تامین برق بدون وقفه (UPS): نمودار بلوکی و توضیحات

UPS (Uninterruptible Power Supply) چیست؟

یک منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) به عنوان یک قطعه از تجهیزات برقی تعریف می‌شود که در صورت خرابی منبع تغذیه اصلی، به عنوان منبع تغذیه فوری برای بار متصل شده استفاده می‌شود.

در یک UPS، انرژی معمولاً در چرخ‌های پروازی، باتری‌ها یا سوپر خازنه‌ها ذخیره می‌شود. وقتی با سایر سیستم‌های تامین تغذیه فوری مقایسه می‌شود، UPS مزیت حفاظت فوری در برابر وقفه‌های تغذیه ورودی را دارد.

زمان کاری آن روی باتری بسیار کوتاه است؛ اما این زمان کافی است تا دستگاه‌های متصل (کامپیوترها، تجهیزات مخابراتی و غیره) به صورت ایمن خاموش شوند یا یک منبع تغذیه پشتیبان روشن شود.

UPS می‌تواند به عنوان یک دستگاه محافظ برای سخت‌افزارهایی که با قطع ناگهانی برق می‌توانند آسیب جدی یا ضرر بسیاری ببینند، استفاده شود.

منبع تغذیه بدون وقفه، پشتیبانی باتری و پشتیبانی چرخ پروازی نام‌های دیگری هستند که معمولاً برای UPS استفاده می‌شود. اندازه‌های موجود UPS از 200 VA که برای یک کامپیوتر واحد استفاده می‌شود تا چندین واحد بزرگ تا 46 MVA متغیر است.

نقش‌های اصلی یک UPS

وقتی هر گونه خرابی در منبع تغذیه اصلی رخ دهد، UPS برای مدت کوتاهی تغذیه را تأمین می‌کند. این نقش اصلی UPS است. علاوه بر این، آن می‌تواند برخی از مشکلات عمومی تغذیه مربوط به خدمات برق را در درجات مختلف اصلاح کند.

مشکلاتی که می‌توانند اصلاح شوند شامل افزایش ولتاژ (افزایش پایدار ولتاژ)، نویز، کاهش سریع ولتاژ ورودی، تحریف هارمونیک و ناپایداری فرکانس در شبکه است.

نوع‌های UPS

به طور کلی، سیستم UPS به سه دسته تقسیم می‌شود: UPS آنلاین، UPS آفلاین و UPS تعاملی خط. طراحی‌های دیگر شامل هیبرید آنلاین آفلاین، آفلاین-فریرو و تبدیل دلتا آنلاین است.

UPS آفلاین

این UPS همچنین به عنوان سیستم UPS آماده‌باش نیز شناخته می‌شود که فقط ویژگی‌های اساسی را ارائه می‌دهد. در اینجا، منبع اصلی AC فیلتر شده (در مسیر جامد در شکل 1 نشان داده شده) است.

وقتی قطع برق رخ می‌دهد، سوئیچ انتقال منبع پشتیبان (در مسیر خط‌چین در شکل 1 نشان داده شده) را انتخاب می‌کند.

بنابراین می‌توان به وضوح دید که سیستم آماده‌باش تنها زمانی که هر گونه خرابی در شبکه اصلی رخ دهد، شروع به کار می‌کند. در این سیستم، ولتاژ AC ابتدا مستقیم شده و در باتری ذخیره‌سازی متصل به مستقیم‌کننده ذخیره می‌شود.

وقتی قطع برق رخ می‌دهد، این ولتاژ DC با استفاده از یک مبدل توان به ولتاژ AC تبدیل شده و به بار متصل به آن منتقل می‌شود.

این کم‌هزینه‌ترین سیستم UPS است و علاوه بر پشتیبانی، محافظت در برابر افزایش ولتاژ را نیز ارائه می‌دهد. زمان انتقال می‌تواند حدود 25 میلی‌ثانیه باشد که مرتبط با زمانی است که سیستم UPS برای تشخیص ولتاژ از دست رفته شبکه لازم دارد. دیاگرام بلوکی در زیر نشان داده شده است.

UPS آنلاین

در این نوع UPS، روش تبدیل دوگانه استفاده می‌شود. در اینجا، ابتدا ورودی AC با استفاده از فرآیند مستقیم‌سازی به DC تبدیل شده و در باتری شارژ‌پذیر ذخیره می‌شود.

این DC با استفاده از فرآیند معکوس‌سازی به AC تبدیل شده و به بار یا تجهیزات متصل (شکل 2) داده می‌شود.

این نوع UPS در مواردی که جداکننده الکتریکی الزامی است استفاده می‌شود. این سیستم به دلیل طراحی مبدل‌های مداوم و سیستم‌های خنک‌سازی کمی گران‌تر است.

در اینجا، مستقیم‌کننده که با جریان AC عادی جریان تغذیه می‌شود، مستقیماً مبدل را می‌راند. بنابراین این به عنوان UPS تبدیل دوگانه نیز شناخته می‌شود. دیاگرام بلوکی در زیر نشان داده شده است.

وقتی هر گونه قطع برق رخ دهد، مستقیم‌کننده هیچ نقشی در مدار ندارد و تغذیه پایدار ذخیره شده در باتری‌ها که به مبدل متصل شده‌اند، با استفاده از سوئیچ انتقال به بار داده می‌شود.

هنگامی که تغذیه بازگردانده می‌شود، مستقیم‌کننده شروع به شارژ کردن باتری‌ها می‌کند. برای جلوگیری از گرم شدن باتری‌ها به دلیل مستقیم‌کننده با توان بالا، جریان شارژ محدود می‌شود. در زمان قطع برق اصلی، این سیستم UPS با زمان انتقال صفر عمل می‌کند.

دلیل این امر این است که منبع پشتیبان به عنوان منبع اصلی عمل می‌کند و نه ورودی AC اصلی. اما وجود جریان ورودی و جریان بار گام‌به‌گام می‌تواند در این سیستم منجر به زمان انتقال حدود 4-6 میلی‌ثانیه شود.

UPS تعاملی خط

برای کسب‌وکارهای کوچک و سرورهای بخشی و وب‌ها، UPS تعاملی خط استفاده می‌شود. این تقریباً مشابه UPS آفلاین است.

تفاوت آن اضافه شدن ترانسفورماتور تغییر تاپ است. تنظيم ولتاژ توسط این ترانسفورماتور تغییر تاپ با تغییر تاپ بر اساس ولتاژ ورودی انجام می‌شود. فیلتر کردن اضافی در این UPS منجر به کاهش کمتر گذرایی می‌شود. دیاگرام بلوکی در زیر نشان داده شده است.