انواع دستگاه‌های تامین برق بدون وقفه

اکثر مردم که از ماهیت وجود ups اطلاع دارند، چیزی در مورد تکنولوژی‌های متفاوت آن نمی‌دانند. درواقع چندین تکنولوژی متفاوت برای استفاده از انواع ups وجود دارد. فروشندگان این وسیله‌ها از این وضعیت ابراز تأسف می‌کنند؛ زیرا غالباً انواع دستگاه‌های تامین برق بدون وقفه همگی با یک نام عمومی نامیده می‌شوند (اگرچه معمولاً قابل‌تشخیص است که یک مدل خاص ups از چه نوعی است). این بخش نگاهی به انواع ups دارد. اصول طراحی آنها را به بحث می‌گذارد و تلاش می‌کند تا مقایسه‌ای بین آنها داشته باشد تا به شما کمک کند که قبل از خرید یو پی اس مورد نیاز، آنها را بهتر بشناسید.

توجه:

علاوه بر انواعی که من اینجا پوشش می‌دهم، انواع دیگری نیز وجود دارد. برخی از آنها واحدهای ترکیبی است که اینجا موردبحث قرار می‌گیرند؛ ولی تمامی واریانت‌ها را مورد بررسی قرار نمی‌دهم فقط انواع دستگاه‌های تامین برق بدون وقفه مشهور و متداول موردبحث قرار می‌گیرند.

تمام upsهای موجود در سه دسته عمومی زیر قرار می‌گیرند:

UPS stand-by operation.1

2.UPS line-interactive operation

3.UPS double conversion

مدل سوم معمولاً بنام یو پی اس online نیز نامیده می‌شود.

بو پی اس با اینورتر غیرفعال آماده‌به‌کار (یو پی اس آفلاین)

یو پی اس استندبای ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع ups است. در واقع برخی افراد اصولاً این دستگاه را جزو ups به‌حساب نمی‌آورند. بجای آن از لفظ «دستگاه تأمین برق جانشین» استفاده می‌کنند. اگرچه بسیاری از مشتری‌ها در بازار آن را به‌عنوان ups ارزیابی می‌کنند، بخصوص زمانی که بحث بودجه و معیار خرید ups مطرح می‌شود معمولاً از این ups استفاده می‌کنند.

این upsها گاهی بنام یو پی اس offline نیز خوانده می‌شوند تا بتوان آنها را از یو پی اس online تمییز داد. این ups به نام استندبای نامیده می‌شود؛ زیرا معمولاً باتری ups و اینورتر انرژی برق را به دستگاه نمی‌رسانند. شارژر باتری از برق شهر برای شارژ باتری استفاده می‌کند و باتری یو پی اس و اینورتر در حالت آماده‌باش قرار دارند تا زمانی که به آنها احساس نیاز شود.

وقتی که برق شهر قطع می‌شود سوئیچ انتقالی، مدار را روی منبع تأمین ثانویه می‌اندازد و هنگامی‌که برق شهر وصل شد مجدداً به حالت قبل بازمی‌گردد.

علی‌رغم اینکه این دستگاه کمترین محبوبیت را بین upsها دارد؛ ولی کماکان یک سیستم ups است و کمک زیادی برای اغلب استفاده‌کنندگان است. گذشته از آن، اگر یو پی اس استندبای کارایی نداشت، تولید و عرضه نمی‌شد. اگر چه برای یک حالت بحرانی مانند اتصال به یک سرور مهم معمولاً استفاده نمی‌شود.

خرید یو پی اس آفلاین

هدف از خرید ups آفلاین این است که وقتی برق شهر قطع شد، اتصال به باتری یو پی اس خیلی سریع (ولی نه بلافاصله) انجام گیرد. برای انجام این سوئیچینگ تأخیری در حدود کسری از ثانیه اتفاق می‌افتد که به آن زمان سوئیچینگ یا زمان انتقال می‌گویند.

اگرچه بندرت، ولی ممکن است که زمان سوئیچینگ برای ادامه کارکرد بدون وقفه کامپیوتر کافی نباشد. هرچند که این اتفاق معمولاً نمی‌افتد و هیچ خریداری از خرید این دستگاه‌ها احساس ناراحتی نمی‌کند. بااین‌وجود شما باید زمان انتقال دستگاه را با زمان نگاهداری ups خود زمانی که به شما می‌گوید ups مزبور چه زمانی قادر است ورودی خود را جداشده نگه دارد متفاوت بدانید. برخی از مشکلات برق شهر مانند ولتاژ پایین آن، زمان نگهداری ups را کاهش می‌دهند.

Upsهای standby معمولاً تا اندازه توان ۱۰۰۰ ولت‌آمپر وجود دارند.

اخطار: اگر از ups استندبای استفاده می‌کنید، مطمئن شوید که وسیله شما دارای ویژگی محدودکننده ولتاژهای گذرای اضافی و همچنین فیلترینگ مناسب برای مواقع لازم است (همان‌طور که در دیاگرام بالا نشان‌داده‌شده است) در غیر این صورت در شرایط نرمال (برای مثال زمانی که شما قطعی برق را تجربه نکرده‌اید) سیستم شما به طور طبیعی مستقیماً به برق شهر متصل خواهد بود.

فرو رزونانت

فرورزونانت ها، بهبودی در طراحی یو پی اس Standby به‌حساب می‌آیند. همانند یو پی اس استندبای، باتری و اینورتر در حالت آماده‌باش قرار دارند تا به آنها احساس نیاز شود. تفاوت عمده در سوئیچ انتقال که منابع انرژی را جابه‌جا می‌کند است که در این نوع با یک ترانسفورماتور Ferro resonant تعویض شده است.

یک ترانسفورماتور شامل یک هسته فلزی است که دور آن دو سیم‌پیچ پیچیده شده است. وقتی که جریان از یک سیم‌پیچ عبور می‌کند به‌صورت مغناطیسی به سیم‌پیچ دیگر کوپل می‌شود و جریان به سیم‌پیچ دوم القا می‌گردد. ترانسفورماتورها معمولاً برای تغییر ولتاژ برق متناوب استفاده می‌شوند. اگر چه خاصیت دیگر ترانسفورماتور این است که مشکلات برق خروجی از ورودی خود را تصحیح می‌کند و آنها را به خروجی خود منتقل نمی‌سازد. همین خاصیت آنها را برای استفاده به‌عنوان فیلتر خط و تثبیت‌کننده مؤلفه‌ها در یک ups مناسب ساخته است.

Upsهای با ترانسفورماتور

اگرچه ترانسفورماتوری که در این نوع ups به‌کاررفته یک ترانس معمولی نیست؛ زیرا همان‌طور که در شکل بالا نشان‌داده‌شده است دارای سه سیم‌پیچ است. دو سیم‌پیچ به‌عنوان ورودی از منابع اصلی و فرعی هستند و سیم‌پیچ سوم خروجی است. این به ترانسفورماتور اجازه می‌دهد که خود به‌عنوان یک سوئیچ عمل کند؛ زیرا هرکدام از منابع ورودی عمل کنند، خروجی ترانس انرژی خود را می‌گیرد (سوئیچ انتقال در شکل بالا اتصال خط نیرو را زمانی که برق می‌رود قطع می‌کند)

بعلاوه چون هسته ترانس Ferro resonant انرژی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره می‌کند، در حالتی که منبع اصلی نیرو قطع می‌شود و سوئیچ مجبور است که سیستم را روی منبع دوم انرژی (باتری) بیندازد؛ مانند یک سپر عمل می‌کند. برای کسری از ثانیه خروجی ترانس بدون نیاز به انرژی ورودی عمل خواهد کرد (با استفاده از انرژی داخل ترانس). این انرژی ذخیره شده به طور چشمگیری شانس تحت‌تأثیر قرار گرفتن وسایل حفاظت شده را درزمان تغییر از منبع اصلی انرژی به منبع دوم کاهش خواهد داد.

Upsهای با ترانسفورماتور معمولاً تا اندازه قدرت ۱۵۰۰۰ ولت‌آمپر موجود هستند که همین امر آنها را حتی برای بزرگ‌ترین سرورها مناسب می‌سازد. زمانی این ups یکی از متداول‌ترین طرح‌ها بود و هنوز هم توسط برخی سازندگان ساخته می‌شود درحالی‌که برخی نیز ساخت این طرح را رها کرده‌اند و مدعی هستند که این نوع ups کارایی ندارد. در عوض توجه خود را به upsهای online در محدوده ۱۰۰۰ ولت‌آمپر و بالاتر معطوف کرده‌اند.

Upsهای Line-interactive

این upsها به لحاظ طراحی با تمام مدل‌های standby متفاوت هستند. در این مدل شارژر باتری مستقل، اینورتر و سوئیچ تبدیل منبع انرژی تماماً با ترکیبی از یک اینورتر و کانورتر جایگزین شده است که هر دو، باتری را شارژ و انرژی آن را به AC جهت خروجی ups در موارد نیاز تبدیل می‌کنند. زمانی که برق شهر فعال است اینورتر و کانورتر باتری را شارژ می‌کنند و زمانی که برق شهر قطع شد این مجموعه به‌عنوان رزرو عمل می‌کند.

یک طرح شماتیک از Line-interactive ups اکثر مداربندی یو پی اس استندبای با ترکیبی از اینورتر و کانورتر تعویض شده است که این مجموعه وظیفه شارژ باتری، تبدیل انرژی و تعیین شرایط خروجی را به عهده دارد. این شکل مثالی از یو پی اس های لاین اینتراکتیو است و ممکن است مدل‌های دیگری هم وجود داشته باشد.

نقطه قوت این طرح این است که اینورتر و کانورتر همیشه به خروجی متصل هستند و انرژی تجهیزات مربوطه را تأمین می‌کنند.

این طرح در مقابل قطع انرژی منبع اصلی، عکس‌العمل سریع‌تری نسبت به مدل standby دارد.

اینورتر و کانورتر معمولاً توسط یک مدار به هم مربوط می‌شوند و پارازیت‌های برق را فیلتر کرده، ولتاژهای کوتاه‌مدت و نوک‌تیز spike را تعدیل نموده و همچنین انرژی خروجی را تنظیم می‌کنند. همچنین انرژی اضافه‌ای را هنگام کاهش جریان فراهم نموده و ولتاژهای اضافی گذرا در خروجی را کوتاه می‌کنند.

Line-interactive ups یک طرح پیشرفته است که به طور معمول در تجهیزات خانگی و تجاری مورداستفاده قرار می‌گیرد و تا اندازه توان ۳۰۰۰ ولت-آمپر موجود است. این ups برتر از standby ups است؛ ولی هنوز دارای یک‌زمان انتقال است و به همین دلیل به‌خوبی ups online عمل حفاظت را انجام نمی‌دهد.

Online UPS (یو پی اس با دو مرحله تبدیل)

این ups که گاهی بنام تبدیل دوگانه (double conversion) نیز نامیده می‌شود، بهترین نوعی نیست که شما می‌توانید خریداری نمایید، زیرا با پیشرفت یو پی اس Line-Interactive و باتوجه‌به بازده پایین یو پی اس های Online نسبت به آنها، امروزه بسیاری از مردم علاقه خود را به این نوع یو پی اس ازدست‌داده‌اند. جالب اینکه این ups در عین تشابه بسیار زیاد به standby ups که یک یو پی اس ارزان قیمت است، عملکردی کاملاً متفاوت با آن دارد. تشابه از این بابت که این ups نیز همان دو منبع انرژی را دارد و کاملاً متفاوت از این بابت که در این ups سوئیچ انتقال برای قطعی در خروجی اینورتر در مواقع اضطراری برگردانده شده است.

در شرایط عادی این ups از باتری و اینورتر مربوطه استفاده می‌کند درحالی‌که برق اصلی، شارژر باتری را تغذیه می‌کند. به همین دلیل است که این ups گاهی بنام double conversion و یا یو پی اس آنلاین با تبدیل مضاعف (دوگانه) نامیده می‌شود. حاصل این طرح این است که در شرایط قطع ناگهانی برق، هیچ زمان انتقالی مشاهده نخواهد شد. زیرا در شرایط قطع برق، اینورتر (و بار مربوطه) به کار خود ادامه خواهد داد و فقط شارژر باتری از کار خواهد افتاد.

اهمیت زمان انتقال

در قبال قطع برق، عکس‌العمل کامپیوتر و یا لپ‌تاپی که انرژی خود را از یک online ups دریافت می‌کنند مشخص است. آنها بدون وقفه به کار خود ادامه می‌دهند. تنها اتفاقی که می‌افتد این است که باتری تضعیف می‌شود؛ زیرا در این حالت شارژری برای شارژ آن وجود ندارد. ممکن است شما از خود بپرسید وقتی که همیشه از باتری استفاده می‌کنیم پس دلیل وجود مسیری برای سوئیچ انتقال (مسیری که در دیاگرام بالا با نقطه‌چین نمایش‌داده‌شده است) چیست؟ پاسخ این است که این مسیر پشتیبانی لازم را برای مواقعی که اینورتر از کار می‌افتد و یا در اثر برخی مشکلات داخلی در کار آن وقفه حاصل می‌شود، فراهم می‌نماید. هرچند غیرمعمول است؛ ولی به‌هرحال این اتفاق ممکن است بیفتد و در این حالت، سیستم به مسیر شامل محدودکننده ولتاژهای اضافی و فیلتر، سوئیچ خواهد شد.

در این حالت «زمان انتقال» دوباره موضوعیت پیدا خواهد کرد. دقیقاً مانند حالتی که یک یو پی اس استندبای در مقابل قطع برق عکس‌العمل نشان می‌دهد. البته باید دقت کرد که قطع برق بسیار متداول‌تر از قطع ups است. دیگر مزیت اصلی استفاده از باتری در بیشتر زمان‌ها این است که فرایند تبدیل دوگانه double conversion انرژی خروجی را به طور کامل از انرژی ورودی جدا می‌کند. هر اغتشاش و کثیفی احتمالی (غیر از مولفه‌های DC و برخی از پارازیت‌های معمول که فقط در یوپی اس های بدون ترانسفورماتور اتفاق می‌افتد) که از برق شهر وارد شود فقط بر روی شارژر باتری تأثیر می‌گذارد نه بر روی خروجی‌های ups.

تفاوت بین یو پی اس های آنلاین و آفلاین

اگرچه ممکن است از روی دیاگرام بالا مشخص باشد که یو پی اس‌های آنلاین و استندبای دارای مولفه‌های مشابهی هستند، ولی باید دقت نمود که تفاوت عمده‌ای در طراحی شارژرها و اینورترهایی که معمولاً هیچ کاری انجام نمی‌دهند و ممکن است فقط در هر ماه به مدت چند دقیقه بکار بیفتند با آن‌هایی که هر روز ۲۴ ساعت کامل روشن هستند تا عمر آنها به پایان برسد وجود دارد. تفکر مهندسی و افزایش اندازه و کیفیت مولفه‌های ترکیب شده در ساخت یک online ups باعث افزایش قیمت قابل‌توجه این upsها نسبت به بقیه انواع آن می‌شود. این upsها معمولاً برای سرورهای بزرگ و همچنین پشتیبانی از قطعات تجهیزات مراکز داده‌پردازی بکار می‌روند. معمولاً این upsها از اندازه قدرت ۵۰۰۰ ولت‌آمپر تا صدها و هزاران ولت‌آمپر و حتی بزرگ‌تر موجود هستند.