یو پی اس (ups)چیست با انواع upsو کارایی انها اشنا شوید و کاربرد تابللو برق یو پی اس (ups)

ساخت تابلو برق یو پی اس (ups)

تابلو برق یو پی اس باید به عنوان یک منبع تغذیه بی وقفه برای جریان برق ایفای نقش نماید. اگر بخواهیم کاربرد تابلو یو پی اس را در قالب چند مورد بیان کنیم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

جلوگیری از ایجاد وقفه در جریان برق یک واحد یا دستگاه تغذیه کننده در هنگام قطعی برق شهری. این مورد یکی از وظایف بسیار مهم یو پی اس ها می باشد. در مکان هایی مانند اتاق عمل، آسانسور و… که به هیچ عنوان نباید با قطعی برق مواجه شوند استفاده از یو پی اس امری ضروری است.

فیلتر برق و جلوگیری از انتقال مشکلات برق شهری به تجهیزات تغذیه کننده. برق شهری ممکن است با مشکلاتی از قبیل کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، نویز و… مواجه شود. چنین عواملی می توانند موجب آسیب شدید انواع تجهیزات و لوازم برقی شوند. در صورتی که شما از تابلو ups استفاده کنید مطمئن خواهید بود که برق شهری قبل از رسیدن به محل استفاده فیلتر می شود.

    یو پی اس چیست؟ با انواع ups و کارایی آنها آشنا شوید : 

 

یو پی اس چیست؟ uninterruptible power supply یا به عبارت مختصر  یو پی اس  (ups) ، به معنای منبع تغذیه بدون وقفه است. ups  یک منبع تغذیه الکترونیکی است که کارعمده آن ، تامین توان مورد نیاز بار مصرفی بدون وقفه می باشد.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 می نماید.  سیستم یو پی اس بین برق شهری و دستگاه مصرف کننده قرار میگیرد که  اضافه بر تنظیم برق شبکه و تثبیت آن مانع از نفوذ نویز و اختلالات شبکه به تجهیزات حساس مصرف کننده می شود .

همه چیز درباره یو پی اس

از مهمترین کارایی های ups  در زمانی می باشد که برق شهری قطع می شود که بلافاصله وبدون وقفه دستگاه یو پی اس وارد مدار می شود وبرق مصرفی لازم را تامین می نماید به نحوی که نیازی به reset  کردن یا خاموش کردن دستگاه مورد استفاده باشد . سیستم یو پی اس وظیفه حفاظت از وسایل  الکتریکی حساس در برابر نوسانات برق را دارد و این سیستم  از تعمیرات و عقب افتادگی های هزینه‌دار جلوگیری به عمل می آورد. در واقع یو پی اس علاوه برب محافظت از دستگاه‌های الکتریکی حساس، ثبات جریان برق تقویتی فراهم  می آورد که به آنلاین ماندن برنامه های حساس کمک شایانی  می‌نماید .

مزایای استفاده از سیستم یو پی اس

استفاده از یک انرژی پشتیبان همانند سیستم تامین انرژی بدون وقفه یو پی اس علاوه بر کمک به حل مشکلات ناشی از قطع شدن جریان برق ، محافظت دربرابرقطع کلی برق را نیز فراهم می سازد. دستگاه یو پی اس  دارای فیلترهای الکترونیکی بوده که باعث حذف نویزها و نوسانات برق شهری می شود و محافظت از مصرف کننده ها را در برابر رعد و برق و ولتاژ بالا بعهده دارد و جریان برق یکنواختی با شکل موج ثابت به مصرف کننده ارسال می کند . یو پی اس هایی که برای کاربردهای معمولی استفاده میشوند از نوع on line با باتری تک سلولی سرب -اسید و یا نیکل -کادمیوم و توان 500 تا 2000 آمپر متر اند که قیمت 500 تا 1 میلیون تومان را دارند. ups های بزرگتر دارای توان بیشتر و همچنین کیفیت برق خروجی بالاتر هستند. یوپی اس ها در انواع گوناگون و اندازه های متفاوتی وجود دارند.

انواع مختلفی از یو پی اس وجود دارد که قدرت آن در باتری و در مدار مورد استفاده با هم متفاوت است .یک از انواع  ups ها یو پی اس های مدار انلاین می باشند که امروزه بصورت غالب از ups  های مدار آنلاین استفاده می شود چرا که می توانند درجه حفاظت مطلوبی را فراهم سازند. احتمال بروز اتصال کوتاه و یا شارژ ناگهانی برق در مدار و یا هر نوع خطر برقی دیگر در یک ups استاندارد و با کیفیت صفر است لذا  یو پی اس ها از درجه ایمنی خوبی هم برخوردارند . واحد اندازه گیری ups ، توان یا حاصل ضرب ولتاژ در جریان خروجی  می باشد.

هر چه INVERTER  یک دستگاه یوپی اس قویتر باشد توان و قدرت یو پی اس بیشتر می شود. به عبارت دیگر   می توان تعداد و توان تجهیزات بیشتری را پشتیبانی نمود از طرفی هرچه باتری های به کاررفته در یو پی اس  از ظرفیت بالاتری برخوردار باشند ، زمان برق دهی در هنگام قطعی برق شهر بالاتر خواهد رفت . ups های مختلف دارای ویژگی های گوناگونی مانند آلارم های هشدار به هنگام بروز خطا یا اضافه بار ، نرم افزارکنترل کامپیوتر به منظور ذخیره کردن اطلاعات و خاموش کردن کامپیوتر و امکانات دیگر می باشند.

 

یک یو پی اس از 4 بخش مهم تشکیل می شود:

1.  یکسو کننده شارژ (رکتیفایر)

2. باتری

3. مبدل DC به AC (اینورتر)

4. کلید غیر هادی (سوئیچ)

 

یو پی اس ها از لحاظ ساختار طراحی به سه بخش تقسیم می شوند:

یو پی اس های off – line
در این مدل از یو پی اس ها،بارهای حساس از مسیر Bypass انرژی دریــافت می کنند و درصورت قطع شدن تغذیـه ی مسیر Bypass و یا قرار گرفتن ولتاژ آن خارج از محدوده قابل قبول و مجاز ، مسیر اینورتر،جایگزین خواهد شد . اما هنگام عملکرد عادی یو پی اس،اگر اختلالی در محدوده ی مجاز ولتاژ Bypass رخ دهد به بار منتقل خواهد شد.لازم به توضیح است که در بسیاری از این مدل یو پی اس ها ، در مسیر Bypass آنها فرکانس های رادیویی (RF)وجود دارد که تا حدودی از افزایش شدید و ناگهانی ولتاژ (spike ) جلوگیری می کند..

در شرایط عدم قطع برق شارژ شدن باتری به طور مداوم صورت می گیرد تا باتریها در هنگام قطع برق آماده باشند . در برخی از یو پی اس ها ممکن است اینورتر خاموش باشد تا راندمان کلی دستگاه افزایش یابد ، اما به منظور عملکرد سریع قسمتهای کنترل الکترونیکی آن ، اینورتر همواره فعال است.
اگر ولتاژ Bypass از حداقل مجاز کمتر شود ، اینورتر بلافاصله شروع به کار کرده و بار به وسیله سوئیچ استاتیک(یا رله خروجی ) به اینورتر منتقل می شود با توجه به این که مراحل انتقال پس از قطع ولتاژ Bypass آغاز می شود وقفه ای در تامین انرژی بار روی می دهد که اجتناب ناپذیر است،با توجه به اینکه این وقفه کوتاه و به اندازه ۱۰~۲میلی ثانیه است ،اکثر بارها به نحو مطلوب و بی آنکــه دچار خرابی شـوند،این وقفه را پشت سر می گذارند و با عادی شدن وضغیت برق شهر ، بار مجددا به مسیر Bypass منتقل می شود.

 

یو پی اس های On-Line
اولین تفاوت بین این مدل یوپی اس با یوپی اس های off-line در این است که شارژ باتری با بخش”یکسو کننده / شارژر”تعویض شده است . بخش “یکسو کننده/شارژر” ممکن است از دو قسمت جداگانه یا یک بلوک قدرت کامل تشکیل شده باشد .زمانیکه برق شهر در جریان است این بخش باطری را شارژ و انرژی اینورتر را توسط یک ولتاژ DC ثابت تامین می کند.در صورتی که برق ورودی (برق شهر)قطع شود شارژ خاموش شده و انرژی DCاینورتر توسط باتری تامین می شود و از این زمان باتری کم کم خالی می شود . این نوع یو پی اس که اصطلاحا یو پی اس Double Conversion نیز نامیده می شود بالاترین میزان امنیت را ارائه می دهد،به دلیل اینکه بار همواره با یک ولتاژ تنظیم شده تغذیه می شود .به عبارت دیگر حتی زمانی که برق شهر وجود دارد،یکسو کننده شارژر و بخش های اینورتر فعال می باشد و در حالت عادی هنگامی که بار انرژی خود را دریافت می کند به خوبی در برابر اختلال برق شهر محافظت می شود . چون یکسو کننده و اینورتر مانند یک سد در برابر نویزهای موجود در خطوط انتقال برق و نوسانات زودگذر ولتاژ عمل کرده و در نهایت یک ولتاژ خروجی کاملا” تثبیت شده را تأمین می کند.اگـر ولتــاژ ورودی از محدوده مجاز(مثل۱۰%+ تا ۲۰%-) تجاوز کند یا این که کاملا” قطع شود،اینورتر با استفاده از انرژی باتری به کار خود ادامه میدهد. انجام این مراحل به نحوی صورت می پذیرد که هیچ وقفه ای به بار منتقل نشود زمانی که انرژی باتری استفاده می شود اینورتر همانند زمان استفاده از برق شهر همان میزان رگولاسیون ولتاژ را ارائه می کند و بار از طریق سوئیچ استاتیک به خروجی اینورتر متصل است .

یو پی اس های لاین اینترکتیو

در این مدل یو پی اس ها به دلیل اضافه شدن سیستم تنظیم ولتاژ در مسیرBypass ، عملکرد بهتری نسبت به سری Off-line دارند. دو مدل از متـداولترین مدل های این نوع یو پی اس،مجهز به ترانس Buck/Boost وترانس ferrorvesonat می باشد.همانند مدلهای Off-Line ،یو پی اس های Line-Interactive ،بار خــود را از طـریق مسیرBypass تغذیه می کند و به هنگام قطع برق شهر ،آن را به اینورتر انتقال می دهد.در مقایسه ی باتریها ، شارژر و مدار اینورتر،نیز با سیستم Off-Line شبیه است اما به خاطر اضـافه شدن مدار تنظیم ولتاژ در مسیر Bypass بار کمتری به اینورتر منتقل می شود . بنابراین چنین سیستمی تاثیر بیشتری درکاهش هزینه ها داشته و عمر مفید باتری در مقایسه با Off-Line بیشتر می شود.

مدل های یو پی اس های Line – Interactive

ترانس Buck/Boost

جهت تنظیم ولتاژ در مسیر Bypass اضافه می شود این ترانس با سیم پیچ ثانویه چند سر به همراه چندین رله طوری تنظیم می شود که هر دو سطح پایین و بالای ولتاژ مسیرBypass را به طور مناسب پوشش داده و بدین طریق ولتاژ خروجی یوپی اس را به اندازه ولتاژ مورد نیاز محدود می کند . این بدین معناست که محدوده ولتاژ مجاز ورودی (بدون نیاز به عملکرد اینورتر) افزایش می یابد.یک یو پی اس در این رده بندی می تواند با دامنه ولتاژ ورودی بین +%۲۰ تا – %۳۰ فراتر از محدوده ولتاژ نامی و با استفاده از مسیر Bypass ، ولتاژ بار خود را تامین کند.

ترانس فرورزنانس

عملکرد ترانس فرورزنانس نیز شبیه ترانس Buck/Boost می باشد،در این مورد ترانس فرورزنانس جایگزین ترانس Buck/Boost شده است . این ترانس تنظیم و رگولاسیون ولتاژ را در برابر اختلالهایی مانند نویز خط الکتریکی انجام می دهد و به ازای تغییر در ولتاژ ورودی از -%۴۰ تا +%۲۰ خروجی تنها ۳%+ مقدار نامی تغییر خواهد کرد. همچنین این ترانس با ذخیره سازی انرژی ، برق مورد نیاز کامپیوترها را در زمان قطع کامل برق برای مدت کوتاهی تامین می کند تا اینورتر شروع به کار کند.بنابراین بدون ایجاد وقفه در جریان برق ؛ بار بین مسیر Bypass به اینورتر منتقل شده و یو پی اس عملاً به یک سیستم واقعی On-Line تبدیل می شود که در خروجی آن وقفه ای دیده نمی شود.

 

Bi- directional power converter       

Bi- directional power converter تنها یک بلوک جایگزینی یکسو کننده ( شارژر ) و مدار اینورتر می شود ، خیلی سریع تغییر حالت داده و به عنوان یک مدار اینورتر عمل می کند.همچنین از این نوع طراحی می توان در مدار Buck/Boost یا در هر کدام از سیستم های مختلف Line-interactive استفاده کرد.

 

چگونه زمان برق دهی(Back Up) را برای باتری ها محاسبه کنیم؟

زمان Back up مدت زمانی است که باتری باید انرژی و توان مورد نیاز بار را تامین نماید و اغلب به آن زمان استقلال (Autonomy) یا زمان دشارژ نیز گفته می شود .

باتریها درانواع گوناگون و میزان آمپرساعت متفاوت عرضه می شوند ، بنابراین به منظور نصب باتری مناسب و استفاده ازآن باید محاسبه دقیقی انجام گیرد.

درانتخاب باتری با ظرفیت یا سرویس دهی مناسب حداقل به دو نکته باید توجه شود .

  1.  بار باتری
  2.  زمان استقلال یا Back up  موردنیاز

 

به عنوان مثال :  ابتدا جریان کشیده شده از باتری را محاسبه می کنیم

اگر بار متصل به یو پی اس ۵KVA و ضریب توان آن ۰٫۸ باشد بار یو پی اس ۴kw است . اگر راندمان اینورتر یو پی اس ۹۰% بــاشد تلفـات اینــورتـر۳۶/ kw0 است . بنــابراین بــرای تغـذیه بار باتری باید به انــدازه Kw 4.36= 0.36 KW + 4KW توان ((dc تولید کند.

حال اگر ولتاژ ثابت باتری ۱۹۲ ولت باشد و زمان Back up ، ۳۰ دقیقه باشد . ابتدا جریان dc را محاسبه می کنیم که جریان ۲۲٫۷۱خواهد شد .

توجه : محاسبه فوق به شکل ساده در این جا آمده است زیرا ولتاژ واقعی باتری با دشارژشدن آن افت می کند .

سازندگان باتری همیشه جداول یا نمودارهایی را عرضه می کنند که با استفاده از اطلاعات آنها می توان ظرفیت سرویس دهی موردنیاز را تعیین کرد.

در مورد مثال فوق باتوجه به اطلاعات ارائه شده از سوی سازندگان باتری ، ۱۶ عدد باتری (۱۹۲ ولت) با ۲۴ آمپر ساعت ظرفیت سرویس دهی می تواند برای ۳۰ دقیقه بار را تغذیه کند .

 

انواع باتری های قابل استفاده در UPS کدامند؟

انواع باتری شامل : سرب اسید ، نیکل کادمیم ، لیتیوم و سیلور آلکالین می باشند.

مناسبترین نوع باتری برای UPS نوع سرب اسید (lead – acid) می باشد و بیشتر با درپوش کاملا بسته که نیاز به سرویس و نگهداری ندارد و با ولتاژ ۱۲V استفاده می گردد . البته در آمپر ساعت بالا از ۲ ولتی استفاده می گردد در جاهایی که نیاز به طول عمربالاتر از۱۰ سال باشد . معمولا از نیکل کادمیم استفاده می گردد.

 

در انتخاب باتری با طول عمر مورد نیاز چه نکاتی راباید رعایت کرد؟

باتریها با طول عمر متفاوت تولید می گردند معمولا باتریهای نیکل کادمیوم دارای طول عمرزیاد می باشند ، در صورتی که سرویس و نگهداری آن درست صورت گیرد، ولی چون دارای قیمت بالامی باشد معمولا کمتراستفاده می گردد ، باطریهای سرب – اسید با درپوشی باز (تر) دارای قیمت کمتر با طول عمر متوسط بوده و نیاز به سرویس و نگهداری دارد ، بهترین باتری با قیمت مناسب نوع سیلد اسید ( سرب-اسید با درپوشی بسته ) می باشد ، اولا نیاز به سرویس و نگهداری ندارد . دوما دارای طول عمر ۴ سال به بالامی باشد ، البته امروز این باتریها با طول عمر بالای ۱۰ سال نیز تولید می گردد . بنابراین در هنگام انتخاب باتریها باید به نکات بالا توجه گردد . همچنین به این موضوع نیز توجه شود که بعضی از یو پی اس ها همه باتریها را برای اتصال به آنها نمی پذیرند که سازنده آنها معمولا نوع باتری قابل اتصال به آنها را ذکر می کند.

 

قبل از نصب چه موارد ایمنی باید رعایت گردد؟

قبل از نصب چه موارد ایمنی باید رعایت گردد .

  1. طریقه حمل و قرارگیری برای سالم رساندن UPS به مکان نصب
  2. اندازه و وزن ، آیا محل نصب فضای کافی برای نصب UPS و کف آن تحمل وزن UPS را دارد
  3. انتخاب مکان نصب مناسب ( برای بالا بردن طول عمر UPS و باتری)
  4. شرایط محیطی ( حرارت ، رطوبت و نویز صوتی محل نصب )
  5. نصب الکتریکی ( نوع اتصالات ، مقطع کابلهای ورودی و خروجی ، فیوزهای حفاظتی و غیره )
  6. اتصال بار به یو پی اس ( فاز و نول بارها مستقیما به یو پی اس و تابلوی UPS وصل گردد ودر بین راه بابرق شهر اتصال نداشته باشد ، توزیع بار بین فازها در صورت سه فاز بودن و غیره …)
  7. اتصال زمین ( ارت ، برای برطرف کردن نویز و حفاظت دستگاههای برقی و یو پی اس )
  8. بررسی عملیات نصب ( بررسی نصب و راه اندازی بدون خطا و اشکال )

 

محل مناسب برای UPS و باتری باید دارای چه ویژگی هایی باشد؟

  1.  فضای موجود کافی باشد .
  2. سطح زمین توان تحمل وزن دستگاه را دارا باشد.
  3. نصب دستگاه باعث ایجاد مزاحمت برای کارکنان یا اختلال در کارها نشود.
  4.  شرایط محیطی مکان انتخابی مناسب باشد (حرارت ایده آل برای باتری ۲۰◦C تا ۲۵◦C و حرارت کارکرد UPS 0 – ۴۰ ◦C می باشد و رطوبت بین ۹۰% – ۲۰% باشد نویز محیط زیاد نباشد که روی کارکرد UPS تاثیر بگذارد
  5.  تجهیزات ایمنی جهت دسترسی آسان به یو پی اس فراهم باشد.
  6. نصب یو پی اس نباید برجریان هوا و شرایط محیطی تجهیزات تاثیری بگذارد .
  7.  سعی شود کلیدها و ابزار سوئیچ و کنترل یو پی اس در یک مکان باشد .
  8.  در محل انتخاب شده برای نصب یو پی اس؛جای امنی برای تعبیه باتری وجود داشته باشد .

 

مشخصات برق ورودی دستگاه چگونه باید باشد و چه نکات ایمنی باید رعایت گردد؟

  1. از فازهایی استفاده نمایید که بارهایی با جریان لحظه ای بالا روی آن نباشد که هر بار با وارد شدن این بارها ولتاژ از حد متعارف افت ننماید .
  2.  از فیوز جداگانه در تابلو برق شهر برای UPSاستفاده نمایید .
  3.  فیوز ورودی یو پی اس را با توجه به ماکزیمم جریان ورود با ضریب ۲/۱ انتخاب نمایید.
  4. در صورتی که یو پی اس سه فاز می باشد ترتیب فازها رعایت گردد .
  5.  فرکانس برق ورودی از محدوده مجاز خارج نباشد .
  6. ولتاژ ورودی از حد مجاز خارج نباشد .

 

مشخصات خروجی UPS چیست و چه وسایلی می توان به آن وصل نمود؟

مشخصات خروجی هر UPS با توجه به مشخصات فنی دستگاه مشخص می گردد که شامل :

  1.  توان ، ضریب توان؛ ولتاژ ، فرکانس ، ظرفیت تحمل اضافه بار و THD خروجی و غیره
  2.  توان هر دستگاه، که مشخص می باشد زیرا با توجه به سفارش شما تعیین می گردد .
  3. ضــریب توان خروجی، که بهتر است بالاتر از ۰٫۸ باشد که ضریب توان اکتیو (وات خروجی را مشخص می کند.)
  4.  ولتاژ خروجی که بازه ولتاژ خروجی با تلرانس خروجی آن مشخص می شود. مثلا : ۲۲۰ +/-۲۰%

 

چه وسایلی را نمی توان به UPS وصل نمود؟

یو پی اس معمولا دستگاهی انعطاف پذیر است ، اما نوع خاصی از بارها هستند که نباید آنها را به روش متدوال به یو پی اس وصل نمود ، این بارها عبارتند از :

  1.  لامپهای فلورسنت یا لامپهای گازی
  2. موتورها و کمپرسورها
  3. دستگهاههای تهویه مطبوع
  4. پرینترهای لیزری

 

چه مواردی در UPS باید مرتب بازبینی شود؟

در ups ها به صورت دوره ای باید مواردی مرتب چک گردد که آنها شامل ولتاژ و فرکانس ورودی و خروجی ، توان مصرفی ups ، دمای محیط و دمای داخلی ups ، مسیرهای تهویه و فنهای داخلی ups ، جریان شارژ باتریها؛ با قطع ورودی ups و اطمینان از سالم بودن کلیه باتریها در هنگام back up ، اطمینان از سالم بودن کلیه کلیدهای ورودی و خروجی و غیره …

 

عوامل موثر در افزایش طول عمر UPS و باتری چیست؟

انواع مختلف یو پی اس و سیستمهای گوناگون وابسته به آنها و باتریها به منظور اطمینان از داشتن مساعدترین وضعیت کاری به سرویس و نگهداری دوره ای و به خصوص تعویض برخی قطعات نیازدارند . 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 و همچنین تعویض قطعات در پایان عمر مفید آنها که این باعث افزایش طول عمر سیستم می گردد . ( در مورد شرایط سرویس و نگهداری به سئوال یک و دو مراجعه کنید)