یو پی اس به زبان ساده چیست؟
یو پی اس دستگاهی الکترونیکی به منظور تامین پیوسته انرژی برای دستگاه­های مصر­ف­ کننده که به اختلالات موجود در شبکه و قطع برق حساس بوده و به دلیل ضرورت و حساسیت­های فوق­ العاده زیاد، جزو تجهیزات حیاتی مجموعه­ های کامپیوتری، مخابراتی، کنترل و ابزار دقیق، آزمایشگاهی و بیمارستانی می­باشند.

کاهش یا افزایش ناگهانی ولتاژ، تغییر فرکانس، انواع اعوجاج لحظه­ای یا دایم، نمونه­ هایی از مشکلات ایجاد شده بر روی شبکه­ های برق شهری می­باشند. دستگاه­های الکترونیکی پیشرفته و حساس (نظیر سیستم­های کامپیوتری، تجهیزات مخابراتی و پزشکی) با توجه به کاربردهای ویژه و حساسی که دارند نیازمند تجهیزات ضروری مانند منبع تغذیه بدون وقفه و نسبتاً دقیق بوده تا ولتاژ و فرکانس ثابت و قابل اطمینان را تامین نماید.

در کشورهای پیشرفته علیرغم قطع برق شهر، دستگاه یو پی اس از وسایل ضروری کامپیوترها محسوب می­شود. به عنوان مثال در صورت وجود کوچکترین اغتشاش در برق شهر بخش کنترل کامپیوتر، با تولید یک پالس موجب خاموش و روشن شدن مجدد (Restart) کامپیوتر می­گردد. لذا با این عمل اطلاعاتی که در حافظه RAM سیستم وجود دارد، از بین رفته و زیان­های جبران­ ناپذیری به کاربر وارد شده و حاصل کار کاربر در چند لحظه از بین می­رود.

در مورد سایر سیستم­های حساس نظیر دستگاه­­های مخابراتی و شبکه­ های اطلاعاتی نیز با قطع یا تغییر مشخصات منبع تغذیه، هماهنگی بخش­های مختلف دستگاه به هم خورده و بر اثر قطع و وصل­های متوالی، علاوه بر صدماتی که به قطعات دستگاه وارد می­شود، عملکرد کل سیستم با اختلال مواجه می­گردد. با توجه به مطالب فوق، نیاز به وجود دستگاهی که بتواند جایگزین مناسبی برای برق شهر در مواقع اضطراری گردیده و با حذف اختلالات شبکه تغذیه مدارات حساس را بر عهده گیرد، نمایان می­شود.

این دستگاه یو پی اس نام دارد. لازم به ذکر است که در مواقع قطع برق می­توان از ژنراتوهای AC جهت تغذیه دستگاه­ها استفاده نمود ولی این منابع با توجه به مشکلاتی نظیر شناور بودن ولتاژ و فرکانس، حجم بزرگ، آلودگی صوتی، دودزا بودن، زمان طولانی وصل شدن بعد از قطع برق و لزوم سرویس و بازبینی دایمی عملاً کاربردی در دستگاه های حساس ندارد. دستگاه­های یو پی اس با ابعاد کوچک و بدون نیاز به سرویس دایمی و بدون ایجاد آلودگی­ها با تثبیت ولتاژ و فرکانس، وسایل بسیار مناسبی جهت حفاظت سیستم­­ها در مقابل اختلالات برق شبکه می­باشند.

انواع اختلالات رایج در برق شهر

برای درک اهمیت UPS­ها، در این بخش به بررسی اختلالات رایج در برق شهر می­پردازیم.

قطع برق (Blackout/Power Failure)

به قطع کامل برق برای مدتی طولانی تر از یک دقیقه اطلاق شده که در هنگام وقوع آن، منبع برق کاملاً از کار می­افتد. (شکل شماره ۱-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

این وضعیت ممکن است در اثر بروز اشکال در خطوط نیرو مانند قطع کلیدها، فیوزها و یا حوادثی نظیر طوفان همراه با رعد و برق و یا سایر شرایط ایجاد گردد.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

  • از دست رفتن اطلاعات در حال اجرا در RAM و یا Cache
  • توقف عملیات اجرایی و عدم امکان فعالیت
  • ضرر ناشی از زمان از دست رفته برای تنظیم یا تعمیر سیستم آسیب دیده
  • زیان­های تجاری در معاملات اینترنتی On-line
  • بروز خطر جانی در تجهیزات درمانی (سیستم­های کنترل حفظ حیات)

افت لحظه­ ای ولتاژ (Sag Power)

به کاهش کوتاه مدت ولتاژ برق اطلاق شده که تقریبا ۸۵% از کل اختلالات موجود در برق شهر را شامل می­شود. (شکل شماره ۲-۲)

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

این امر ناشی از سوئیچ کردن یک بار با توان بالا مانند دستگاه­های تهویه هوا یا راه انداختن موتورهای الکتریکی، تاسیسات حرارتی و برودتی و یا بروز اتصال کوتاه در مناطق اطراف می­باشد. همچنین عدم دقت در انتخاب سایز مناسب برای کابل­های برق استفاده شده در ساختمان و تغییرات شبکه در زمان اوج مصرف بخصوص در فصل گرما از دیگر عوامل ایجاد این اختلال است.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

در صورتیکه ولتاژ منبع اصلی آنقدر پایین آید که منبع تغذیه کامپیوتر نتواند ولتاژی دریافت کند، افت  ولتاژ باعث Restart شدن کامپیوتر می­شود. هنگ کردن کامپیوتر، قفل کردن صفحه کلید، کم یا زیاد شدن نور لامپ­ها و کوچک شدن صفحه تصویر مانیتور از دیگر تبعات این نوع اختلال می­باشد.

همچنین بدلیل ثابت بودن توان الکتریکی دستگاه مصرف­­ کننده، افت ولتاژ سبب افزایش کوتاه مدت جریان شده و به تبع آن باعث کم شدن راندمان و کوتاه شدن عمر دستگاه مصرفی می­گردد.

افزایش لحظه ای ولتاژ (Power Surge)

عبارتست از افزایش لحظه ای دامنه­ ی ولتاژ که برای چند سیکل پیاپی ادامه دارد و در حدود ثانیه طول می­کشد. (شکل شماره ۳-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

این اختلال معمولاً به دلیل سوئیچ نمودن بار در مراکز فرعی و یا به یکباره خاموش شدن دستگاه­های توان بالا و یا پرمصرف بوجود می­آید. همچنین اتصال کوتاه و عدم توجه به سایز مناسب برای کابل­های برق نیز از عوامل ایجاد آن می­باشند.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

این اختلال باعث وارد آمدن فشار به دستگاه­های حساس شده و در طول زمان سبب خرابی آنها می­گردد. همچنین می­تواند باعث بروز خطا در داده ­های دیجیتال و قفل شدن کامپیوتر شود.

کم و زیاد شدن نور لامپ­ها و تغییرات ناگهانی در عرض تصویر مانیتور نیز از اثرات محسوس افزایش لحظه ای ولتاژ می­باشد.

ولتاژ ضعیف (Brownout/Under Voltage)

به ضعیف شدن ولتاژ برای مدت زمان طولانی گفته می­شود. (شکل شماره ۴-۲)

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

این اختلال زمانی ایجاد می­شود که منبع اصلی تولید برق، قدرت تامین توان مورد نیاز شبکه (بار مصرفی) را ندارد، به همین دلیل شرکت برق، ولتاژ شبکه سراسری را کاهش می­دهد.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

برای یک بار مصرفی، با توان ثابت، کاهش ولتاژ شبکه سبب افزایش جریان بار خواهد شد که این افزایش به نوبه خود می­تواند سبب کاهش طول عمر قطعات بکار رفته در دستگاه مصرفی شود.

کاهش ولتاژ بیش از یک دقیقه می­تواند موجب عملکرد نادرست تجهیزات گردد. مثلا در یک موتور القایی، می­تواند منجر به بالا رفتن تلفات حرارتی و یا تغییر سرعت (دور موتور) شود.

ولتاژ قوی (Over Voltage)

به قوی و یا بیشتر شدن دامنه ­ی ولتاژ برای مدت زمان طولانی که می­تواند موجب بالا رفتن توان راکتیو در خروجی بانک­های خازنی شود اطلاق می­شود. (شکل شماره ۵-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

صاعقه و رعد و برق از مهمترین عوامل ایجادکننده این نوع اختلال می­باشد.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

باعث سوختن دستگاه مصرفی و یا آتش سوزی می­شود.

نوسانات فرکانسی (Frequency Variation)

به تغییر فرکانس شکل موج ورودی اطلاق می­شود. (شکل شماره ۶-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

این اختلال معمولا در جاهایی دیده می­شود که منبع تولید انرژی برای تغذیه­ ی دستگاه­ ها، ژنراتور (موتور برق) باشد.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

نوسانات فرکانسی باعث برش ولتاژ و کاهش دقت دستگا­­ه های حساس آزمایشگاهی، مخابراتی، تجهیزات پزشکی و… و همچنین به هم خوردن همزمانی (Synchronizing) در برخی دستگاه­ ها که با عبور از صفر ولتاژ کار می­کنند، می­شود.

اعوجاج­ هارمونیکی (Harmonic Distortion)

به اغتشاش­های پریودیک و شبه سینوسی ولتاژ منبع و یا به جریانی که بارهای غیر خطی از منبع می­کشد گفته می­شود. (شکل شماره ۷-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

هارمونیک­ها عموما توسط بارهای غیرخطی بوجود می­آیند که از برق شهر جریان هایی بالا می­کشند. مانند کامپیوتر، دستگاه ­های فتوکپی، پرینترهای لیزری، موتورهای دوار با سرعت متغیر، دستگاه­ های جوشکاری و…

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

هارمونیک­ها باعث افزایش نامناسب جریان می­شوند و این افزایش اثر خود را در دماهای بالا نشان داده و باعث خرابی اجزای تشکیل­ دهنده و افزایش حرارت دستگاه می­شوند.

دمای تولید شده بوسیله هارمونیک­ها می­تواند سیم­ های اصلی نول سایت را خراب کند مگر آنکه سیم­ها به اندازه کافی ضخیم در نظر گرفته شوند.

حالت­های گذرای سوئیچینگ (Switching Transients)

به تغییرات ناخواسته و لحظه­ های فرکانس از مقدار تعیین شده گفته می­شود. (شکل شماره ۸-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

 

پیدایش عناصر نیمه هادی (ترانزیستورها ) و استفاده فراوان از آنها در شبکه های قدرت، عامل مهمی برای ایجاد هارمونیک در سیستم های قدرت میباشد اکثر PC ها توسط منابع تغذیه سوئیچینگ تغذیه میشوند و این باعث میشود مشکلات مربوط به هارمونیک ها با افزایش تعداد کامپیوترها به صورت تصاعدی بالاتر رود.

نویز الکتریکی (Electrical Line Noise)

نویز در واقع تغییرات نامنظم و کاملا اتفاقی ولتاژ است. تداخل الکترومغناطیس (EMI) و یا تداخل ناشی از فرکانس­های رادیوئی (RFI) از انواع نویز هستند. (شکل شماره ۹)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

نویز الکتریکی در اثر مشکلات کابل، کابل­کشی و مجاورت با تجهیزات فرکانس رادیویی، القای امواج روی خطوط انتقال، کارکرد ترانسفورمرها، ژنراتورها و دستگاه­ های صنعتی بوجود می­آید.

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

نویزها باعث سوء کارکرد و بروز خطا در برنامه­ های اجرایی و فایل­های اطلاعاتی می­گردد. به طور­کلی نویز الکتریکی می­تواند باعث اشکالات نرم افزاری (مانند Hang نمودن کامپیوتر) و در نتیجه از دست رفتن اطلاعات شده ولی موجب آسیب­های سخت افزاری نمی گردد.

نویزها دو نوع اند:

  1. Normal Mode Noise
  2. Common Mode Noise

۱- Normal Mode Noise

این نویزها عموما بین خطوط فاز و نول شبکه دیده شده و باعث آسیب منابع تغذیه، بردها و اجزای تشکیل دهنده مدار می­شوند. (شکل شماره ۱۰-۲)

 

 

 

 

۲- Common Mode Noise

بیشتر نویزها از این دسته ­اند و بین خطوط فاز و ارت یا نول و ارت وجود داشته و باعث از دست رفتن اطلاعات در کامپیوترها می­شوند. (شکل شماره ۱۱-۲)

 

 

تاثیر نویز در بیت­های اطلاعاتی:

طبق منطق موجود در تجهیزات و دستگا­ه ­های کامپیوتری، سطح ولتاژ صفر ولت، سطح منطقی صفر و سطح ولتاژ ۵ ولت، سطح منطقی یک در نظر گرفته شده است.

نویزهای وارد شده به سیستم­ها در سطوح منطقی مختلف، می­توانند بر روی سیستم تأثیر­ گذاشته و سطح منطقی را تغییر دهند. (شکل شماره ۱۳-۲)

 

 

اسپایک (Spike)

عبارتست از افزایش بسیار زیاد لحظه­ای ولتاژ (شکل شماره ۱۴-۲)

 

 

عوامل موثر در ایجاد اختلال:

ضربات ناشی از رعد و برق و یا عواملی که باعث سقوط خطوط انتقال برق می­شوند، باعث بروز این اختلال می­گردند. مانند: طوفان، تصادفات و …

تاثیر اختلال بر شبکه و بار مصرفی:

باعث سوختن مدارهای داخل کامپیوتر شده و یا با سوختن هارد (Hard Disk) باعث از بین رفتن اطلاعات می­گردد.

آماری از اختلالات برق

آمار اختلالات برق بر روی کامپیوتر، ارائه شده توسط Computer World

 

 

 

آمار اختلالات برق در مدت یک ماه، ارائه شده توسط شرکت IBM

 

 

 

آمار انواع اختلالات برق در مدت یک ماه، ارائه شده توسط شرکتAT&T

 

 

 

انواع تکنولوژی ساخت یوپی اس

ساختار کلی یو پی ­اس

برق ورودی وارد یک مبدل (Converter) شده و با رگولاسیون که در خروجی خود انجام می­دهد وارد بار مصرفی می­شود. یک منبع انرژی باتری هنگام قطع برق، انرژی را تأمین کرده و به منظور محفوظ ماندن انرژی در لحظه سوئیچینگ از برق به باتری و بالعکس از یک خازن استفاده می­شود. (شکل شماره۱-۵)

 

 

انواع تکنولوژی­های شناخته شده جهت ساخت یو پی اس عبارتند از:

  • Standby
  • Line-Interactive
  • Ferro resonant
  • Double Conversion
  • Delta Conversion

در این قسمت سعی داریم شما را با سه نوع تکنولوژی ساخت یو پی اس آشنا نمائیم.

Line-Interactive Technology

در این نوع تکنولوژی برق ورودی وارد بخش Power Interface شده و خروجی را تأمین و همزمان عمل شارژ باتری انجام می­گیرد.

Inverter در حالت نرمال (برق شهر) وظیفه شارژ باتری و در حالت قطع برق شهر، وظیفه تولید برق سینوسی از انرژی ذخیره شده در باتری را بر عهده دارد. (شکل شماره ۲-۵)

 

 

 

 

برق ورودی وارد فیلتر شده و ترانس(AVR  Automatic Voltage Regulation) عمل تضعیف (Buck) یا افزایش (Boost) برق ورودی را انجام می­دهد و با یک رگولاسیون خوب، برق را به بار مصرفی می­رساند.

  • بررسی حالت نرمال

 

 

  • بررسی حالت باتری