بنام خدا
مقاله تحقیقاتی یو پی اس (ویرایش اول)
فصل اول "یو پی اس چیست"
توضیحات : این مقاله حاوی سه قسمت با عناون مختلف از سستم یو پی اس می باشد. قبل از خرید هر قسمت از مقاله لطفا به عناوین ذکر شده در هر قسمت دقت فرمائید.
http://pardiselec.farafile.ir
فصل اول: یو پی اس چیست؟
1-1) مقدمه فصل اول
1-2) توان یوپی اس
1-3) یو پی اس های موجود در بازار
1-4) سیستم های رومیزی
1-5) سیستم هایی با توان بسیار پایین – بیش ازتوان VA 250
1-6) سیستم های توان پایین -VA 500-2000
1-7) سیستم هایی با توان بسیارپایین – بیش ازتوان 250 VA
1-8) سیستم های توان بالا KVA 30-400
1-9) ساختار یو پی اس
1-9-1) یو پی اس Off-Line
1-9-2) سیستم Line-Interactive
1-9-2-1) طراحی ترانس Buck/Boos
1-9-2-2) طراحی ترانس فرو رزونانس
1-9-3) سیستم On- Line
1-10) اگر یو پی اس خراب شودچه اتفاقی می افتد؟
1-11) سیستمهای موازی
1-11-1) سیستم Redundancy
2-11-1) کنترل سیستم موازی
1-12) نتیجه گیری فصل اول
مقدمه
یو پی اس به معنای منبع تغذیه بدون وقفه است. هدف اصلی یو پی اس تامین انرژی بدون هیچ وقفه برای دستگاه ها و تجهیزاتی است که از آن محافظت میکند. این دستگاه بین منبع برق ورودی و بار قرار دارد. بعضی دستگاه ها بسیار حساس هستند و قطع برق موجب آسیب به دستگاه میشود. به همین دلیل از این دستگاه استفاده میشود تا از صدمات مالی و جانی جلوگیری شود. به طور کلی یو پی اس از سه قسمت اصلی تشکیل شده است. یکسوساز که در واقع شارژر باتری است، باتری و اینورتر که مبدل DC به AC است. یو پی اس از نظر تکنولوژی انواع گوناگونی دارد. یو پی اس آفلاین، یو پی اس آنلاین و یو پی اس فرورزونانس از انواع آن هستند. اگر تجهیزات دارای باتری داخلی باشند نیازی به استفاده از یو پی اس نیست.
فصل اول:
یو پی اس چیست؟
مقدمه فصل اول
قطع برق باعث صدمه و آسیب به بعضی از دستگاه ها و تجهیزات پزشکی میشود و ممکن است باعث صدمات مالی و جانی شود. یو پی اس از سه قسمت یکسوساز، باتری و اینورتر تشکیل شده است. یو پی اس در تجهیزات درمانی که قطع برق باعث قطع فرآیند درمان حیاتی و یا باعث ایجاد صدمات جدی برای بیمار میشود استفاده میشود. و یا در تجهیزات تشخیصی که قطع برق باعث از بین رفتن نمونه و یا ایجاد اختلال در تشخیص بیماری میشود کاربرد دارد. با توجه به عملکرد سه نوع یو پی اس، نوع آنلاین آن برای تامین برق دستگاه های حساس و سرمایه ای در مراکز درمانی مورد قبول است.
1-2) توان یوپی اس
توان مصرفی تجهیزات الکتریکی با واحد (W ) یا ولت آمپر(VA ) ودر بعضی موارد با هردو بیان می شود . تولید کنندگان یو پی اس عموما واحد ولت آمپر را برای طبقه بندی یو پی اس بکار میبرند و این واحد مشخص کننده حداکثر باری است که درصورت قطع برق یو پی اس می تواند برای مدتی تغذیه کند .
هنگام انتخاب یوپی اس برای تغذیه یک بار بخصوص ، نکته مهم این است که توان مصرفی بار متصل شده از محدوده توان خروجی یوپی اس تجاوزنکند. اگر توان بار با واحد وات مشخص شده باشد برای مقایسه آن با توان یوپی اس باید وات را به ولت آمپر تبدیل کرد [6].
1-3) یو پی اس های موجود در بازار
گستره یوپی اس های موجود بسیار وسیع بوده وازدستگاه های رومیزی با ابعاد کوچک تا دستگاه های چند صد کیلوآمپری را شامل است . علاوه براین برخی ازتولید کنندگان ، یوپی اس هایی با قابلیت عملکرد موازی ارائه داده اند. بدین ترتیب توان خروجی سیستم ات چند هزارKVA افزایش پیدا خواهد کرد. برای مثال دستیابی به سیستمهای 2 با 3 مگا ولت آمپری نیز امکان پذیر می باشد [7].
سیستم های رومیزی :
سیستم هایی با توان بسیار پایین – بیش ازتوان VA 250
مدلهایی که دراین محدوده توانی قرار می گیرند برای تغذیه یک کامپیوتر شخصی (1PC ) و Workstation طراحی شده اند ومعمولا دریک کیس با ارتفاع کم واندازه ای حدود نصف یک سیستم PC ساخته می شوند. یوپی اس به یک پریزبرق شهرمانند یک سوکت سه پین a13 (UK ) متصل می شوند این نوع یوپی اس به خاطر وزن کم وابعادش ، قابل حمل است . مدلهایی که دراین گروه توانی قرارمی گیرند درانواع on-line وoff-line وline-interactive هستند و تعیین نوع تکنولوژی دستگاه نکته اصلی در انتخاب یوپی اس می باشد [5].
بارمعمولا به یک پریزبرق استاندارد2 درپشت یوپی اس متصل می شود این اتصال به وسیله کلید اصلی مداریا یک فیوزمحافظت می شود. دراین گروه توانی، باتری ها معمولا درخود کابینت یوپی اس قراردارند و کلا استفاده ازکابینت های باتری اضافی مورد نظر نیست .چون این مدلها برای قرارگرفتن درمجاورت مصرف کننده (بار) طراحی شده اند، عموما لازم نیست که امکانات هشداردهنده ازراه دوربرای آگاه کردن کاربرازوضعیت عملکرد آنها فراهم شود. هرچند که عملیات نصب یوپی اس ممکن است شامل نصب یک رابط کنترل اتوماتیک بین یوپی اس وکامپیوترومانند SNMP (پروتکل مدیریت شبکه ساده) یا نرم افزاراتوماتیک shot down نیز باشد.
سیستم های توان پایین -VA 500-2000
یوپی اس ها درابن محدوده توانی ازبسیاری جهات شبیه سیستمهای گروه قبلی که دربالا توضیح داده شد می باشد ومی توان آنها را قابل حمل3 فرض کرد . اگرچه افزایش توان ( نسبت به مدلهای قبلی)، این قابلیت را به این مدلها می دهد که یک server یا workstation کامل شامل یک PC وتجهیزات جانبی آن مانند پرینتر( غیراز پرینترلیزری) ، اسکنروغیره را تغذیه می کنند. این مدلها نیزبه یک پریزبرق شهرمانند یک سوکت سه پین A13 متصل می شوند ومی توانند شامل طرحهای on-line و off-line و line-interactive باشد . بار به پریزهای استاندارد برق درپشت یوپی اس متصل می شود واین اتصالها معمولا به وسیله کلید اصلی مداریا یک فیوزمحافظت می شوند ولی این احتمال وجود دارد که به منظورتسهیل دراتصال چندین باربه یوپی اس 2یا چند پریزخروجی تعبیه شده باشد [8].
باتریهای این گروه نیز، معمولا درکابینت یوپی اس قرارگرفته اند ولی بعضی مدلها برای افزایش زمان back-up نیاز به کابینت باتری اضافی دارند. دراین حالت شارژر باتری درداخل دستگاه به گونه ای طراحی شده است که جریان شارژباتری اضافی را تامین کند.
اگرچه ، در شرایط ویژه کابینت باتری اضافی باید مجهزبه یک سیستم شارژکننده مخصوص برای تامین جریان شارژباتریهای اضافی باشد درنتیجه این بخش نیزباید به برق شهروصل شود . این سیستمها عموما به علت مجاورت با استفاده کننده ، نیازبه امکانات هشداردهنده ازراه دورندارند. اگرچه این دستگاهها نیزمانند سیستمهای گروه قبل بسته به درجه حساس بودن بار، نیازبه نرم افزارshat down اتوماتیک یا SNMP4 دارند [8].
سیستم هایی با توان بسیارپایین – بیش ازتوان 250 VA
شکل2-1) یو پی اس ها با توان های بسیار پایین [9] .
مدلهایی که دراین رنج توانی قرارمی گیرند برای تامین برق درمصارف بالاترازسیستمهای رومیزی طراحی شده اند وبرای تغذیه یک شبکه اداری کامل ، مجموعه سرورها ویا مرکز ارتباطات به کارمی روند.
این مدل ها که نمی توان آنها را قابل حمل به حساب آورد به صورت دائمی با استفاده ازتابلوهای فشارمتوسط به برق متصل می شوند وممکن است به چند دستگاه محافظ دربرابراضافه بارورودی با برق سه فازدرورودی عمل کرده وخروجی یک یا سه فازداشته باشند.
مساله باتریها هم دراین محدوده توانی خاص تغییرمی کند. درسطوح پایین این محدوده، توضیحات داده شده درباره باتریهای سیستمهای رومیزی هنوزمعتبرند. ولی درمدلهای 15-20 KVA باتری ها درون یک کابینت جداگانه کنار یو پی اس قراردارد جای می گیرند. درواقع اکثرتولید کنندگان برای این دسته یک سری کابینتهای هماهنگ تولید می کنند تا علاوه برظرافت وزیبایی با یک محیط اداری تطابق داشته باشند. اکثر یوپی اس های این سری مجهزبه امکاناتی برای هشداردادن ازراه دورو نمایشگرهای وضعیت می باشد [9].
منظور از توان اسمی یا نامی یو پی اس یعنی همان مقدار توانی که در کاتالوگ یا مشخصات فنی دستگاه نوشته شده است و معمولا بر حسب کیلوولت آمپر می باشد. اما توان واقعی، حداکثر مقدار توانی است که دستگاه یو پی اس به طور واقعی به مصرف کننده ارائه میدهد.
سیستم های توان بالا KVA 30-400
شکل 3-1) سیستم ها با توان بالای 30 تا 400 KVA [10].
مدلهای این دسته می توانند یک مرکز بزرگ اطلاعاتی بزرگ را سرویس دهند. ولی عموما به دلیل صدای فن های خنک کننده و همچنین گرمای ایجاد شده هنگام کارکردن با بارهای بزرگ، برای یک محیط اداری مناسب نیستند. به دلایل یاد شده معمولا این گونه مدلها درمحیط دور از باردر یک اتاق مخصوص5 قراردارند و خروجی آنها به تعداد زیادی بارمتصل است که همگی ازسیستم توزیع برق مجهزبه کلید وفیوزهای مخصوص استفاده می کنند .
مدلهای این گروه توانی ، اکثرا دارای طرحهای on-line بوده و ورودی وخروجی سه فازدارند. دراین گروه بعید است که باتریها درون خود کابینت یوپی اس قرارگیرد. بسته به رنج توانی دستگاه وزمان Back-up ممکن است باتریها دریک کابینت مجزا درمجاورت یوپی اس ویا دریک اتاق مختص باتری قرارداده شوند [10].
بعضی ازمدلهای بزرگتردر این دسته ممکن است ازیک یکسوساز12پالسی برای کاهش هارمونیکها استفاده کنند. یکسوسازدوازده پالسی گاهی اوقات دریک کابینت جداگانه قرارداردکه باید درمجاورت کابینت یوپی اس اصلی قرارگیرد. این عمل اعث افزایش مساحت اشغال شده توسط سیستم وهمچنین افزایش وزن آن خواهد شد.
در طول مدت قطع برق شهرممکن است، یک ژنراتور standby به عنوان جایگزین منبع برق ورودی یوپی اس به طراحی سیستم اضافه شود. یک چنین ژنراتوری باید خود به خود روشن شده ودرحالتی که یوپی اس بارکامل دارد به اندازه کافی برای تولید خروجی پایدار توانایی داشته باشد. هنگام انتخاب یک ژنراتور standby برای این عملکرد ، خصوصیات متعددی برای اطمینان یافتن ازعملکرد مناسب آن مد نظرقرار می گیرند، زیرا خروجی بعضی ازژنراتورها ممکن است برای یوپی اس به عنوان ورودی غیر قابل قبول درنظرگرفته شود [7].
بسته به مکان این یوپی اس معمولا مراحل نصب آنها شامل نصب یک سری تجهیزات هشدار دهنده / کنترل کننده ازراه دور می باشد وتمام مدلهای این گروه ، این تسهیلات را به عنوان یک بخش استاندارد دارا می باشد [7].
1-9) ساختار یو پی اس
مدل یو پی اس از لحاظ ساختار طراحی دریکی ازسه حالت on-line ، off-line و Line-Interactive قرار می گیرد. صرف نظراز طراحی خاص هریک، چند ویژگی مهم درتمامی یو پی اس مشترک است. همه آنها دارای باتری هستند و تازمانی که برق شهرقابل استفاده است انرژی را در باتریها ذخیره می کنند و پس از قطع برق شهر انرژی باتری را به جریان متناوب (AC)تبدیل می کنند. بنابراین، همانطورکه درشکل4-2 نشان داده شده است تمام سیستمها باید دارای شارژ باتری ومدار اینورتر باشد.
باتوجه به توضیحات فوق، هنگامی که برق شهر دچارمشکل می شود باتری به عنوان منبع انرژی اینورترعمل کرده وبا سرعتی که به میزان مصرف بارمتصل به یو پی اس بستگی دارد، دشارژ می شود. زمانی که ولتاژ باتری ازحدمعینی پایین ترمی آید اینورتر بطورخودکار خاموش می شود بنابراین هنگام قطع برق شهر،مدت زمانی که بارها می توانند تغذیه شوند به ظرفیت باتری ودرصد باراعمال شده به یو پی اس بستگی دارد. به طور معمول درسیستم های یو پی اس جهت تامین انرژی بار کامل به مدت 5تا15 دقیقه، تعدادی باتری با ظرفیت سرویس دهی مناسب وجود دارد. اگرچه در بیشتر موارد این زمان با افزودن کابینت باری اضافی یا انتخاب باتریهای دارای ظرفیت بالاتر قابل افزایش است [11].
به زمان پشتیبانی باتری6 غالبا زمان استقلال7 نیزگفته می شود .اساسا تمام یو پی اس ها دارای یک سیستم bypass هستند که همراه با یک سوئیچ درخروجی، وسیله ارتباط بار را جهت تغذیه مسقیم ازبرق شهرفراهم می کنند. در بسیاری از موارد سوئیچ خروجی با به کاربردن سوئیچهای استاتیک تکمیل می شود. دراینجا سوئیچ استاتیک دربلوک شکل 4-1 ترسیم شده است. البته دردستگاهایی که توان آنها پایین است، این کار به وسیله رله انجام می شود. اصول کنترل سوئیچ استاتیک به طرزکار یو پی اس بستگی دارد که دراین فصل به تشریح آنها می پردازیم [11].
شکل4-1) بلوک دیاگرام ساده یو پی اس [11].
یو پی اس Off-Line
در این مدل، بارهای حساس از مسیرbypass انرژی دریافت می کنند و اگر تغذیه مسیرbypass قطع شود یا ولتاژ آن خارج از محدوده قابل قبول و مجاز قرارگیرد، مسیراینورتر جایگزین آن می شود. درطی عملکرد عادی دستگاه، هراختلالی که درمحدوده قابل قبول ولتاژ bypass باشد به بارمنتقل می شود. اگرچه بسیاری ازمدلهای این نوع یو پی اس درمسیرbypass خود تاحدودی ازافزایش شدید و ناگهانی ولتاژ جلوگیری می کنند و فیلترهای فرکانسهای رادیویی8 درمسیر bypass آنها وجود دارد.
درشرایط عادی شارژ باتری بطورمداوم کارمی کند تا باتری ها را کاملا آماده نگه دارد. دربرخی یو پی اس ها ممکن است اینورترخاموش باشد تا راندمان کلی دستگاه افزایش یابد، اگرچه قسمتهای کنترل الکترونیکی آن به منظورعملکرد سریع اینورتر همواره فعال می باشد.
اگرولتاژbypass ازحداقل مجاز پایینتر برود بلافاصله شروع بکارکرده و بار به وسیله سوئیچ استاتیک (یا رله خروجی) به اینورترمنتقل می شود. با توجه به اینکه مراحل انتقال پس از قطع ولتاژbypass آغازمی شود وقفه اجتناب ناپذیردر تامین بار روی می دهد. اگرچه این وقفه کوتاه به اندازه 10-2 میلی ثانیه است. لازم به ذکراست که اکثربارها به نحوه مطلوب و بی آن که متحمل اثرات مضری شود این زمان راپشت سرمی گذارد و با عادی شدن وضع برق شهر بارمجددابه مسیرbypass منتقل می شود.
باتوجه به این امرکه در زمان انتقال ایجاد وقفه درتغذیه بارغیرقابل اجتناب می باشد برخی براین عقیده هستند که چنین سیستمی بیشترشبیه یک منبع تغذیه Standby است تا یک یو پی اس واقعی [12].
در این نوع یو پی اس (off-line) زمانی که باربه اینورتر منتقل می شود اینورتربااستفاده ازانرژی باتری فعال شده وتازمانی که ولتاژباتری به آخرین حددشارژآن برسدمیتوان انرژی بار را تامین کند. اگرتا آن زمان جریان برق شهربرق دارنشود، برق خروجی یو پی اس بطورکامل قطع خواهد شد. درشکل 5-2 یو پی اس مدل off-line نشان داده شده است [12].
شکل 5-1) بلوک دیاگرام یو پی اس Off-Line [12].
Line – Interactive1-9-2) سیستم
این نوع یو پی اس شامل دستگاهایی می شود که درآنها سعی شده با اضافه کردن سیستم تنظیم ولتاژ در مسیر bypass عملکرد بهتری نسبت به سری off-line ارائه شود. دو نوع ازمتداول ترین سیستمهای این رده یو پی اس های مجهز به ترانسBuck/Boost شکل (1-6) وترانس فرو رزونانس شکل (1-7) می باشد.
مشابه مدلهای off-line ، یو پی اس مدل line-interactive بارخود را ازطریق مسیر bypass تغذیه می کند و براثرهرحادثه ای که سبب قطع برق شهرشود، آن را به اینورتر انتقال می دهد. دربخش های باتری، شارژ و مدار اینورتر نیز با سیستم off-line مشابه است اما به خاطراضافه شدن مدارتنظیم ولتاژدرمسیرbypass بارکمتر به اینورتر انتقال می یابد. چنین سیستمی تاثیر بیشتری درکاهش هزینه ها داشته و عمر مفید باتری درمقایسه با off-line بیشترمی شود [12].
شکل6-1) یو پی اس Line-Interactive مجهز به ترانس Buck/Bust [12].
1-9-2-1) طراحی ترانس Buck/Boos
یکی از اشکالات طراحی off-line این است که هرگاه ولتاژبرق مسیر bypass به آخرین حد قابل قبول برای بار برسد بار باید بلافاصله به مسیر اینورتر متصل شود. این بدان معنی است که اگریک بارحساس با ترانس ولتاژ بسیاراندک به خروجی یو پی اس متصل شود باید دائما بین bypass واینورتر سویئچ کند. دراین حالت جدا از ایجاد وقفه دربرق خروجی، به باتری آسیب واردشده و از عمر آن کاسته می شود وحتی ممکن است هنگام قطع برق شهر، زمانی که یو پی اس به مدت زیادی توان مورد نیاز بار را فراهم کند، باتری به اندازه کافی انرژِی نداشته باشد.
ترانس Buck/Boost جهت حل این مشکل درمسیر bypass اضافه می شود شکل(1-6) این ترانس با سیم پیچ ثانویه چند سربه همراه چندین رله طوری تنظیم می شودکه هردوسطح پایین و بالای ولتاژمسیرbypass رابه طورمناسب تعیین کرده وبدین طریق ولتاژ خروجی یو پی اس را به اندازه ولتاژ مورد نیاز محدودکند. این بدین معناست که محدوده ولتاژ قابل قبول ورودی (بدون نیاز به عملکرد اینورتر) افزایش یابد.
یک یو پی اس در این طبقه بندی می تواند با دامنه ولتاژ ورودی بین20%+ تا30%- فراتر از محدوده ولتاژ نامی و با استفاده ازانرژی bypass ولتاژ بار خود را تامین کند. توجه داشته باشیدکه اگرچه توسط این روش ولتاژخروجی درحدثابت تری نگه داشته می شود اما عمل سوئیچینگ درBuck/Boost باعث میگردد که درخروجی مقدار ولتاژ به صورت پله ای تغییرنماید [13].
شکل7-1) یو پی اس line-interactive مجهز به ترانس فرو رزونانس [13].
1-9-2-2) طراحی ترانس فرو رزونانس
همانطور که در شکل(2-7) نشان داده شده است، این سیستم نیزشبیه سیستم Buck/Boost است که قبلا توضیح داده شد اما در این مورد ترانس فرورزنانس جایگزین ترانسBuck/Boost شده است. این ترانس تنظیم ورگولاسیون ولتاژ را در برابر اختلال هایی مانند نویز خط الکتریکی انجام می دهد و به ازاء تغییر در ولتاژ ورودی از40%- تا 20%+، خروجی تنها 3%+ و3%- مقدار نامی تغییر خواهد کرد. همچنین این ترانس با ذخیره انرژی، برق مورد نیاز کامپیترها را در زمان قطع کامل برق برای مدت کوتاهی تامین می کند تا اینورتر شروع به کارکند. بنابراین بدون ایجاد وقفه در جریان برق بار بین مسیر اینورتر bypass منتقل شده و یو پی اس عملا به یک سیستم واقعی on-line تبدیل می شود که در خروجی آن وقفه ای مشاهده نمی شود [13].
سیستم On- Line
درشکل(1-8) یک یو پی اس مدل on-line نشان داده شده است. اولین تفاوت بین این طرح و آنچه که قبلا درسیستم off-line توضیح داده شد این است که شارژ باتری با بخش(یکسوکننده/ شارژ) تعویض شده است. بخش (یکسوکننده/ شارژ) ممکن است از دو قسمت جداگانه یا یک بلوک قدرت کامل تشکیل شده باشد. زمانیکه برق شهر در جریان است این بخش باتری را شارژ و انرژی اینورتر را توسط یک ولتاژDC ثابت تامین می کند. در صورتی که برق ورودی (برق شهر) قطع شود شارژ خاموش شده و انرژی DC اینورتر توسط باتری تامین می شود و از این زمان باتری رفته رفته خالی می شود. ارتباط بین یکسوکننده/ باتری اغلب DC Bus barیا به اختصارDC bus نامیده می شود [14].
بخش (یکسوکننده/ شارژ) در قسمتی از مدار کنترل خود دارای یک محدودکننده جریان ورودی است تا حفاظت لازم را در برابر اضافه بار انجام دهد و همچنین شامل یک مکانیزم shut down است تا در صورت زیاد شدن ولتاژDC از باتری، اینورتر و اجزای فیلترDC محافظت کند.
این نوع یو پی اس که اصطلاحا یو پی اس Double Conversion نیز نامیده می شود بالاترین میزان حفاظت را ارئه می کند زیرا بار همواره با یک ولتاژ تنظیم شده تغذیه می شود. به عبارت دیگر حتی زمانی که برق شهر وجود دارد یکسوکننده، شارژ و بخشهای قدرت اینورتر فعال هستند و بار از طریق یک سوئیچ استاتیک به خروجی اینورتر متصل است. در شرایط عادی هنگامی که بار انرژی خود را از اینورتر دریافت می کند به خوبی در برابر اختلالات برق شهر محافظت می شود چون یکسوکننده و اینورتر مانند یک سد در برابر نویز موجود در خطوط انتقال برق و نوسانات زود گذر ولتاژ عمل کرده و در نهایت یک خروجی کاملا تنظیم شده را فراهم میکنند [14].
شکل 8-1) چگونگی عملکرد یو پی اس On-Line [14].
اگر ولتاژ ورودی از محدوده مجاز(مثلا20%- تا 10%+) تجاوز کند یا اینکه کاملا قطع شود اینورتر با استفاده از انرژی باتری به کارخود ادامه می دهد انجام این مراحل به نحوی صورت می پذیرد که هیچ وقفه یی به بار منتقل نشود. زمانی که از انرژی باتری استفاده می شود، اینورتر مانند زمان استفاده از برق شهر همان میزان رگولاسیون ولتاژ را ارائه می کند [14].
اگر قبل از اینکه ولتاژ باتری به پایین ترین میزان ولتاژخود برسد جریان برق شهر مجددا برقرار نشود، اینورتر از کار می افتد و در برخی مدلها ممکن است سوئیچ استاتیک بار را به مسیرbypass متصل کند. نتیجه عمل انتقال به این موضوع بستگی دارد که مسیرbypass یو پی اس به همان مسیر اصلی که بخش یکسوکننده از آن تغذیه می کند متصل شده و منبع تامین برق مسیر bypass جدا نصب شده باشد و برق ورودیbypass نیز مناسب باشد بار همچنان انرژی خود را ازمسیرbypass که یک انرژی الکتریکی محافظت نشده است، دریافت خواهد کرد. اگر دو بخش , bypassو ورودی یکسوکننده به یک برق AC یکسان متصل شوند (حالتCommon Bypass) هنگام انتقال بار به مسیرbypass بر اثر اتمام انرژی باتری، تامین انرژی الکتریکی بارهای حساس قطع می شود.
یک روش برای غلبه بر این مشکل در نظر گرفتن یک ژنراتورstand-by در طراحی سیستمی باشد تا در زمان قطع برق به عنوان تغذیه جایگزین برای ورودی یو پی اس عمل کند. این ژنراتور از طریق یک مدارسوئیچ خودکار به یو پی اس متصل می شود. این مدار سوئیچ میتواند قطع برق شهر را تشخیص داده و ژنراتور را سریعا شکل(1-9) در مدار قرار دهد.
در این روش هر زمان که مدار کنترل مشکلی را در برق شهر تشخیص داد ژنراتور روشن می شود. زمانی که ژنراتور شروع به کارمی کند سوئیچ انتخاب خودکار تغییر وضعیت می دهد تا خروجی ژنراتور به ترمینال های اصلی ورودی یو پی اس متصل شود و در نتیجه باتری های یو پی اس فورا تحت شارژ قرار می گیرند [15].
شکل9-1) استفاده از ژنراتور stand-by در سیستم یو پی اس [15].
1-10) اگر یو پی اس خراب شودچه اتفاقی می افتد؟
عموما مشکلی که در این یو پی اس مشاهده می شود به این دلیل است که اینورتر قادر نیست ولتاژ یا فرکانس مناسبی در ترمینال های خروجی یو پی اس تولید کند و ممکن است نتایج حاصل از این خرابی در بین مدل های مختلف متفاوت باشد. معمولا به محض اینکه عیبی رخ دهد بخش کنترل (Control Logic) یو پی اس نقص در ولتاژ یا فرکانس خروجی را مشخص کرده و بلافاصله سیگنالی به سیستم کنترل سوئیچ استاتیک می فرستد تا بار را همان طور که در دیاگرام پائینی شکل(1-10) نشان داده شده است، بدون وقفه در برق مورد نیاز آن به مسیرbypass منتقل کند [12].
ولی اگر در زمان نیاز به انجام این انتقال خروجی اینورتر با انرژی الکتریکی مسیرbypass سنکرون (همزمان) نشده باشد ممکن است وقفه کوتاهی در تغذیه بار روی دهد. فقط تحت چنین شرایطی است که در یک یو پی اس on-line بار دچار وقفه(بسیارکوتاه) در برق مصرفی خود می شود.
توجه به این نکته حائز اهمیت است که اگرچه انتقال بدون وقفه به مسیر bypass در بار خروجی احساس نمی شود اما بار با ولتاژ تثبیت نشده تغذیه شده و چنانچه به دلیل وجود نقص در یو پی اس انجام این انتقال ضروری باشد و برق ورودی مسیرbypass نیز قطع باشد، آنگاه بار تغذیه خود را کاملا از دست می دهد. معمولا زمانی که مشکل اینورتر رفع می گردد سوئیچ استاتیک بطورخودکار بار را به خروجی اینورتر متصل می کند، این حالت اغلب auto-retransfer نیز نامیده می شود [14].
واکنش یک سیستم on-line در برابر اضافه بار معمولا مشابه حالت خراب شدن یو پی اس است، در این حالت بار تا حذف حالتoverload همچنان در مسیرbypass باقی مانده و پس از آن بطور خودکار به خروجی اینورتر متصل می شود. اگر در زمان بروز حالت overload برق ورودی مسیر bypass (برق شهر) موجود نباشد برق خروجی یو پی اس نیز قطع خواهد شد، از این رو در برخی از سیستم ها امکان تداوم وضعیت overload به منظور استفاده از انرژی اینورتر برای مدت محدودی فراهم شده است. یعنی یو پی اس می تواند برای آن قسمت از بار که دچار مشکل شده جریان کافی را تامین کند تا اینکه فیوز قطع کننده مدار بطور خودکار آن را از یو پی اس جدا کند. تا زمانی که یو پی اس تحت شرایط overload کار کند اینورتر در حالت محدود کننده جریان بوده و ممکن است ولتاژ خروجی آن عمدا کاهش پیداکند، (در اکثر موارد بهتر است که برق کاملا قطع شود) و اگر در زمان معین اضافه بار رفع شود دستگاه به شرایط عادی بازمی گردد [2].
1-11) سیستمهای موازی
این سیستم شامل دو یوپی اس یا بیشتر است که به صورت موازی انرژی الکتریکی یک گروه بار مشترک را تامین می کنند و عموما برای سیستم های on-line که محدوده توان متوسط یا بالایی دارند قابل اجرا است.
واحدهای تشکیل دهنده چنین سیستم گسترده ای اغلب عملکردی نظیر یکدیگر دارند زیرا هنگام کار کردن به صورت منفرد نیز طرز کار آن ها مانند یکدیگر است. درواقع برخی از سازندگان یوپی اس های خود را طوری طراحی می کنند که بتوان آنها را درهر وضعیتی مورد استفاده قرارداد بدون اینکه نیازی به انجام تغییرات پیچیده داشته باشند. در شکل(1-10) یک بلوک دیاگرام برای سه نوع سیستم موازی نشان داده شده است.
هر بخش شامل یک سوئیچ استاتیک است تا انتقال بار بین اینورتر و مسیرbypass را امکان پذیر سازد. البته بردهای کنترل الکترونیکی بسیار دقیق در داخل سیستم تعبیه می شوند تا اطمینان حاصل شودکه هنگام انتقال از یک منبع انرژی (مثلا اینورتر یو پی اس) به منبع دیگر(مسیرbypass ) تمام سوئیچ های استاتیک همزمان عمل می کنند. در غیر این صورت اگر زمانی که تمام یوپی اس ها از اینورتر خود استفاده می کنند یک یوپی اس خروجی خود را به مسیر bypass منتقل کند سیستم دچار مشکل می شود. همچنین جهت تقسیم بار بین اینورتر و سنکرون بودن آنها با یکدیگر به مدارهای کنترلی کامل تری نیاز است. فرامین کنترلی ازطریق کابل هایی بااتصال حلقوی بین قسمت های مختلف به صورت سیگنال های ولتاژ پائین رد و بدل می شوند و این امکان را فراهم می کنند که هر قسمت بتواند با سایر قسمت های سیستم ارتباط برقرار کند [15].
یکی از مزایای ایزولاسیون کامل ورودی و خروجی در هر قسمت این است که هر یو پی اس بطور کامل از سایر قسمت ها ایزوله بوده و در صورت نیاز می توان بی آن که بقیه یوپی اس ها دچار مشکل شوند یوپی اس مورد نظر را از سیستم جدا کرد.
دو دلیل عمده برای نصب یک سیستم موازی وجود دارد، اول این که توان و ظرفیت موثر یوپی اس بالا رود تا سیستم قادر به تامین انرژی مورد نیاز بارها توان بالا باشد، در حالی که یک یوپی اس که به صورت منفرد کار می کند قادرنیست چنین توانی را فراهم سازد. دلیل عمده افزایش تعداد دستگاه ها جهت بالا بردن ضریب اطمینان سیستم است . یوپی اس های موازی را معمولا می توان در یکی از سیستم هایcapacity Redundancy طبقه بندی کرد، اگرچه برخی از آن ها بر حسب این که چه پیشامدی برای کل سیستم روی دهد به حد کافی توانائی دارند که برای هر دو عملکرد واکنش مناسبی نشان دهند [15].
صرف نظر از مدل یوپی اس انتخاب شده، تمام یوپی اس هایی که بخشی از یک سیستم موازی را تشکیل می دهند باید از یک نوع باشند و توان خروجی یکسان داشته باشند به عبارت دیگر نمی توان یک یوپی اس 30kva را با یک 120kva موازی کرد.
شکل10-1) یک سیستم موازی متشکل از سه یو پی اس [10] .
یک سیستم موازی را با استفاده از تعداد مشخصی یوپی اس با توان های یکسان راه ندازی می شود و زمانی که تمام آن ها کار می کنند توان مورد نیاز بار تامین می شود، برای مثال سه دستگاه یو پی اس با توان 60kva ممکن است برای تامین بار 170kva به کار رود شکل(1-11) [10].
شکل11-1) سیستم موازی از نوع capacity[16].
در شرایط معمولی هر دستگاه حداکثر توان 57kva را تامین می کند اما اگر یکی از یوپی اس ها خراب شود دو دستگاه دیگر باید 85kva را تامین کنند بنابراین قطعا اضافه بار بوجود می آید. در این حالت بار بلافاصله با عملکرد همزمان سوئیچ استاتیک در هر دستگاه به مسیر bypass منتقل می شود.
توجه کنید همان طور که در شکل(1-12) مشاهده می شود اگر دستگاهی که دچار ایراد شده است نتواند سوئیچ استاتیک مسیر bypass خود را به کار اندازد، سیستم قادر است به وسیله سوئیچ استاتیک بقیه دستگاه های سالم تمام جریان را تامین کند. پس ازبر طرف شدن ایراد یوپی اس و بکار افتادن مجدد آن بار بطور خودکار از مسیر bypass به اینورترها منتقل می شود [15].
شکل12-1) سیستم capacity در حالت bypass [7].
1-11-1) سیستم Redundancy
دریک سیستم موازی Redundancy تعداد یوپی اس های تشکیل دهنده سیستم موازی حداقل یک دستگاه بیشتر از تعداد مورد نیاز ظرفیت اصلی سیستم می باشد. برای مثال 4 یوپی اس 60kva برای تامین بار 170kva استفاده شده است شکل(1-13). بدین ترتیب اگر یکی از یوپی اس ها دچار نقص شود، سیستم هم چنان می تواند انرژی بار را توسط انرژی اینورتر تامین کند و در نتیجه ضریب اطمینان سیستم افزایش یابد [7].
شکل13-1) سیستم موازی redundant [7].
در مثال فوق هر چهار یو پی اس موجود در سیستم به روش redundant کار می کنند اگر یکی از دستگاه ها خراب شود بار هم چنان از انرژی تولید شده توسط اینورتر استفاده می کند و تنها پس از خراب شدن یوپی اس دوم بطور خودکار به مسیر bypass منتقل می شود. در صورت نیاز به یک منبع انرژی مطمئن تر تعداد دستگاه های (یوپی اس) سیستم redundant تا دو برابر (یا بیش از آن در صورت احتیاج به منبع تغذیه فوق العاده مطمئن) قابل افزایش است [7].
2-11-1) کنترل سیستم موازی9
درگذشته سیستم های موازی با روش های بسیار نامناسب تر از روش های امروزی که از جدیدترین فن آوری استفاده می کنند کنترل می شوند. برای مثال در برخی از سیستم های قدیمی تر انتخاب ماژول رزرو بر اساس (ماژولهای موجود) صورت می گرفت تا براساس نیاز خود بار به عبارت دیگر هرگاه تعداد یوپی اس های خراب از تعداد در نظر گرفته شده در هنگام طراحی سیستم Redundant بیشتر می شد صرف نظر از جریان بار در آن لحظه و توان یوپی اس های سالم در سیستم بار به مسیر bypass منتقل می شد. سیستم های مدرن امروزی قادرند عملکرد Redundancy را به نحو موثرتری اجرا کند.
برای مثال، چهار بخش سیستم Redundant درشکل (1-14) را در نظر بگیرد. این شکل وضعیتی را نشان می دهد که یک ماژول کار نمی کند و باقی ماژول های سالم بطور مساوی 170kVA بار را بین خود تقسیم می کنند، یعنی هر بخش تقریبا 57KVA توان بار را تامین می کند [14].
شکل14-1) عملکرد سیستم Redundant در هنگام خرابی یک دستگاه [16].
اگر ماژول دوم نیز مشکلی پیدا کند دو ماژول باقیمانده نمی توانند بار را تغذیه کنند زیرا هر یکی از آنها باید بیش از توان مجاز خود یعنی 60 KVA خروجی داشته باشند. اما اگر در زمان خراب شدن دومین ماژول، توان بار فقط 60 KVA باشد دلیلی وجود ندارد که دو ماژول دیگر نتواند به کار خود ادامه دهند و هنوز هم این توانایی را دارند که با تامین 50 KVA توان مصرفی بار توسط اینورترهای خود برق خروجی تامین کنند شکل (1-15) [17].
این مثال ها مشخص می کنند که در هنگام طراحی یک سیستم موازی باید همه نتایج حاصل از مشکلاتی که امکان دارد در آینده برای بار رخ دهد در نظر گرفته شوند و انتخاب نوع یوپی اس نیز باید به گونه ای باشد که سیستم بتواند در هنگام بروز مشکل عکس العمل مناسبی نشان دهد.
معمولا سیستم های موازی با هر دو روش سیستم های Capacity و Redundancy تشکیل می شوند. اگر در سیستم Capacity یک بخش مشکل پیدا کند بار به مسیر bypass منتقل می شود، بدون توجه به میزان VA مصرفی و توانایی بقیه قسمت (یا قسمت ها) جهت تامین توان بار. به همین ترتیب اگر توان مصرفی توان non-redundant بیشتر شود، صرف نظر از میزان توان Redundant قابل استفاده، بار به مسیر bypass منتقل می شود.
به عنوان مثال، اگر توان مصرفی بار در شکل (1-13) بین180 KVA و240KVA باشد سیستم یک سیستم capacity به شما می آید، اگر مصرف بار بین 180KVA و240KVA باشد یک سیستم N+1 اگر مصرف بین 60 KVA و120KVA باشد سیستم 2+N و اگر کمتر از 60 KVA مصرف داشته باشیم نوع سیستم 3+N خواهد بود. یک سیستم موازی بطور خودکار مقدار N+ خود را تنظیم می کند تا بتواند با شرایط بار سازگار شود [17].
شکل15-1) عملکرد سیستم Redundant در هنگام خرابی دو دستگاه [17].
نتیجه گیری فصل اول
هدف اصلی یو پی اس تامین انرژی بدون هیچ وقفه برای دستگاه ها و تجهیزاتی است که از آن محافظت میکند. این دستگاه بین منبع برق ورودی و بار قرار دارد. بعضی دستگاه ها بسیار حساس هستند و قطع برق موجب آسیب به دستگاه میشود. به همین دلیل از این دستگاه استفاده میشود تا از صدمات مالی و جانی جلوگیری شود. به طور کلی یو پی اس از سه قسمت اصلی تشکیل شده است. یکسوساز که در واقع شارژر باتری است، باتری و اینورتر که مبدل DC به AC است. یو پی اس ها در ابعاد متنوع تولید شده اند. از انواع رومیزی با حجم کوچک تا ابعاد بزرگ چند صد کیلوگرمی وجود دارد. هر سه نوع یو پی اس دارای یک ویژگی مشترک هستند. هر سه دارای باتری هستند که در زمان وجود برق شهر این باتری ها شارژ میشوند تا هنگامیکه برق شهر قطع شد از این باتری ها برای ایجاد انرژی استفاده کنند.
پایان فصل اول مقاله یو پی اس
2. Personal Computer
. 1 ICE
2. portable
1. Simple Network Management Protocol
1. Plant room
1. Back-up time
2. Autonomy
1. RF
1. Managing a Parallel System
—————
————————————————————
—————
————————————————————