منبع تغذیه UPS برق اضطراری یا بدون وقفه که اصطلاحا به آن یو پی اس نیز می گویند، یک دستگاه ذخیره برق 220 ولت است که در صورت قطع برق، می تواند برق اضطراری و مورد نیاز دستگاه های برقی و حساس را تامین کند.
یو پی اس را می توان یک نوع سیستم قدرت پیوسته در نظر گرفت. زمان استفاده از ظرفیت برق ذخیره شده توسط یو پی اس ها معمولا کوتاه است، اما برای راه اندازی مجدد سیستم های آماده به کار یا جلوگیری از خاموش شدن ناگهانی تجهیزات گزینه مناسبی به شمار می رود.
مشخصات فنی یو پی اس
انواع مختلفی از یو پی اس ها تولید می شوند که روش کار متفاوتی دارند، اما هدف همه آنها ذخیره سازی انرژی الکتریکی و تامین آن در مواقع مورد نیاز است.
نوع ups:
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:
- یو پی اس آفلاین یا آماده به کار (Standby)
- یو پی اس لاین اینتراکتیو یا خط تعاملی (Line Interactive)
- یو پی اس آنلاین (Online UPS)
اندازه و طراحی یو پی اس ها تعیین کننده مدت زمان لازم برای ذخیره برق 220 ولت توسط آنها است. در دستگاه های برق اضطراری شرایط تامین و انتقال بار در هر یک از این حالت ها متفاوت است و بر همین اساس، هر یک از این یو پی اس ها در موقعیت های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند.
اندازه بار:
ماکزیمم ظرفیت نامی دستگاه بر حسب ولت-آمپر
یک یو پی اس کاربردی، با باتری به منبع برق (برق ورودی) متصل می شود، انرژی مورد نیاز را جذب می کند و در نهایت بار دریافتی را برای انتقال به خروجی، اصلاح می کند. میزان مصرف برق در رابطه با یو پی اس ها برحسب ولت آمپر (VA) و یا (KVA) اندازه گیری می شود که برخی از افراد به این واحد اندازه گیری، کاوآ هم می گویند.
اکثر یو پی اس های دارای ظرفیت زیر 1 کیلوولت آمپر، از انواع یو پی اس های اینتراکتیو و آماده به کار هستند که معمولا نسبت به انواع دیگر، هزینه های کمتری هم دارند.
بعضی دستگاهها صراحتاً میزان “وات” را نیز مشخص نموده اند در غیر اینصورت باید ضریب فاکتور ups توسط سازنده مشخص شود تا بتوان اندازه قدرت ups را تعیین نمود.
مشخصات فیزیکی
اندازه یو پی اس ها از سیستمی که برای محافظت از خاموشی ناگهانی کامپیوتر جلوگیری می کند، تا واحدهای بزرگ تری که تعداد زیادی مراکز داده دارند، متفاوت است.
وزن: بعضی از دستگاههای بزرگ بسیار سنگین هستند و نیاز به دو نفر برای جا به جا کردن آن میباشد.
یو پی اس ها در طراحی های مختلفی تولید می شوند، اما رایج ترین نوع آنها طرح قفسه یا رک مونت و ایستاده یا کابینت که با عناوین مدل برج یا Tower هم شناخته می شوند، می باشد. در طراحی به صورت ایستاده، یو پی اس ها به صورت عمودی، روی زمین، میز یا هر سطح صاف دیگری قرار می گیرند. این طرح از یو پی اس ها، معمولا در ایستگاه های کامپیوتری و اتاق های سرور مورد استفاده قرار می گیرند.
نوع دیگری از یو پی اس ها که حالت نصب قفسه ای دارند و به آنها یو پی اس های رَک هم گفته می شود، در قفسه هایی با ابعاد استاندارد نصب می گردند. این نوع از یو پی اس ها معمولا در برنامه های کاربردی شبکه و سرور ها، استفاده می شوند. بعضی از مدل هایی که برای یو پی اس های قفسه ای در نظر گرفته می شوند، دارای رابط کاربری هستند که امکان چرخش 90 درجه را دارند و این امکان را به دستگاه می دهد که هم به صورت عمودی و هم در حالت قفسه ای، قابل استفاده باشد.
تعداد و نوع خروجی ها
رنگ
مشخصات محیطی
بیشتر کردن فواصل زمانی شارژ باتری
مشخصات ورودی
اتصال ورودی: نوع دوشاخه ای که کابل برق ups استفاده میکند (برای مدلهای بزرگتر بسیار مهم است)
مشخصات خروجی
نوع موج خروجی: مشخص میکند که دستگاه، موج سینوسی، مربعی یا مربعی اصلاح شده تولید میکند.
شکل موج رایج در بین یو پی اس ها به طور معمول شکل موج سینوسی است که از لحاظ نبود اعوجاج و نویز های اضافی، کاملا تمیز و محافظت شده است. این شکل موج در یو پی اس های دارای 2 کیلوولت آمپر و بالاتر دیده می شود و یو پی اس هایی که توان کمتر از 2 کیلووات داشته باشند، دارای خروجی غیرسینوسی خواهند بود.
همچنین شکل موج خروجی یو پی اس ها در حالتی که از طریق اتصال به برق کار می کنند با زمانی که در حالت ذخیره انرژی قرار دارند، متفاوت است. با در نظر گرفتن این مسئله که عموما شکل موج خروجی یو پی اس ها به صورت سینوسی است، می توان گفت که شکل موج ولتاژ خروجی در یو پی اس ها به طور کلی سه طبقه بندی اصلی دارد:
- موج سینوسی THD پایین که با نماد S نشان داده می شود.
- موج سینوسی THD متوسط که با نماد X نشان داده می شود.
- موج غیر سینوسی پله ای یا مربعی که با نماد Y معرفی می گردد.
THD یا Total Harmonic Distortion که به معنی اعوجاج هارمونیک کل در عملکرد خروجی یو پی اس است، به عنوان یک پارامتر کیفی، نشان دهنده میزان نزدیکی شکل موج خروجی یو پی اس به حالت سینوسی استاندارد است. به طور کلی هر چه شکل موج خروجی یو پی اس سینوسی تر یا اصطلاحا کاملا سینوسی باشد، عملکرد آن نیز مناسب تر بوده و راندمان بالاتری هم خواهد داشت.
شکل موج سینوسی، خروجی با کیفیتی است که در میان انواع خروجی های یو پی اس دارای کمترین نوسان ممکن از جریان برق AC است. یو پی اس هایی که برای کسب و کار های تولیدی، صنعتی و به طور کلی تجهیزات حساس، طراحی می شوند، دارای خروجی موج سینوسی هستند.
نکته جالب توجه در مورد شکل موج سینوسی این است که تضمین می کند تجهیزات متصل به منابع تغذیه فعال، در زمان تغییر حالت از اتصال به برق شهری به حالت باتری، دچار هیچ گونه تغییری نمی شوند.
بهتر است در مورد یو پی اس ها به این نکته توجه داشته باشید که تقریبا همه یو پی اس ها یک حالت نرمال از تامین برق ضروری مورد نیاز سیستم را ارائه می دهند و به طور اتوماتیک با توجه به نیاز تجهیزات، بین حالت بازدهی بالا و حالت عادی استاندارد، سوئیچ می کنند تا به تعادل مطلوبی بین حفاظت از بار الکتریکی و راندمان مناسب، برسند.
زمان انتقال یا عملکرد خروجی پویا: این مشخصه عبارت است از ماکزیمم زمان لازم برای ups تا بتواند خط قدرت را به باتری منتقل کند.
برای یک online ups واقعی، این زمان مساوی صفر است. برای یک standby ups این زمان معمولاً چند میلی ثانیه میباشد. شما باید این زمان را با زمان نگهداری منبع تغذیه خود مقایسه کنید و آن زمانی است که به شما میگوید ups تا چه مدتی قادر است ورودی خود را جداشده نگه دارد قبل از اینکه کاملاً قطع شود.
فیلترینگ، محدود کننده ولتاژهای گذرا و مشخصات تنظیم خط
مشخصات باتری
امکان افزایش باتری: آیا ups قابلیت افزودن باتری جدید برای افزایش ظرفیت را دارد؟ در اینصورت سیستم چگونه کار میکند؟
موارد دیگر:
نشانگرها و هشدارها: فهرستی از نشانگرهای LED بر روی دستگاه و توضیح اینکه هر کدام در چه زمانی هشدار میدهند.
کنترل و پایش سخت افزار و نرم افزار: شرح کوتاهی از تمام سیستمهای کنترلی که دستگاه دارد یا میتواند داشته باشد، شامل مشخصات انواع اتصالات و رابطهایی که میتواند توسط دستگاه مورد استفاده قرار گیرد.
مشخصات الکتریکی
مشخصات الکتریکی یک منبع تغذیه معرف کیفیت خروجیهای آن و همچنین توانایی آن در تحمل شرایط ویژه مانند قطعی و اختلالات در انرژی ورودی و همچنین تغییرات در باری که منبع تغذیه پشتیبانی میکند است. درحالیکه این مشخصات مهم است و معرف سطح کیفی منبع تغذیه است، باید تصدیق کنم که در بسیاری از حالات لازم نیست که حین خرید ups تمام این جزئیات را بدانید. شما فقط باید مطمئن شوید که مشخصات الکتریکی منبع تغذیه موردنظر، اختلاف فاحشی با دیگر منابع تغذیه مشابه ندارد.
برای منابعی با فاکتورهای شکل جدید، باید مشخصات ups برای هماهنگی با ویژگیهایی که در برگه مشخصات آورده شده است چک شود. بهغیراز آن، اختلافات کوچک را برای استخراج نتایج بزرگ بین دو منبع تغذیه بکار نبرید.
زمان نگهداری
احتمالاً مهمترین مشخصه الکتریکی یک منبع تغذیه است و آن، زمانی است که منبع تغذیه در صورت قطع ورودی میتواند خروجی خود را پوشش دهد. یک عدد معمولی برای این زمان ۲۰ میلیثانیه است (در منبع تغذیه وجود خازن صافی باعث میشود که این عدد کمی از صفر بیشتر باشد).
این مقدار معرف زمانی است که در صورت قطع شبکه برق، منبع تغذیه میتواند تحمل کند و بعد از آن دیگر نمیتواند یک سیگنال قدرت خوب را ارسال دارد. همچنین مهم است که این زمان را با زمان انتقال یو پی اس که قرار است برای کامپیوتر خود در نظر بگیرید، مقایسه کنید. زمان نگهداری باید به طور قابلملاحظهای از زمان انتقال بیشتر باشد تا احتمال وقوع مشکل کاهش یابد.
تنظیم بار
بعضی وقتها بنام تنظیم ولتاژ بازخوانده میشود. این مشخصه به توانایی منبع تغذیه برای تنظیم سطح ولتاژ خروجی زمانی که بار منبع کموزیاد میشود اشاره دارد. ولتاژ یک منبع انرژی DC با افزایش بار تمایل به کاهش دارد و برعکس ولتاژ یک منبع انرژی AC با افزایش بار تمایل به افزایش دارد.
هر چه منبع تغذیه بهتر باشد توانایی بیشتری برای یکنواختسازی این تغییرات خواهد داشت. تنظیم بار معمولاً برحسب درصدی از ولتاژهایی که منبع تغذیه تأمین میکند با علامت مثبت و منفی بیان میشود. ۲ تا ۶ درصد معمولی است. ۱ درصد هنوز خوب است
(سیگنالهای ۵- ولت و ۱۲- ولت حتی در دستگاههای بسیار خوب معمولاً بهتر از مثبت و منفی ۵ درصد نیستند؛ زیرا بههرحال این سیگنالها حاوی جریان ضعیف و اکثراً بدون فایده هستند).
تنظیم خط
متمم و کاملکننده، تنظیم بار است. این مشخصه توانایی منبع تغذیه را برای کنترل خروجی خود زمانی که ولتاژ ورودی AC از کمترین مقدار تا بیشترین مقدار قابلقبول تغییر میکند نشان میدهد. مجدداً مقدار هر سطح خروجی با عددی برحسب درصد (با علامت مثبت و منفی) نمایش داده میشود که +/- ۱ تا ۲ درصد معمولی است.
مؤلفه DC
برخی اوقات به آن موج AC میگویند. منبع تغذیه از ورودی AC، تولید میکند. اگرچه خروجی به طور خالص DC نیست. در هر سیگنال تعدادی مؤلفه AC وجود دارد که بخشی از آنها با سیگنال ورودی حمل میشود و برخی دیگر، از اجزای منبع تغذیه برداشته میشود.
البته مقادیر آنها بسیار کوچک است و اکثر منابع تغذیه این مقادیر را در فهرست مشخصات ضریب شکل خود نشان میدهند. ولی در برخی تجهیزات مانند موتورهای AC یا ترانسفورماتورهایی با ورودی AC این مقوله بسیار مهم است.
ترانسفورماتور با خروجی ایزوله شده تنها راه محافظت از تجهیزات گرانقیمت ما خواهد بود. مولفههای DC معمولاً برحسب میلیولت هستند که نشانگر اندازهگیری ولتاژ AC از مقدار منفی تا مثبت آن است. هرچه عدد کمتر باشد، بهتر است.
در یو پی اس بدون ترانسفورماتور معمولاً یک رزیستور متغیر برای تنظیم خروجی و کاهش مؤلفه DC وجود دارد ولی میدانیم که ضریب حرارتی رزیستور و دیگر قطعات الکترونیکی و نیز امکان تغییر تدریجی آنها از تغییرات مجاز میزان مؤلفه DC بر اساس استاندارد IEC بیشتر است.
واکنش ناپایدار
یک منبع تغذیه سوئیچ دار از یک حلقه بسته باز خور دار برای اندازهگیری مقدار خروجی منبع جهت کنترل نحوه عملکرد آن استفاده میکند. تقریباً مانند عملکرد یک ترمومتر و ترموستات برای کنترل دمای خانه. همانطور که در بخش تنظیم بار ذکر شد، ولتاژ خروجی یک سیگنال با تغییر بار حامل آن، تغییر میکند. عملاً وقتی که بار بهشدت تغییر میکند (چه کم شود و چه زیاد) بهتبع آن سطح ولتاژ نیز تغییری ناگهانی خواهد داشت.
این تغییر ناگهانی به نام یک واکنش ناپایدار خوانده میشود. اگر ولتاژی زیر یک بار سنگین ناشی از مصرف چند مؤلفه مختلف قرار داشته باشد و ناگهان غیر از یک مؤلفه، بقیه آنها دیگر جریان نکشند، ولتاژ مربوط به جریان باقیمانده ممکن است به طور موقت افزایش یابد. این پدیده را یک اضافه ولتاژ (overshoot) میگویند. واکنش ناپایدار بسیار سریع و تأثیرگذار است. اما منبع تغذیه میتواند خود را با این تغییرات ناگهانی تطبیق دهد. در اینجا مشخصات یک واکنش ناپایدار واقعی را باهم بررسی میکنیم:
خروجیهای ۵+ ولت و ۱۲+ ولت بهاندازه ۵ درصد در کمتر از یک میلیثانیه با یک تغییر ۲۰ درصدی در بار، برمیگردند.
معنای این حرف این است که برای خروجیهای ۵+ ولت و ۱۲+ ولت، اگر خروجی در یک سطح معین که آن را V1 مینامیم قرار داشته باشد و جریان بار آن سیگنال بهاندازه حداکثر ۲۰ درصد کاهش یا افزایش یابد، ولتاژ مربوط به آن خروجی در یک میلیثانیه به مقدار ۵ درصد V1 بازمیگردد. واضح است که واکنشهای سریعتر و نزدیکتر به ولتاژ مبدأ بهتر است.
حداکثر فشار جریان/ جریان سریع و غیرعادی ورودی
بیشترین مقدار جریانی که یک منبع تغذیه در لحظهای که برای اولینبار روشن میشود میکشد. این عبارت، بعضیاوقات برای نشاندادن اینکه منبع تغذیه در هنگام روشنشدن در معرض چه مقدار شوک قرار دارد استفاده میشود. هرچه این مقدار کمتر باشد بهتر است.
حفاظت در مقابل ولتاژ اضافی
علاوه بر مشخصکردن یک سطح ولتاژ ماکزیمم، منابع تغذیه خوب شامل محافظی در مقابل افزایش ولتاژ خروجی از یک سطح بحرانی هستند. اگر به هر دلیلی ولتاژ خطوط ۳٫۳+ ولت، ۵+ ولت، یا ۱۲+ ولت از مقدار معینی بالاتر رود، منبع تغذیه آن خروجی را غیرفعال خواهد کرد.
عدد این ولتاژ اضافه معمولاً با عبارت «نقطه گردش ولتاژ» بیان میشود (مثلاً ۶٫۲۵+ ولت برای خط ولتاژ ۵+ ولت) و یا با یک عبارت درصدی که برای مثال ذکر شده ۱۲۵% خواهد بود. این مشخصه همچنین میگوید که واکنش یک UPS در قبال تشخیص یک ولتاژ اضافه چه خواهد بود که معمولاً دستگاه Reset خواهد شد.
حفاظت در مقابل جریان اضافی
اگر جریان خروجیهای منبع تغذیه از حد مجاز تعریف شده بیشتر شود، بعضی از منابع تغذیه این شرایط را تشخیص میدهند و دستگاه را Reset میکنند. منبع تغذیه مشخص میکند که چه مقدار جریان اضافه برای هر ولتاژ خروجی باعث بروز این اتفاق شده است.