منابع تغذیه بدون وقفه UPS
یو پی اس مخفف عبارت Uninteruptable Power Supply و به معنی منبع تغذیه بدون وقفه است. UPS دستگاهی الگترونیکی به منظور تامین پیوسته انرژی برای دستگاه هایی که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دلیل ضرورت و حساسیت های زیاد جزو تجهیزات حیاتی مجموعه های کامپیوتری، مخابراتی، کنترل و ابزار دقیق، آزمایشگاهی و بیمارستانی می باشد. کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییر فرکانس، انواع اعوجاج دایم یا لحظه ای، نمونه هایی از مشکلات ایجاد شده بر روی شبکه های برق شهری می باشند. UPS علاوه بر خاصیت های حذف شوک، تقویت و تنطیم برق شهر خصوصیات منحصر به فرد دیگری دارد. مولدهای مورد استفاده باید مستقل از سیستم نیروی برق اصلی (برق شهر) عمل نموده و در عین حال بتوان آن را بدون هیچ مشکلی و با پایداری مطلق با برق اصلی به صورت موازی به کار برد.
مولدهای برق اضطراری سرویس های ایمنی از نظر کلاس عملکرد بر اساس استاندارد ISO 8528-1 کلاس G2 و از نظر زمان تبدیل بر اساس استاندارد IEC 364-5-56 برابر جدول زیر طبقه بندی می شوند.
| با وقفه طولانی | با وقفه کوتاه | بدون وقفه | مولد | |
| بیش از 15 ثانیه | کمتر از 15 ثانیه | کمتر از نیم ثانیه | صفر ثانیه | زمان تبدیل |
برای منابع تغذیه برق بی وقفه (UPS) باید موارد زیر رعایت گردد.
- هیچ یک از وسایل کنترل مورد نیاز اپراتور نباید بالاتر از 175 سانتی متر نصب شوند.
- حداقل باید 10درصد ترمینال اضافی به عنوان یدک در نظر گرفته شود.
- کلیه سرسیم های افشان باید به کمک حوضچه های قلع با بیش از 70 درصد لحیم کاری شود.
- محفظه یو پی اس باید از فولاد با حداقل ضخامت 2میلی متر با پانل فولادی قابل برداشت و با درهای عمودی با استحکام کافی ساخته شده باشد.
- محفظه یو پی اس باید به صورت عمودی و به طور مستقل در روی کف قابل استقرار باشد.
- درجه حفاظت آن در برابر تماس با قسمت های برق دار و متحرک باید حداقل IP41 باشد.
- چارچوب یا شاسی واحدها یا سلول های یو پی اس باید به سیستم زمین متصل شود به گونه ای که جریان های نشتی یا خطا در شرایط بروز اشکال به زمین منتقل شود.
- فقط کلید حفاظتی مدار خروجی برق دستگاه برق بدون وقفه UPS در سیستم نیروی TN-S از نوع 4پل و بقیه کلیدهای حفاظتی تابلو برق اصلی آن از نوع 3پل خواهند بود.
- انواع UPS
- UPSهای کوچک معمولا درون خود یک باتری دارند که هنگام وجود برق شبکه در حالت عادی شارژ می شود. هنگام قطع برق یا افت ولتاژ UPS به طور اتوماتیک منبع تغذیه را از برق شهر به باتری تغییر می دهد. این کار در مدت زمانی حدود یک یا دو میلی ثانیه انجام می پذیرد و در نتیجه تجهیزات متوجه قطع جریان الکتریکی نشده و به کار خود ادامه می دهند.
- حداکثر زمان اتصال باتری به مصرف کننده (SWITCHING) بستگی به حساسیت مصارف دارد. اغلب تجهیزات به قطعی برق تا یک سیکل (20 میلی ثانیه) حساس نیستند. زمان سوئیچینگ در یو پی اس بین 1 تا 2 میلی ثانیه است.
- مدت زمان برق دهی(BACKUP TIME) در UPSها به مصرف تجهیزات و ظرفیت باتری ها بستگی دارد.
UPSها معمولا به سه دسته تقسیم می شوند:
- Stand by (Off Line) ، 2- Line-interactive ، 3- Double conversion(On Line)
UPS با اینورتر غیرفعال آماده به کار (Stand-by)
در این نوع یو پی اس مصرف کننده به صورت عادی به شبکه متصل می شود و در صورت قطع برق شبکه، توان مورد نیاز مصرف کننده توسط باتری تامین می شود.
یو پی اس های Stand-by ساده ترین و ارزان ترین نوع یو پی اس بوده و به نام offline نیز شناخته می شوند. در شرایطی که برق شبکه وجود دارد باتری شارژ شده و اینورتر در حالت آماده به کار قرار دارد. مدار برق شهر مجهز به فیلتر و محدود کننده ولتاژهای اضافی می باشد تا در مقابل پارازیت های خط و دیگر مشکلات مقاوم باشد. در این UPS وقتی برق شهر قطع شود، اتصال مصرف کننده به باتری خیلی سریع (ولی نه بلافاصله) انجام می گیرد. برای انجام این سوئیچینگ تاخیری در حدود کسری از ثانیه (کمتر از 0.5 ثانیه) اتفاق می افتد که به آن سوئیچینگ یا زمان انتقال می گویند.
Upsهای Standby معمولا تا توان 1000 ولت آمپر ساخته می شوند.
باتری ها باید توان لازم برای سه ساعت تغذیه بارهای اضطراری را داشته باشند.
UPS های Line-interactive
در این نوع یو پی اس برق ورودی وارد بخش interface power شده و خروجی را تامین و همزمان عمل شارژ باتری انجام میگیرد. همچنین مجهز به ترانس افزاینده و کاهنده جهت ثابت کردن ولتاژ می باشد.
این یو پی اس به لحاظ طراحی تابلو برق ساختمان با نوع standby متفاوت می باشد و در مقایسه با offline، تجهیزات فیلترینگ بیشتری تعبیه شده و ناپایداری خروجی و نویزهای سوئیچینگ نیز کاهش یافته است.
شارژ باتری، اینورتر سوییچ تبدیل منبع انرژی با استفاده از یک اینورتر و کانورتر انجام می شود که باتری را شارژ و انرژی آن را به AC (جهت خروجی یو پی اس در موارد نیاز) تبدیل می کنند. زمانی مه برق شهر وصل است اینورتر و کانورتر باتری را شارژ می کنند و وقتی برق شهر قطع شد این مجموعه به عنوان رزرو عمل می کند.
نقطه قوت این UPS این است که اینورتر و کانورتر همیشه به خروجی متصل هستند و انرژی تجهیزات مربوطه را تامین می کنند. این نوع UPS در مقابل قطع انرژی منبع اصلی، عکس العمل سریع تری نسبت به مدل standby دارد.
سیستم UPS بدون وقفه (On Line)
سیستم برق اضطراری بدون وقفه UPS ، عمدتا در شبکه های کامپیوتری به کار می رود. در شرایط عادی بارهای اضطراری توسط دو مجموعه اینورتر و رکتیفایر و از طریق منبع اصلی تغذیه می شوند و در عین حال باتری ها نیز به صورت شناور در حال شارژ هستند. هنگامی که برق منبع اصلی قطع شود، باتری ها که در مدار هستند، بارهای اضطراری را از طریق اینورتر تغذیه می نمایند و بنابراین وقفه ای در تامین برق به وجود نمی آید.
این نوع UPS دارای ولتاژ ثابت و فیلتر شده در خروجی می باشد و به منظور تغذیه دستگاه های فوق العاده حساس استفاده می شوند. یک برد میکروپروسسوری دائما ولتاژ و جریان ورودی را کنترل می کند. در این UPS برای ایجاد خروجی، یکبار تبدیل AC به DC ویک بار تبدیل DC به AC انجام میگیرد که به آن Double Conversion می گویند. ابتدا ولتاژ ورودی تبدیل به DC می شود تا وابستگی به برق ورودی کاهش یابد و سپس خروجی از این ولتاژ ایجاد می شود. بدین ترتیب ورودی UPS (برق شهر) و خروجی UPS از هم ایزوله می باشند.
از مزایای سیستم Online، محدوده وسیع تر برای ولتاژ ورودی برق شهر، رگولاسیون خروجی مناسب تر، و تحمل اضافه بار بیشتر می باشد که نهایتا قابلیت اطمینان بالاتری را نسبت به UPS های Offline ایجاد میکند.
سیستم های UPS هم به صورت تک فاز و هم سه فاز و در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند و برای دستیابی به توان بیشتر می توان چند واحد آن را به طور موازی در مدار قرار داد. UPSهای توان بالا و سه فاز باید حتما از نوع Online باشند. زمان سوئیچ دستگاه های Online حدود صفر است.
در صورتی که در بارهای مصرفی، جهش های جریان یا اضافه بارهای لحظه ای وجود داشته باشد، می توان از یک کلید بای پس تریستوری استفاده نمود که در این حالت جهش ها مستقیما به منبع اصلی منتقل شده و موجب پایداری ولتاژ می شوند.
در طراحی کلید حفاظتی مسیر UPS باید علاوه بر جریان عبوری به سمت UPS، جریان شارژ باتری UPS را هم در نظر گرفت که این مقدار معمولا توسط طراح سیستم داده می شود. به عنوان مثال جریان شارژ باتری ها بین 10 تا 15 درصد جریان خروجی UPS است و کلید برای 115% جریان نامی UPS طراحی می شود.
پارامترهای اصلی UPS
THD(Total Harmonic Distortion): تجهیزاتی که از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنند، به دلیل ایجاد هارمونیک، باعث گرم شدن سیم های نول می شوند. برای فضاهایی که تعداد دستگاه های کامپیوتری زیادی دارند، توصیه می شود از UPSهایی با THD جریان ورودی کم، مثلا 10% استفاده شود.
Switch Time: فاصله زمانی سوئیچ از برق شهر به باتری و بالعکس. هر چه این زمان بیشتر باشد احتمال خاموش شدن تجهیزات در لحظه سوئیچینگ بیشتر خواهد بود.
Backup Time: زمان مورد نیاز برای تغذیه بار مصرفی از انرژی ذخیره شده در باتری می باشد و بستگی به تعداد باتری دارد.
Noise Filtration: زمانی که کنترل نویزهای Normal و Common ورودی به سیستم مهم است از آن استفاده می شود.
Rated VA: توان نامی دستگاه یو پی اس می باشد.
Input Voltage Range: میزان تغییرات ولتاژ ورودی یو پی اس است. مثلا یو پی اس که بازه ولتاژ ورودی آن 270-148 AC می باشد، بین ولتاژ 148 تا 270 ولت برق شهر بدون استفاده از باتری و با استفاده از فیلتراسیون داخلی به کار خود ادامه داده و ولتاژ خروجی مناسبی را ارائه می دهد.
Input Frequency Range: میزان تغییرات فرکانس ورودی یو پی اس می باشد. مثلا دستگاه یو پی اس که بازه فرکانس ورودی آن 50Hz ±5% می باشد، 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 می دهد.