متداول ترین آرایش های یو پی اس

متداول ترین آرایش های یو پی اس

انواع UPS

روشهای مختلفی در پیاده سازی آرایشهای متنوع یوپیاس استفاده میشود هر کدام
هم دارای یک یا چند ویژگیهای عملکردی ممتاز است به نحوی که ادامه ساخت و
استفاده از آن ساختار را توجیه و منطقی میسازد این کاربر است که باید متناسب با نیاز
خود و شناخت دقیق این سیستمها بهترین گزینه را برای کاربرد مورد نظرش
برگزیند. متداولترین آرایشهای یوپی اس در ادامه تشریح شدهاند :
1 ساختار آماده به کار
2 ساختار درتعامل با خط
3 ساختار آماده به کار از نوع فررو
4 ساختار بر خط با تبدیل دوگانه
5 ساختار دلتا

ساختار آماده به کار (Standby UPS)

یوپی اس های با ساختار آماده به کار رایجترین نوع UPS مورد استفاده برای رایانههای
شخصی و مصارف توان پایین در محیطهای غیرصنعتی محسوب میشوند. در بلوک
دیاگرام نشان داده شده در شکل 5، سوئیچ انتقال طوری برنامه ریزی شده است که
همواره ورودی AC ( که معمولاً فیلترشده هم است) را به عنوان منبع تغذیه اصلی برای
مصرفکننده انتخاب میکند (خط توپر نشان داه شده در شکل )5 ، این سوئیچ مسیر
باتری / اینورتر به سمت مصرفکننده را (به عنوان منبع پشتیبان برای مدت زمانی که
وقفهای در مسیر تغذیه اصلی رخ دهد) جایگزین مسیر تغذیه اصلی بار خواهد کرد
(مسیر خط چین). اینورتر فقط وقتی که برق قطع شود روشن خواهد شد، از این رو
است که به این ساختار عنوان “آماده به کار”اطلاق میشود .
راندمان بالا، اندازه کوچک و قیمت و حجم و وزن کم از مزایای اصلی این ساختار
میباشد. با فیلتر مناسب و تقویت مدارات الکتریکی، این سیستم قادر خواهد بود تا
عملکرد مطلوبی را در حذف نویز و حفاظت از اضافه ولتاژهای گذرای لحظهای داشته
باشد.محدودیت توان خروجی دستگاه؛ انتقال مشکلات کیفیت توان شبکه از طریق
مسیر بایپاس به بار؛ وقفه کوتاه مدت تغذیه در زمان از دست رفتن برق اصلی؛ بار
لحظهای 100% بر روی اینورتر در زمان قطع برق شهر؛ محدودیت بخش قدرت مبدل

برای کار طولانی مدت اینورتر (محدودیت زمان پشتیبانی بار) از جمله معایب این ساختار
محسوب میشود.

یوپی اسهای در تعامل با خط (Online UPS)

UPSهای با ساختار در تعامل با خط که در شکل 6 نشان داده شده است، شایعترین
طرح مورد استفاده برای کسب و کار کوچک، کاربران وب و سرورهای محدود است. در
این طراحی، مبدل برق باتری به AC ( اینورتر) همیشه به خروجی AC دستگاه متصل
است ولی اینورتر در زمانهایی که تغذیه AC و رودی شرایط مطلوبی دارد به صورت
معکوس عمل کرده و شارژ باتری را انجام میدهد

هنگامی که تغذیه ورودی قطع میشود، سوئیچ تغذیه ورودی باز شده و تغذیه از طریق
انرژی ذخیره شده در باتری و مسیر اینورتر UPS ادامه مییابد. با اینورتر همیشه روشن
و متصل به خروجی، این ساختار تغذیه فیلتر شده و بهتری با زمان جابجایی کمتر در
مقایسه با ساختار “آماده به کار”خواهدداشت .
علاوه بر این، ساختارهای در تعامل با خط معمولاً مجهز به یک ترانسفورماتور با سرهای
ولتاژی مختلف است. این قابلیت امکان تنظیم ولتاژ خروجی دستگاه را با تغییر تپ
ترانسفورماتور به رغم تغییر ولتاژ ورودی را برای UPS فراهم میسازد. تنظیم ولتاژ برای
شرایطی که ولتاژ ورودی کم و زیاد میشود یک ویژگی مهم و ارزشمند است، در
غیراینصورت تغذیه خروجی یوپیاس به باتری منتقل شده و در نتیجه زمان پشتیبانی
مصرف کننده برای زمانی که تغذیه به طور کامل قطع شود کاهش خواهد یافت
همچنین این نوع استفاده مکرر از باتری میتواند باعث از کار افتادگی سریع باتری

شود. با این حال، این امکان هم وجود که در این ساختار اینورتر طوری طراحی شود که
حتی در صورت خرابی آن ادامه تغذیه از طریق ورودی AC و مسیر بایپاس ادامه یابد،
به نحوی که احتمال وقفه تغذیه خروجی به خاطر تک مسیر بودن منبع تغذیه منتفی
شود و دو مسیر تأمین تغذیه تقریباً مستقل از هم و کارآمد برای مصرفکننده فراهم
گردد .
راندمان بالا، اندازه کوچک، قیمت کم و قابلیت اطمینان بالا همراه با قابلیت اصلاح
افزایش و کاهش ولتاژ ورودی این نوع UPS را در محدوده قدرت 0.5 تا 5 کیلوولت
آمپر به گزینه جذابی تبدیل کرده است .
هرچند با برخی تمهیدات در مسیر Bypass، مشکلات کیفیت توان شبکه در خروجی
دستگاه کمتر از ساختار آماده به کار است ولی سایر معایب ساختار مذکور را دارد.

ساختار آماده به کار – فررو
UPS آماده به کار از نوع فررو در گذشته یکی از جذابترین مدلهای UPS برای محدوده
قدرت 3 تا 15 کیلوولت آمپر بود. این ساختار متکی بر ترانسفورماتور اشباعشونده
ویژه ای بود که دارای سه سیمپیچ قدرت بود. مسیر تأمین تغذیه اصلی و از پیش تعیین
شده در این ساختار عبارت است از ورودی AC که پس گذر از یک سوئیچ انتقال و
ترانسفورماتور به خروجی میرسد. در صورت قطع برق ورودی، سوئیچ انتقال باز شده، و
اینورتر تأمین تغذیه بار خروجی را بر عهده میگیرد

در مدل آماده به کار از نوع فررو، اینورتر در حالت آماده به کار بوده و هنگامی که تغذیه
ورودی قطع شود، سوئیچ انتقال باز و اینورتر روشن میشوذ. ترانسفورماتور که دارای
یک قابلیت ویژه بنام “فرو رزونانس” است، یک حد محدودی از تنظیم ولتاژ و تصحیح
شکل موج خروجی را برعهده دارد. ایزولاسیون از شبکه قدرت AC ورودی که توسط
ترانسفورماتور فرو رزونانس فراهم میشود به خوبی یا بهتر از هر نوع فیلتر در
دسترس عمل میکند . اما خود ترانسفورماتور فررو، اعوجاج شدید ولتاژ خروجی و حالت
گذرا را به دنبال دارد، که میتواند به مراتب بدتر از اتصال بار به یک شبکه AC با
کیفیت توان پایین باشد .
هرچند این نوع یوپیاس هم در دسته بندیها جزء ساختار آماده به کارها قرار میگیرد
ولی این ساختار، تولید مقدار زیادی گرما به دلیل استفاده از یک ترانسفورماتور فرو
رزونانس با راندمان ذاتی پایین را به دنبال دارد. این ترانسفورماتورها همچنین بزرگ و
حجیم و سنگین هستند به همین خاطر UPSهای آماده به کار از نوع فررو به طور کلی
بسیار بزرگ و سنگین میشوند. ا یوپی سهای آماده به کار از نوع فررو رزونانس توسط
برخی از سازندگان به عنوان یوپی اسهای Online معرفی میشوند. ولی واقعیت این
است که هر چند آنها مجهز به یک سوئیچ انتقال هستند، ولی اینورتر آنها در حالت
آماده به کار بوده و فقط با قطع برق ACوارد مدار شده و مشخصات لحظات جابجایی –

وقفه کوتاه مدت – در آنها دیده میشود (دقیقاً مشابه مدلهای آماده به کار). شکل 7
توپولوژی UPSهای آماده به کار از نوع فررو رزنانس را نشان میدهد.

قابلیت اطمینان نسبتاً بالا و فیلتر Passive بسیار عالی از نقاط قوت این طرح است. با
این حال، این طرح به علت راندمان بسیار پایین و ناپایداری دستگاه در کار با ژنراتور و
یا شبکههای با امپدانس داخلی بالا و تأمین تغذیه برای کامپیوترهایی که تغذیه آنها
مجهز به سیستم اصلاح ضریب توان هستند محبوبیت خود را به نحو قابل توجهی از
دست داده است. دلیل اصلی اینکه یوپیاسهای آماده به کار از نوع فررو از دور خارج
شده و دیگر استفاده نمیشوند این است که آنها هنگام تأمین تغذیه برای کامپیوتر
مدرن دچار ناپایداری میشوند. تمام سرورهای بزرگ و تجهیزات دوار از منابع تغذیه

مجهز به “تصحیح کننده ضریب قدرت” استفاده میکنند تا جریانی که از شبکه
میکشند مانند یک لامپ رشتهای کاملاً سینوسی بوده و توان راکتیو مصرف نکنند .
این جریان صاف در خازنهایی ذخیره شده و برای تغذیه دستگاهها که به صورت ‘پیش
فاز’ نسبت به ولتاژ عمل میکنند استفاده میشود در حالی که یوپیاس فرو رزونانس از
یک ترانسفورماتور با هسته آهنی نسبتاً سنگین استفاده میکند که دارای خاصیت سلفی
بوده و عملاً جریانی “پس فاز ” نسبت ولتاژ دارند. ترکیب این دو مدار میتواند یک
مدار رزونانسی (تشدید) ایجاد کند. وقتی شرایط تشدید رزونانسی به وجود آید مدار به
صورت یک حلقه اتصال کوتاه عمل کرده و جریانکشی شدیدی را در ورودی ایجاد
میکند که میتواند منجر به قطع تغذیه و خسارت برای مصرفکننده شود.