منبع توان بدون وقفه یا منبع برق بدون وقفه، به اختصار یو پی اس (UPS) نامیده می‌شود. سیستم یو پی اس، یک منبع مستقل برای توان متناوب است که به منظور تغذیه‌ی بارهای الکتریکی حساسی همچون مرکز کامپیوتری، مرکز تلفن و بسیاری از سیستم‌های کنترل و بررسی فعالیت‌های صنعتی، مورد استفاده قرار میگیرد. تمام موارد ذکر شده مستلزم وجود توان با کیفیت بالا هستند.
برای بارهای الکتریکی حساس، از یو پی اس جهت تامین رابط توان میان منبع تغذیه و بارهای حساس استفاده می‌شود. این دستگاه ولتاژی با خصوصیات زیر ایجاد می‌کند:
- اشکالات موجود در منبع برق اصلی بر روی آن‌ها تاثیری ندارد و مطابق با تلرانس دقیق بارها تامین می‌گردد.
- در زمان قطعی برق و با همان تلرانس دقیق مشخص، در دسترس هستند.
سیستم‌های یو پی اس با کمک موارد زیر، به ویژگی‌های ۱ و ۲ در خصوص دسترسی به توان و کیفیت بالا دست می‌یابند:
- بارهایی که مطابق با استفاده از یک اینورتر با تلرانس دقیق بالا تغذیه شده باشند.
- تامین یک منبع متناوب مستقل از طریق به کارگیری باتری
- جایگزینی منبع برق بدون زمان انتقال، یعنی بدون هیچ گونه وقفه در منبع توان، از طریق استفاده از یک سوییچ استاتیک به بار منتقل می‌شود.
این ویژگی‌ها، واحدهای یو پی اس را به یک منبع توان فوق العاده برای تمامی لوازم برقی حساس تبدیل می‌کند زیرا بدون توجه به شرایط منبع توان، توان با کیفیت بالا و دسترسی دائم در اختیار ما قرار می‌دهد.
اجزای اصلی یک سیستم یو پی اس
یک یو پی اس از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
- یکسوساز/ شارژر که برای شارژ کردن یک باتری و تغذیه‌ی یک اینورتر، توان DC تولید می‌کند.
- اینورتر، که بدون هیچگونه اختلال در منبع اصلی توان، به ویژه قطعی‌های کوتاه توان الکتریکی با کیفیت تولید می‌کند، و با تلرانس دقیق ملزومات دستگاه‌های الکترونیکی حساس مطابقت دارد.
- باتری، که زمان پشتیبانی لازم برای اطمینان از ایمنی طول عمر و ویژگی‌های آن را با جایگزینی منبع تغذیه بر اساس نیاز فراهم می‌سازد.
- سوییچ استاتیک، یک دستگاه با ویژگی‌های نیمه رسانا که بار را بدون هیچگونه قطعی در منبع تغذیه‌ی توان از اینورتر به منبع تغذیه و برعکس انتقال می‌دهد.
انواع سیستم‌های یو پی اس ثابت
انواع یو پی اس‌های ثابت بر اساس استاندارد IEC 62040 تعریف می‌شوند. این استاندارد تمایز میان سه حالت مختلف عملکرد یو پی اس را نشان می‌دهد:
- یو پی اس غیرفعال (که آفلاین نیز نامیده می‌شود)
- لاین اینتراکتیو
- دابل کانورژن (که به آن آنلاین نیز گفته می‌شود)
این تعاریف عملکرد یو پی اس را با توجه به منبع توان از جمله سیستم توزیع یو پی اس در بر میگیرد. در استاندارد IEC 62040 به موارد زیر اشاره شده است:
. توان اولیه: توان معمولا به طور مداوم در دسترس است که اغلب توسط یک شرکت منبع تغذیه‌ی الکتریکی و برخی مواقع توسط تولید شخصی مصرف کننده تامین می‌گردد.
. توان استندبای: این توان باید در زمان قطعی توان اولیه، جایگزین آن شود.
. توان بای پس: توان تامین شده به وسیله‌ی بای پس.
عملکرد یو پی اس در حالت استندبای غیرفعال
قوانین عملکرد
اینورتر با ورودی AC در یک استندبای به صورت موازی و به شکل زیر متصل می‌شود:
یو پی اس در حالت استندبای غیرفعال. منبع تصویر: Schneider Electric
عملکرد حالت عادی
در عملکرد حالت عادی، بار از طریق یک فیلتر که اختلالات خاص را حذف می‌کند، توسط منبع توان تغذیه شده و تا حدودی سبب تنظیم ولتاژ می‌شوند (IEC 62040 نوعی آماده سازی توان را مشخص می‌کند). اینورتر در حالت استندبای غیرفعال کار می‌کند.
عملکرد حالت باتری پشتیبان
در عملکرد حالت باتری پشتیبان، زمانی که ولتاژ ورودی AC از تلرانس دقیق تعیین شده برای یو پی اس خارج شده و یا منبع توان قطع شود، اینورتر و باتری شروع به کار کرده و یک منبع مداوم توان را برای بار، با زمان انتقال کمتر از ۱۰ ثانیه فراهم می‌کنند. یو پی اس تا به اتمام رسیدن شارژ باتری پشتیبان و یا برگشتن منبع برق به حالت عادی، به عملکرد خود با توان باتری ادامه می‌دهد، که سبب انتقال بار به ورودی AC (حالت عادی) خواهد شد.
کاربردها
این تنظیمات توافقی است میان یک سطح قابل قبول از محافظت در برابر اختلالات و هزینه‌ها. تنها با مقدار توان پایین‌تر از 2kVA مورد استفاده قرار میگیرد.
محدودیت‌ها
یو پی اس بدون یک سوییچ استاتیک حقیقی کار می‌کند، پس یک زمان مشخص برای انتقال بار به اینورتر لازم است. این زمان برای کاربردهای شخصی مشخص قابل قبول است، اما با عملکرد مورد نیاز سیستم‌های بسیار حساس‌تر و پیچیده‌تر (مرکز کامپیوتری بزرگ، مرکز تلفن و غیره) مغایرت دارد. علاوه بر این، فرکانس تنظیم نشده و بای پس وجود ندارد.
عملکرد یو پی اس در حالت لاین اینتراکتیو
اینورتر با ورودی AC در تنظیمات استندبای به صورت موازی متصل است، اما در عین حال باتری را نیز شارژ می‌کند. بنابراین همانند تصویر زیر با منبع ورودی AC در تعامل است:
یو پی اس در حالت لاین اینتراکتیو. منبع تصویر: Schneider Electric
عملکرد حالت عادی
در عملکرد حالت عادی، بار به وسیله‌ی جبران‌ساز توان و از طریق اتصال موازی ورودی AC و اینورتر تغذیه می‌شود. اینورتر جبران‌سازی ولتاژ خروجی را بر عهده گرفته و یا باتری را شارژ می‌کند. فرکانس خروجی به فرکانس ورودی AC بستگی دارد.
عملکرد حالت باتری پشتیبان
در این حالت عملکردی، زمانی که ولتاژ ورودی AC خارج از تلرانس دقیق مشخص شده برای یو پی اس کمتر یا بیش‌تر باشد و یا اینکه منبع تغذیه قطع شود، اینورتر و باتری وارد کار شده و با استفاده از یک سوییچ استاتیک که ورودی AC را به منظور جلوگیری از جریان سر بالای توان از اینورتر قطع می‌کند، یک منبع توان مداوم را برای انتقال بار بدون هیچگونه وقفه ایجاد می‌کنند. یو پی اس به عملکرد خود با توان باتری ادامه می‌دهد تا زمانی که شارژ باتری پشتیبان تمام شده و یا منبع برق به حالت عادی بازگردد، که سبب انتقال به بار و برعکس به ورودی AC (حالت عادی) می‌گردد.
عملکرد حالت بای پس
این نوع یو پی اس به یک بای پس تجهیز شده است. در حالت بای پس، اگر یکی از عملکردهای یو پی اس از کار بیافتد، بار به ورودی AC بای پس منتقل می‌شود (که با توجه به تنوع نصب، از منبع برق اصلی یا توان استندبای تغذیه می‌شوند).
کاربردها و محدودیت‌ها
تنظیمات یو پی اس برای استفاده در بارهای حساس با گستره‌ی توان متوسط تا بالا مناسب نیست، زیرا در این‌صورت تنظیم فرکانس غیرممکن خواهد بود. به همین دلیل، به ندرت برای مقادیر کم توان مورد استفاده قرار میگیرد.
عملکرد یو پی اس در حالت دابل کانورژن (آنلاین)
قوانین عملکرد
همانطور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، در این نوع از یو پی اس، اینورتر به صورت سری بین ورودی AC متصل می‌شود:
یو پی اس در حالت دابل کانورژن. منبع تصویر: Schneider Electric
عملکرد حالت عادی
در طول عملکرد عادی، تمام توان تامین شده برای بار از درون یکسوساز/ شارژر و اینورتر که در کنار یکدیگر به عنوان یک دابل کانورژن عمل می‌کنند (AC به DC به AC) عبور می‌کند.
عملکرد حالت باتری پشتیبان
در حالت باتری پشتیبان، زمانی که ولتاژ ورودی AC از تلرانس دقیق تعیین شده برای یو پی اس خارج شود و یا در صورت قطعی برق، اینورتر و باتری وارد عمل شده و یک منبع توان مداوم را برای انتقال بار بدون وقفه از طریق یک سوییچ استاتیک فراهم می‌سازند. یو پی اس به عملکرد خود با باتری ادامه می‌دهد تا زمانی که شارژ باتری به پایان رسیده و یا منبع برق اصلی به حالت اولیه بازگردد، که سبب انتقال بار به ورودی AC (حالت عادی) می‌گردد.
عملکرد حالت بای پس
این نوع یو پی اس معمولا با یک بای پس استاتیک همراه است که برخی مواقع از آن با عنوان سوییچ استاتیک نیز یاد می‌شود. بار بدون وقفه در مواقع قطعی یو پی اس، انتقال جریان بار (جریان هجومی یا جریان‌های اشتباه) یا اوج بار، به ورودی AC بای پس (که با توجه به نوع نصب، توسط منبع برق اصلی یا توان استندبای تغذیه می‌شود) منتقل می‌شود. حضور یک بای پس به این معنی است که فرکانس‌های ورودی و خروجی یکسان هستند و اگر سطوح ولتاژ مشابه نباشد، به یک ترانسفورماتور بای پس نیاز خواهیم داشت.
برای برخی از بارهای خاص، یو پی اس را می‌بایست با توان بای پس همگام نمود تا از تداوم تامین بار اطمینان یابیم. علاوه بر این، زمانی که یو پی اس بر روی حالت بای پس قرار دارد، یک تداخل در منبع ورودی AC ممکن است مستقیما به بار منتقل شود، زیرا اینورتر دیگر در این وضعیت دخالتی نخواهد داشت. یک خط بای پس دیگر، که اغلب با نام بای پس نگهداری شناخته می‌شود، برای اهداف نگهداری در دسترس قرار میگیرد. این مورد به وسیله‌ی سوییچ غیر اتوماتیک بسته می‌شود.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع مطلب: electricalengineeringtoolbox
منبع تصویر اصلی: timesofisrael
