یو پی اس چگونه کار می کند و انواع آن کدام است؟

یو پی اس چیست، نحوه کار و انواع UPS

در این مقاله یو پی اس، کاربرد آن، سابقه تاریخی، انواع و اصول کار یو پی اس با نمودار شماتیک آنها توضیح داده شده است.

تعریف:

یو پی اس وسیله ای است که منبع تغذیه بدون وقفه را فراهم می کند تا در صورت قطع برق، تداوم منبع تغذیه را حفظ کند. UPS مخفف عبارت Uninterruptable Power Supply است.

نیاز به یو پی اس

کاربری های متعددی وجود دارد که در آنها حتی قطع موقت برق می تواند باعث مشکلات عمومی زیادی شده که منجر به خسارات اقتصادی بزرگ می شود. نمونه‌هایی از این کاربردها عبارتند از: تاسیسات و سایت های کامپیوتر، کنترل فرآیند در کارخانه‌های شیمیایی، مانیتورهای ایمنی، سیستم‌های ارتباطی عمومی، واحدهای مراقبت‌ ویژه بیمارستانی (ICU) و غیره. در اینجا، اهمیت UPS مطرح می شود. استفاده از سیستم UPS چنین بارهای بحرانی را تغذیه و تامین می کند.

پیش زمینه

این پیکربندی از یک موتور DC تشکیل شده است که شفت آن نیز به موتور دیزل متصل است. منبع تغذیه اصلی سه فاز، پس از یکسو شدن یک بانک باتری DC را شارژ می کند و موتور DC را نیز تغذیه می کند. منبع تغذیه اضطراری مورد نیاز همانطور که در شکل نشان داده شده است از پایانه های خروجی آلترناتور تغذیه می شود.

هنگامی که منبع اصلی از کار می افتد، موتور دیزل درگیر می شود تا بارها را تحویل بگیرد. از آنجایی که راه اندازی موتور دیزل حدود 10 تا 20 ثانیه طول می کشد، بانک باتری در این 10 تا 20 ثانیه به کمک موتور DC و فلای ویل منبع تغذیه مورد نیاز بار را تامین می کند. به این ترتیب منبع تغذیه بدون وقفه بارهای بحرانی را تامین می کند.

با این حال، این پیکربندی سیستم UPS امروزه مورد استفاده قرار نمی گیرد. این روزها سیستم یو پی اس استاتیک تا حد چند کیلو ولت آمپر محبوبیت بیشتری دارد.

انواع UPS

UPS های استاتیک در دو نوع مختلف هستند:

• UPS با وقفه کوتاه مدت
• UPS بدون وقفه

در یو پی اس های با وقفه کوتاه مدت، بار برای مدت کوتاهی بین 4 تا 5 میلی ثانیه از منبع تغذیه جدا می شود. برای این مدت هیچ منبع تغذیه ای برای بار موجود نیست.

در UPS بدون وقفه، بار بدون وقفه از منبع تغذیه تامین می شود. در یو پی اس های بدون وقفه هیچ گونه وقفه ای در منبع تغذیه وجود ندارد. یک چنین UPS های عمدتا در تاسیسات بزرگ کامپیوتری استفاده می شوند. در تاسیسات کامپیوتری، قطع منبع تغذیه بین 4 تا 5 میلی ثانیه به هیچ وجه قابل تحمل نیست و از این رو انتخاب مناسب برای چنین کاربردهایی یو پی اس بدون وقفه است.

عملکرد UPS

اصل کار یو پی اس های با وقفه کوتاه و بدون وقفه به همراه نمودار شماتیک در بخش زیر مورد بحث قرار گرفته است.

UPS های با وقفه کوتاه و اصول کاری آنها

در UPS های با وقفه کوتاه، بار از منبع تغذیه برای مدت کوتاهی بین 4 تا 5 میلی ثانیه قطع می شود. این نوع یو پی اس برای کاربردهایی مناسب است که وقفه کوتاه مدت 4 تا 5 میلی ثانیه قابل تحمل است.

یک نمودار شماتیک ساده از یو پی اس با وقفه کوتاه مدت در شکل زیر نشان داده شده است.

مشاهده دقیق شماتیک، فناوری پشت این سیستم UPS را نشان می دهد. همانطور که مشخص است، منبع AC اصلی یکسو شده و به DC تبدیل می شود. این خروجی DC از یکسو کننده، باتری ها را شارژ می کند و همچنین توسط یک اینورتر به AC تبدیل می شود. پس از عبور از فیلتر، در صورتی که کنتاکت های نرمال OFF بسته باشند، می توان برق AC را به بار تحویل داد.

در ادامه

تحت شرایط کار معمولی، کنتاکتهای نرمال ON بسته هستند و کنتاکتهای نرمال OFF باز هستند.  بنابراین، تحت شرایط عادی بار از طریق منبع تغذیه AC اصلی تامین می شود. با این حال، در صورت قطع برق، کنتاکت های نرمال OFF بسته می شوند و کنتاکت های نرمال ON باز می شوند. این تغییر 4-5 میلی ثانیه طول می کشد. از این رو، در این مدت، بار نه به منبع AC اصلی (AC اصلی به دلیل قطع برق در دسترس نیست) و نه به خروجی اینورتر متصل است. هنگامی که کنتاکت نرمال OFF بسته شد، بار برق را از اینورتر و فیلتر در مسیر آن دریافت می کند.

در صورتی که لامپ های حبابی و فلورسنت بخشی از بار باشند، می توان یک وقفه لحظه ای در تغذیه بار را مشاهده کرد. هنگامی که کلید نرمال ON باز می شود و کلید نرمال OFF روشن می شود، لامپ ها یک شیب گذرا در روشنایی خود دارند در حالی که لامپهای فلورسنت به طور لحظه ای خاموش می شوند و دوباره روشن می شوند.

هنگامی که منبع تغذیه اصلی AC مجددا برقرار شد، بارهای حساس و بحرانی از طریق کلید نرمال ON متصل می شود. مجدداً در روشنایی قطعی لحظه ای مشاهده می شود. این پیکربندی یو پی اس های با وقفه کوتاه مدت به عنوان منبع تغذیه آماده به کار (standby power supply) نیز شناخته می شود.

UPS های بدون وقفه و اصول کاری آنها

در یو پی اس های بدون وقفه، بار از منبع تغذیه یک تغذیه پیوسته دریافت می کند. هیچ وقفه ای در منبع تغذیه در این سیستم برق اضطراری وجود ندارد. نمودار شماتیک ساده یو پی اس بدون وقفه در شکل زیر نشان داده شده است.

در این سیستم، تغذیه اصلی AC یکسو شده و از این طرق باطری ها را شارژ می کند. یکسو کننده در سمت دیگر توان را به صورت پیوسته به اینورتر رسانده و خروجی اینورتر نیز پس از عبور از فیلتر و کلید نرمال ON به بار وصل شده است. از اینرو، بار همیشه به اینورتر متصل است. این به سادگی به این معنی است که تغیه بار از طریق باتری نیز ممکن می شود. اگرچه باتری برق را از منبع AC اصلی دریافت می کند، اما در صورت قطع برق، باتری بر اساس ظرفیت نامی خود، بدون وقفه برق را به بار می رساند.

ظرفیت نامی باطری بر حسب AH (آمپر ساعت) مشخص می شود. مثلا اگر باطری 20AH  باشد. به این معنی است که باتری می تواند 2 آمپر جریان برای 10 ساعت یا 4 آمپر جریان برای 5 ساعت یا 10 آمپر جریان برای 2 ساعت تامین کند.

چه زمانی منبع AC اصلی از طریق سوئیچ نرمال OFF  به بار وصل می شود؟

بنابراین، ممکن است فکر کنید چه زمانی منبع AC اصلی از طریق سوئیچ نرمال OFF  به بار وصل می شود؟ اجازه دهید در مورد این نیاز بحث کنیم.

در صورت تشخیص خرابی اینورتر، با روشن کردن کلید نرمال OFF و باز کردن کلید نرمال ON، بار به منبع اصلی AC متصل می شود. انتقال بار از اینورتر به منبع AC اصلی 4-5 میلی ثانیه در مقایسه با 40-50 میلی ثانیه برای یک کنتاکتور مکانیکی طول می کشد. به همین دلیل منبع AC اصلی از طریق کلید نرمال OFF به بار متصل می شود.

بعد از اینکه مشکل و خطای اینورتر برطرف شد، منبع تغذیه بدون وقفه مجدداً از طریق سوئیچ نرمال ON به بار باز می گردد اکنون باتری ها از منبع تغذیه اصلی AC با تنظیم میزان شارژ در حداکثر نرخ شارژ مجدد شارژ می شوند تا باتری ها در کمترین زمان ممکن به ظرفیت کامل خود شارژ شوند.

مزیت های UPS بدون وقفه

مزایای اصلی یو پی اس بدون وقفه به شرح زیر است:

• از اینورتر می توان برای تنظیم منبع تغذیه تحویل شده به بار استفاده کرد.
• بار از حالت گذرایی که ممکن است در منبع تغذیه AC اصلی رخ بدهد. محافظت می شود.بنابراین طول عمر تجهیز متصل به عنوان بار افزایش می یابد.
• فرکانس خروجی اینورتر را می توان در مقدار دلخواه حفظ کرد.

منبع: https://electricalbaba.com

What is UPS? -Working & Types of UPS Explained