نیاز تجهیزات مصرف‌کننده مانند سرور و کامپیوتری که تحت تاثیر این نوسانات هستند را با استفاده از برق ذخیره شده در باتری، تامین و محافظت می‌کند و در زمان قطعی برق نیز توان مورد نیاز آن‌ها را تامین می‌کند. آنچه مهم است اطمینان از پیکربندی شبکه و برق موجود در مسیر بین داده‌ها، سرور و کامپیوتر‌های موجود در شبکه است.

هنگام نوسانات ناگهانی برق، سیستم UPS باعث جلوگیری از آسیب دیدن سیستم‌های الکترونیکی می‌شود و از آنها در برابر تغییر ولتاژ و قطعی برق محافظت می‌کند. هدف اصلی یک دستگاه یو پی اس تهیه یک منبع بدون وقفه انرژی برای تجهیزاتی است که از آن محافظت می‌کند.

تست خودکار نیز برای اطمینان از عملکرد مناسب UPS استفاده می‌شود. این تست در هنگام اولین اتصال یو پی اس به برق انجام می‌شود و بعد از آن هم، تست در زمان‌های مشخصی انجام می‌شود.

شاید برای شما هم اتفاق افتاده باشد که هنگام کار کردن با کامپیوتر و یا یک دستگاه برقی با مشکل قطع برق و از بین رفتن اطلاعات و آسیب دستگاه مواجه شوید، حال این مشکل برای تاسیسات بزرگ و شرکت‌هایی که دارای تجهیزات الکترونیکی و حساس هستند به مراتب جدی‌ تر است و خسارت بیشتری به بار می آورد.

زمانی یو پی اس ها به عنوان یک سیستم گران ارزیابی می شدند اما امروزه با توجه به گران قیمت بودن تجهیزات از نظر سخت افزاری و ارزشمندی اطلاعات و داده ها، هزینه تهیه و تامین دستگاه UPS کاملاً ارزان و مقرون به صرفه است. با وجود یو پی اس ها علاوه بر اینکه برق شهری (منبع اولیه برق) در دسترس سیستم‌های الکترونیکی است، منبع ثانویه‌ای هم هنگام قطعی منبع اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. قبل از وارد شدن به جزئیات کارکرد این سیستم، بد نیست نگاهی اجمالی به ساختار آن بیندازیم.

 

 

 

یو پی اس ها از لحاظ تکنولوژی ساخت و توپولوژی محافظتی انواع مختلفی دارند، اما این منابع تغذیه اضطراری به طور معمول به سه نوع زیر تقسیم بندی می شوند:

1. یو پی اس آفلاین یا آماده به کار (Standby)
2. یو پی اس لاین اینتراکتیو یا خط تعاملی (Line Interactive)
3. یو پی اس آنلاین (Online UPS)

 

این نوع یو پی اس زمان قطع جریان برق در مدار فعال می شود. یک یو پی اس آماده به کار، پیکربندی است که در آن یک باتری پشتیبان به وسیله ولتاژ خط شارژ می شود و از طریق یک اینورتر به یک سوئیچ یا کلید انتقال متصل می شود. یو پی اس آفلاین یا استند بای ساده ترین نوع در میان یو پی اس ها است که تنها ویژگی ابتدایی و معمول یو پی اس را که همان حفاظت از نوسانات و پشتیبان گیری باتری است را انجام می دهد.

 

هنگامی که برق اولیه قطع می شود، سوئیچی که در مدار یو پی اس آفلاین قرار گرفته است، مسیر برق این یو پی اس را در حالت آماده به کار تغییر می دهد. اینورتر معمولا تا وقتی که برق به طور کامل قطع نشده باشد، فعال نمی شود. به همین دلیل است که به این یو پی اس، یو پی اس آماده به کار می گویند.

در حالت عادی ولتاژ خروجی یک یو پی اس آماده به کار با ولتاژ ورودی آن برابر است و این حالت تا زمانی پایدار می ماند که ولتاژ ورودی در محدوده خروجی مجاز باقی بماند. زمانی که ولتاژ ورودی فراتر از حد مجاز شود، یو پی اس آفلاین از حالت عادی به حالت بای پس منتقل می شود. یو پی اس های آماده به کار با حالت بای پس معمولی را می توان تنها حالت عادی در نظر گرفت.

این شرایط تا جایی ادامه پیدا می کند که ولتاژ ورودی به محدوده حالت عادی برگردد و یا شارژ باتری تمام شود. یو پی اس های آماده به کار نوعی از یو پی اس های وابسته به ولتاژ و فرکانس یا VFD هستند. با توجه به این که یک یو پی اس آماده به کار، فاقد مداری برای تنظیم ولتاژ یا فرکانس خروجی است، در حالت عادی، استاندارد IEC وابستگی ورودی را به عنوان وابستگی به ولتاژ یا فرکانس (VFD) طبقه بندی می کند.

رفتار وابستگی فرکانس یک یو پی اس آفلاین مشابه حالت ولتاژ است. با توجه به این که یو پی اس های آماده به کار در تنظیم ولتاژ یا فرکانس خروجی توانایی لازم را ندارند، بنابراین تنها برای موقعیت هایی مناسب هستند که کیفیت برق رسانی خوبی داشته باشند. دلیل آن هم این است که این یو پی اس نسبت به تغییرات ولتاژ یا فرکانس حساسیت بالایی ندارند.

یو پی اس آفلاین چگونه کار می کند؟

یو پی اس استند بای، برق مورد نیاز خود در ورودی را از طریق جریان الکتریکی شهری دریافت می کند و به طور مستقیم، بار های خروجی را تغذیه می نماید. در یو پی اس های آفلاین، قسمتی از جریان برق ورودی صرف شارژ باتری می شود. در یک یو پی اس آماده به کار، بار مستقیما توسط برق ورودی تغذیه می شود و مدار برق پشتیبان فقط زمانی فراخوانی می شود که برق شهری قطع شده باشد.

همان طور که در تصویر هم مشخص است، در یو پی اس آماده به کار، سوئیچ انتقال در حالت انتخاب تنظیم شده است. ورودی AC به منبع تغذیه و در صورتی که منبع تغذیه اولیه خراب باشد، به باتری یا اینورتر به عنوان منبع پشتیبان، سوئیچ می شود. وقتی شرایط کار در این وضعیت قرار بگیرد، سوئیچ انتقال باید برای انتقال بار به باتری یا اینورتر پشتیبان، کار کند. در نتیجه اینورتر تنها زمانی شروع به کار می کند که برق به طور کامل قطع شود.

اگر شرایطی بوجود بیاید که ولتاژ جریان برق ورودی قطع شود و یا کمتر از حد مورد نیاز باشد، اینورتر یو پی اس آماده به کار فعال شده و از طریق انرژی دخیره شده در باتری، بار های خروجی را تغذیه می کند. وقتی که ولتاژ ورودی از یک سطح استاندارد بالاتر می رود و یا نسبت به آن کاهش پیدا می کند، یو پی اس آفلاین، مدار داخلی اینورتر خود را روشن می کند، تا از باطری که به عنوان ذخیره ساز انرژی به مدار متصل شده است، تغذیه کند.

سپس یو پی اس استند بای به صورت مکانیکی، تجهیزات متصل به خروجی اینورتر را روشن می کند. در صورتی که این کاهش ولتاژ در یو پی اس آفلاین ادامه پیدا کند، این منبع تغذیه جریان ورودی را قطع کرده و تغذیه خروجی از طریق مدت زمانی که طول می کشد تا یو پی اس آفلاین قطعی برق را تشخیص دهد و از حالت اتصال به برق به حالت باتری منتقل شود، تقریبا 25 میلی ثانیه طول می کشد.

کاربرد یو پی اس آفلاین

یو پی اس های استند بای، معمولا برای محافظت از بار های فردی مانند کامپیوتر های رومیزی، مورد استفاده قرار می گیرند. از دیگر موارد کاربرد برای یو پی اس های آماده به کار، می توان به کاربری های زیر اشاره کرد:

• لوازم الکترونیکی مصرفی
• رایانه های شخصی و معمولی
• سیستم های POS
• تجهیزات الکترونیکی اولیه

اجزای تشکیل دهنده یو پی اس استند بای

• منبع شارژ یا شارژر
• منبع ذخیره انرژی یا باطری
• اینورتر (IGBT)

مزایای یو پی اس آماده به کار

ساختار ساده ای که یو پی اس آماده به کار دارد، باعث شده است که این منبع تغذیه دارای ویژگی های زیر باشد:

• جمع و جور و دارای اندازه کوچک
• سبک
• ارزان قیمت
• راندمان بالا
• دارای موج خروجی سینوسی مناسب

در چه مواردی نمی توان از یو پی اس آفلاین استفاده کرد؟

• تجهیزاتی که حساسیت بالایی نسبت به قطعی ناگهانی برق داشته باشند.
• امکان خاموشی و راه اندازی مجدد سیستم ها وجود نداشته باشد.
• باتری های یو پی اس دارای توان کمتر از 2 کیلوولت آمپر باشند.

وظیفه این یو پی اس این است که خروجی AC بدون اعوجاج ورودی را تامین نماید یعنی زمان های عادی ورودی را از طریق حالت بایپس به ترانسفورماتور انتقال داده که در این وضعیت ترانسفورماتور حکم شارژر را دارد.

 

کی از متداول ترین طرح های مورد استفاده برای منبع تغذیه بدون وقفه، یو پی اس لاین اینتراکتیو است. یو پی اس های لاین اینتراکتیو، جریان برق مورد نیاز را در طول حوادثی مانند قطع برق یا خاموشی، کاهش یا افزایش ولتاژ و اضافه ولتاژ، تامین می کنند.

یو پی اس لاین اینتراکتیو معمولا برای محافظت از تجهیزات کمی مهم تر و حساس تر مورد استفاده قرار می گیرد. یو پی اس خط تعاملی، نمونه ای از یک یو پی اس مستقل از ولتاژ (VI) است. در حالت عادی، ولتاژ خروجی یک حالت VI تعاملی تا وقتی که ولتاژ ورودی در حد خروجی باقی بماند، با ولتاژ ورودی آن برابر است.

وقتی که ولتاژ ورودی از آن محدوده بیشتر شود، یو پی اس در حالت عادی باقی می مانند و به ولتاژ انرژی می دهد. در نهایت یو پی اس به حالت باتری منتقل و اینورتر ولتاژ اسمی خروجی را به بار ارائه می دهد، تا زمانی که ولتاژ ورودی به محدوده حالت عادی برگردد یا باتری خالی شود. یو پی اس لاین اینتراکتیو این توانایی را دارد که بتواند خاموشی های مداوم، کاهش ولتاژ و نوسانات افزایش و اضافه ولتاژ را بدون مصرف انرژی محدود ذخیره شده در باتری، تحمل کند.

یک یو پی اس تعاملی خطی دارای مزیتی است که به آن اجازه می دهد که نوسانات جزئی جریان برق مثل کاهش یا افزایش سطح ولتاژ را بدون تغییر و انتقال به باطری، اصلاح کند. یو پی اس لاین اینتراکتیو اینورتر را در خط نگه می دارد و مسیر جریان DC باتری را از حالت شارژ معمولی به جریان تامین در هنگام قطع برق، هدایت می کند. این یو پی اس دارای یک اتوترانسفورماتور است که ولتاژ های بیش از حد بالا یا ولتاژ های کم شده را بدون نیاز به تعویض باتری، تنظیم می کند.

طراحی یو پی اس خط تعاملی معمولا دارای یک AVR اصلاح ضربه یا مبدل است که در مواقع مورد نیاز، ولتاژ را با تنظیم ترانسفورماتور در جریان ورودی که ولتاژ متفاوتی دارد، تنظیم می کند. تنظیم ولتاژ یک ویژگی مهم در شرایط ولتاژ پایین محسوب می شود. در صورتی که چنین اتفاقی نیوفتد، بار یو پی اس به باتری منتقل شده و در نهایت انتقال بار متوقف می شود.

نکته جالب توجه در رابطه با منبع تغذیه لاین اینتراکتیو این است که استفاده زیاد از باتری می تواند تاثیر زیادی در خرابی زودرس آن داشته باشد، اما اینورتر های یو پی اس های لاین اینتراکتیو معمولا به گونه ای طراحی می شوند که با وجود مشکل یا ایجاد خرابی از منبع برق ورودی AC تامین شود.

کاربرد UPS لاین اینتر اکتیو

UPS های خط تعاملی به علت این که حساسیت بیشتری نسبت به UPS های آفلاین در مقابل تغییرات ولتاژ دارند، بنابراین برای استفاده در سرور ها ایده آل خواهند بود. از طرفی می توان در کاربری های زیر نیز از این منبع تغذیه استفاده کرد:

• اتصال لوازم الکترونیکی مصرفی
• رایانه های شخصی
• سیستم های بازی
• تجهیزات شبکه
• سرور های میان رده

مزایای UPS خط تعاملی

بسیاری از UPS های لاین اینتراکتیو می توانند تنظیم خودکار ولتاژ AVR خود را خاموش کنند و ترانسفورماتور ها در هنگام انجام این کار معمولا در حالت عادی بای پس کار می کنند. همچنین این UPS مزیت های زیر را نیز شامل می شود:

• قابلیت اطمینان بالا
• بهره وری بالا در عملکرد (در حالت عادی)
• دارای توان بالا در فعال کردن بیش از یک ولتاژ ورودی گسترده دامنه AVR
• قیمت ارزان یو پی اس
• اندازه مناسب و جمع و جور
• دارای موج خروجی سینوسی
• قادر به اصلاح شرایط ولتاژ خط پایین یا بالا

نکاتی درباره UPS لاین اینتراکتیو

• اکثر UPS های خط تعاملی با توان کمتر از 5 کیلوولت آمپر کار نمی کنند.
• توان فیلترینگ کامل برق را ندارد، بنابراین نمی تواند نوسانات فرکانسی جریان برق را به طور کامل برطرف کند.
• امکان ورود برق با هر میزان ولتاژ و فرکانسی به شبکه، توسط آن وجود دارد.

 

وظیفه این یو پی اس این است که با تصحیح ولتاژ ورودی یا تثبیت ورودی از نویز، خروجی صحیح را به بار مصرفی منتقل نماید که خروجی توسط این یو پی اس ها تامین گردد. همان طور که در مطالب قبل هم عنوان شد، بایپس حالتی است که در زمان رخداد نقص فنی و یا افزایش دما به بیش از حد مجاز، فعال می شود و اصطلاحا یو پی اس به این مود یا حالت می رود.

UPS آنلاین یا بر خط در میان انواع UPS های دیگر دارای بروزترین تکنولوژی های طراحی است. UPS های آنلاین معمولا دارای یک سوئیچ انتقال ثابت (STS) برای افزایش قابلیت اطمینان هستند. در UPS های آنلاین منبع اصلی تامین جریان برق به جای برق شهری، باتری است. بنابراین UPS پیوسته در حال انتقال جریان برق است و هیچ سوئیچ و قطعی در زمان از کار افتادن برق، احساس نمی شود.

فناوری اولیه UPS های آنلاین مشابه انواع دیگر لاین اینتراکتیو و آنلاین است، با این حال دارای امکانات متفاوت تری مانند جریان شارژر یا یکسو کننده ACTOD و یکسو کننده و اینورتر طراحی شده برای عملکرد مداوم به همراه سیستم های خنک کننده مداوم هستند و همه این عوامل باعث می شود این UPS کارایی بهتر و بیشتری در صنایع حساس داشته باشد.

 

کاربرد UPS آنلاین

محافظت از کاربری های زیر در برابر آسیب های ناشی از قطع برق، کاهش یا افزایش ولتاژ، نویز و تغییرات فرکانس و اعوجاج هارمونیک، از کاربرد های اصلی UPS های آنلاین به شمار می رود.

• تجهیزات حیاتی فناوری اطلاعات
• تاسیسات مرکزی داده
• سرور های پیشرفته
• تاسیسات بزرگ مخابراتی
• برنامه های ذخیره سازی و تجهیزات شبکه پیشرفته

مزایای UPS آنلاین

• تهویه ولتاژ بالا
• سهولت در موازی سازی
• دارای حالت های در دسترس
• راندمان بالا
• چگالی توان بالا
• زمان انتقال سریع
• خروجی جریان برق تمیز

موارد ضروری برای استفاده از UPS آنلاین

استفاده از UPS آنلاین در صنایع مختلف ممکن است زمانی ضروری شود که:

• برق مورد استفاده نویز دار باشد.
• کاهش برق شبکه وجود داشته باشد.
• قطعی برق و سایر ناهنجاری های مکرر وجود داشته باشد.
• مواقعی که از بار های تجهیزات فناوری اطلاعات مدنظر باشد.
• زمانی که ادامه روند عملیات با یک ژنراتور پشتیبان زمان زیادی را به خود اختصاص دهد.

نکاتی درباره UPS آنلاین

• UPS های آنلاین تبدیل دوگانه و تبدیل دلتا، برای ظرفیت و توان کمتر از 5 کیلووات آمپر مناسب هستند، اما در رابطه با UPS های تبدیل هیبریدی یا حالت باطری شرایط کاملا متفاوت است و این UPS ها برای ظرفیت های بیش از 5 کیلووات آمپر مناسب هستند.
• تجهیزات به کار رفته در UPS های آنلاین از فناوری های جدیدی ساخته شده اند و حساسیت بالایی نسبت به نوسانات برق دارند، بنابراین واضح است که تفاوت قیمت UPS های آنلاین با سایر انواع دیگر زیاد باشد و هزینه های مربوط به این منابع تغذیه بیشتر شود.
• با توجه به این که فعالیت UPS آنلاین زیاد است و همیشه در مدار است، بنابراین افزایش دما و کارکرد تجهیزات آن نیز بیشتر بوده و باعث کاهش راندمان و خرابی زودرس سیستم می شود.
• فعالیت مکرر یو پی اس های آنلاین بر روی عمر باتری هم تاثیر داشته و در طولانی مدت توان نگهداری شارژ در باتری را کاهش می دهد.