سوالات متداول

دستگاهی است که متشکل از قطعات حالت‌جامد (Solid-State) که بین منبع برق ورودی و بار وصل شده و از بروز اختلالات برق ورودی (برق شهر) ازجمله قطع کامل آن جلوگیری می‌کند. چون این سیستم از قطعات solid-state تشکیل‌شده است، غالباً به‌عنوان یو پی اس – استاتیک، شناخته می‌شود، این سیستم‌ها نقطه مقابل سیستم‌های دوار هستند که بر تکنولوژی موتور / ژنراتور متکی می‌باشند. سیستم‌های دوار هنوز موجود بوده و موارد استفاده خاص خود را دارند ولی در سال‌های اخیر این سیستم‌ها در بسیاری از کاربردها با تکنولوژی درحال‌توسعه یو پی اس استاتیک جایگزین شده‌اند.

قطع ناگهانی برق باعث اختلال در اکثر فعالیت‌های تجاری شده و در برخی موارد امکان ادامه آن را کاملاً از بین می‌برد. به‌عنوان‌مثال شرکت‌های بسیاری را می‌توان نام برد که در اثر پیامدهای حاصل از قطع برق ورشکست شده‌اند البته تنها قطع برق شهر اثرات مخرب به همراه ندارد؛ بسیاری از دستگاه‌های الکتریکی (برای مثال سیستم¬های کامپیوتری) نسبت به نارسائی‌هایی مانند افت لحظه‌ای ولتاژ، افت طولانی ولتاژ، قطع برق، ولتاژهای لحظه‌ای بالا، نویز و تأثیرات فرکانس رادیویی و تغییرات فرکانس در منبع تغذیه خود حساس هستند.
به این‌گونه بارها اغلب «بارهای حساس» گفته می‌شود زیرا عملکرد مداوم آن‌ها برای فعالیت تجاری یک شرکت حائز اهمیت است و همچنین به این دلیل که این‌گونه بارها برای عملکرد صحیح به یک منبع نیروی برق باثبات‌تر و قابل‌اطمینان‌تر ازآنچه عموماً توسط منابع تغذیه همگانی ارائه می‌شود، نیاز دارند.

• سیستم Off-Line
• سیستم Line-Interactive
• سیستم On-Line
به‌طورکلی، مدل یو پی اس ها از لحاظ ساختار طراحی در یکی از سه حالت off-line، line interactive و on-line قرار می‌گیرد.
صرف‌نظر از طراحی خاص هر یک، چند ویژگی مهم در تمامی یو پی اس ها مشترک است همه آن‌ها دارای باتری هستند و تا زمانی که برق شهر قابل‌استفاده است انرژی را در باتری‌ها ذخیره می‌کنند و پس از قطع برق شهر انرژی باتری را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کنند.

در شکل یو پی اس مدل Off-Line نشان داده‌شده است. در این مدل بارهای حساس از مسیر bypass انرژی دریافت می‌کنند و اگر تغذیه مسیر bypass قطع شود یا ولتاژ آن خارج از محدوده قابل‌قبول و مجاز قرار گیرد، مسیر اینورتر جایگزین آن می‌شود. در طی عملکرد عادی دستگاه، هر اختلالی که در محدوده قابل‌قبول ولتاژ bypass باشد به بار منتقل می‌شود، اگرچه بسیاری از مدل‌های این نوع یو پی اس در مسیر bypass خود تا حدودی افزایش شدید و ناگهانی ولتاژ (Spike) جلوگیری می‌کنند و فیلترهای RF (فرکانس رادیویی) در مسیر bypass آن‌ها وجود دارد.
در شرایط عادی شارژ باتری به‌طور مداوم کار می‌کند تا باتری‌ها را کاملاً آماده نگهدارد. در برخی از یو پی اس ها ممکن است اینورتر خاموش باشد تا راندمان کلی دستگاه افزایش یابد، اگرچه قسمت‌های کنترل الکترونیکی آن به‌منظور عملکرد سریع اینورتر هموار فعال می‌باشند.
اگر ولتاژ bypass از حداقل مجاز پایین‌تر رود، اینورتر بلافاصله شروع بکار کرده و بار به‌وسیله سوئیچ استاتیک (یا رله خروجی) به اینورتر منتقل می‌شود. با توجه به این‌که مراحل انتقال پس از قطع ولتاژ bypass آغاز می‌شود وقفه اجتناب‌ناپذیر در تأمین انرژی بار روی می‌دهد، اگرچه این وقفه کوتاه به‌اندازه 10-2 میلی‌ثانیه است. لازم به ذکر است که اکثر بارها به نحو مطلوب و بی‌آنکه متحمل اثرات مضری شوند این زمان را پشت سر می‌گذارند و با عادی شدن وضع برق شهر بار مجدداً به مسیر bypass منتقل می‌شود.
با توجه به این امر که در زمان انتقال ایجاد وقفه در تغذیه بار غیرقابل‌اجتناب می‌باشد برخی براین عقیده هستند که چون سیستمی بیشتر شبیه یک منبع تغذیه stand-by است تا یک یو پی اس واقعی.
در این نوع یو پی اس (Off-Line) زمانی که بار به اینورتر منتقل می‌شود اینورتر با استفاده از انرژی باتری فعال‌شده و تا زمانی که ولتاژ باتری به آخرین حد دشارژ آن برسد می‌تواند انرژی بار را تأمین کند. اگر تا آن زمان جریان برق شهر برقرار نشود برق خروجی یو پی اس به‌طور کامل قطع خواهد شد.

این نوع یو پی اس شامل دستگاه‌هایی می‌شود که در آن‌ها سعی شده با اضافه کردن سیستم تنظیم ولتاژ در مسیر bypass عملکرد بهتری نسبت به سری off-Line ارائه شود. دو نوع از متداول‌ترین سیستم‌های این رده یو پی اس های مجهز به ترانس Buck/Boost و ترانس ferroresonat می‌باشند. مشابه مدل‌های Off-Line یو پی اس مدل Line-Interactive بار خود را از طریق مسیر bypass تغذیه می‌کند و براثر هر حادثه‌ای که سبب قطع برق شهر شود آن را به اینورتر انتقال می‌دهد. در بخش‌های باتری، شارژ و مدار اینورتر نیز با سیستم Off-Line مشابه است اما به خاطر اضافه شدن مدار تنظیم ولتاژ در مسیر bypass بار کمتر به اینورتر انتقال می‌یابد. چنین سیستمی تأثیر بیشتری در کاهش هزینه‌ها داشته و عمر مفید باتری در مقایسه با Off-Line بیشتر می‌شود.

اولین تفاوت بین سیستم آن لاین و آنچه قبلاً در سیستم off-line توضیح داده شد این است که شارژ باتری با بخش «یکسو کننده/شارژ» تعویض شده است. بخش «یکسو کننده / شارژ» ممکن است از دو قسمت جداگانه یا یک بلوک قدرت کامل تشکیل‌شده باشد. زمانی که برق شهر در جریان است این بخش باتری را شارژ و انرژی اینورتر را توسط یک ولتاژ DC ثابت تأمین می‌کند.
درصورتی‌که برق ورودی (برق شهر) قطع شود شارژ خاموش شده و انرژی DC اینورتر توسط باتری تأمین می‌شود و از این زمان باتری رفته‌رفته خالی می‌شود. ارتباط بین یکسو کننده/باتری اغلب DC Busbar یا به‌اختصار DC bus نامیده می‌شود.
بخش «یکسو کننده/شارژ» در قسمتی از مدار کنترل خود دارای یک محدودکننده جریان ورودی است تا حفاظت لازم را در برابر اضافه‌بار انجام دهد و همچنین شامل یک مکانیزم shut down است تا در صورت زیادشدن ولتاژ DC از باتری، اینورتر و اجزای فیلتر DC محافظت کند.
این نوع یو پی اس که اصطلاحاً یو پی اس Double Conversion نیز نامیده می‌شود بالاترین میزان حفاظت را ارائه می‌کند زیرا بار همواره با یک ولتاژ تنظیم‌شده تغذیه می‌شود. به‌عبارت‌دیگر حتی زمانی که برق شهر وجود دارد یکسو کننده، شارژ و بخش‌های قدرت اینورتر فعال هستند و بار از طریق یک سوئیچ استاتیک به خروجی اینورتر متصل است. در شرایط عادی هنگامی‌که بار انرژی خود را از اینورتر دریافت می‌کند به‌خوبی در برابر اختلالات برق شهر محافظت می‌شود چون یکسو کننده و اینورتر مانند یک سد در برابر نویز موجود در خطوط انتقال برق و نوسانات زودگذر ولتاژ عمل کرده و درنهایت یک ولتاژ خروجی کاملاً تنظیم‌شده را فراهم می‌کنند.
اگر ولتاژ ورودی از محدوده مجاز (مثلاً 20 %- تا 10 %+) تجاوز کند یا این‌که کاملاً قطع شود اینورتر با استفاده از انرژی باتری به کار خود ادامه می‌دهد انجام این مراحل به نحوی صورت می‌پذیرد که هیچ وقفه‌ای به بار منتقل نشود. زمانی که انرژی باتری استفاده می‌شود، اینورتر مانند زمان استفاده از برق شهر همان میزان رگولاسیون ولتاژ را ارائه می‌کند.
اگر قبل از این‌که ولتاژ باتری به پایین‌ترین میزان ولتاژ خود برسد جریان برق شهر مجدداً برقرار نشود، اینورتر از کار می‌افتد و در برخی مدل‌ها ممکن است سوئیچ استاتیک بار را به مسیر bypass متصل کند. نتیجه عمل انتقال به این موضوع بستگی دارد که مسیر bypass یو پی اس به همان مسیر تغذیه اصلی که بخش یکسو کننده از آن تغذیه می‌کند متصل شده و منبع تأمین برق مسیر bypass وجود داشته باشد (چنین ترکیبی به سیستم Split Bypass معروف است).
اگر ورودی با bypass جدا نصب‌شده باشد و برق ورودی bypass نیز مناسب باشد بار همچنان انرژی خود را از مسیر bypass که یک انرژی الکتریکی محافظت نشده است، دریافت خواهد کرد. اگر دو بخش bypass و ورودی یکسو کننده به یک برق AC یکسان متصل شوند (حالت Common Bypass) هنگام انتقال بار به مسیر bypass براثر اتمام انرژی باتری، تأمین انرژی الکتریکی بارهای حساس قطع می‌شود.
یک روش برای غلبه براین مشکل در نظر گرفتن یک ژنراتور stand-by در طراحی سیستم می‌باشد تا در زمان قطع برق به‌عنوان تغذیه جایگزین برای ورودی یو پی اس عمل کند. این ژنراتور از طریق یک مدار سوئیچ خودکار به یو پی اس متصل می‌شود. این مدار سوئیچ می‌تواند قطع برق شهر را تشخیص داده و ژنراتور را سریعاً در مدار قرار دهد.
در این روش هر زمان که مدار کنترل مشکلی را در برق شهر تشخیص داد ژنراتور روشن می‌شود. زمانی که ژنراتور به ترمینال‌های اصلی ورودی یو پی اس متصل شود و درنتیجه باتری‌های یو پی اس فوراً تحت شارژ قرار می‌گیرند.

این شامل دو یو پی اس یا بیشتر است که به‌صورت موازی انرژی الکتریکی یک گروه بار مشترک را تأمین می‌کنند و عموماً برای سیستم‌های on-line که محدوده توان متوسط یا بالائی دارند قابل‌اجرا است.
واحدهای تشکیل‌دهنده چنین سیستم گسترده‌ای اغلب عملکردی نظیر یکدیگر دارند زیرا هنگام کار کردن به‌صورت منفرد نیز طرز کار آن‌ها مانند یکدیگر است. درواقع برخی از سازندگان یو پی اس های خود را طوری طراحی می‌کنند که بتوان آن‌ها را در هر وضعیتی مورداستفاده قرار داد بدون این‌که نیازی به انجام تغییرات پیچیده داشته باشند.
هر بخش شامل یک سوئیچ استاتیک است تا انتقال بار بین اینورتر و مسیر bypass را امکان‌پذیر سازد. البته بردهای کنترل الکترونیکی بسیار دقیق در داخل سیستم تعبیه می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که هنگام انتقال از یک منبع انرژی (مثلاً اینورتر یو پی اس) به منبع دیگر (مسیر bypass) تمام سوئیچ‌های استاتیک هم‌زمان عمل می‌کنند. در غیر این صورت اگر زمانی که تمام یو پی اس ها از اینورتر خود استفاده می‌کنند یک یو پی اس خروجی خود را به مسیر bypass منتقل کند سیستم دچار مشکل می‌شود. همچنین جهت تقسیم بار بین اینورترها و ستکرون بودن آن‌ها با یکدیگر به مدارهای کنترلی کامل‌تری نیاز است. فرامین کنترلی از طریق کابل‌هایی بااتصال حلقوی بین قسمت‌های مختلف به‌صورت سیگنال‌های ولتاژ پایین ردوبدل می‌شوند و این امکان را فراهم می‌کنند که هر قسمت بتواند با سایر قسمت‌های سیستم ارتباط برقرار کند.
یکی از مزایای ایزولاسیون کامل ورودی و خروجی در هر قسمت این است که هر یو پی اس به‌طور کامل از سایر قسمت‌ها ایزوله بوده و در صورت نیاز می‌توان بی‌آنکه بقیه یو پی اس ها دچار مشکل شوند، یو پی اس موردنظر را از سیستم جدا کرد.
دو دلیل عمده برای نصب یک سیستم موازی وجود دارد، اول این‌که توان و ظرفیت مؤثر یو پی اس بالا رود تا سیستم قادر به تأمین انرژی موردنیاز بارهای توان بالا باشد، درحالی‌که یک یو پی اس که به‌صورت منفرد کار می‌کند قادر نیست چنین توانی را فراهم سازد. دلیل دوم افزایش تعداد دستگاه‌ها جهت بالا بردن ضریب اطمینان سیستم است. یو پی اس های موازی را معمولاً می‌توان در یکی از سیستم‌های Capacity یا Redundancy طبقه‌بندی کرد، اگرچه برخی از آن‌ها برحسب این‌که چه پیشامدی برای کل سیستم روی دهد به حد کافی توانائی دارند که برای هر دو عملکرد واکنش مناسبی نشان دهند.
صرف‌نظر از مدل یو پی اس انتخاب‌شده، تمام یو پی اس هایی که بخشی از یک سیستم موازی را تشکیل می‌دهند باید از یک نوع باشند و توان خروجی یکسان داشته باشند به‌عبارت‌دیگر نمی‌توان یک یو پی اس 30kVA را با یک 120 kVA موازی کرد.

یکی از اشکالات طراحی Off-Line این‌که هرگاه ولتاژ برق مسیر bypass به آخرین حد قابل‌قبول برای بار برسد بار باید بلافاصله به مسیر اینورتر متصل شود. این بدان معنی است که اگر یک‌بار حساس با تلرانس ولتاژ بسیار اندک به خروجی یو پی اس متصل شود یو پی اس باید دائماً بین bypass و اینورتر سوئیچ کند. در این حالت جدا از ایجاد وقفه در برق خروجی، به باتری آسیب واردشده و از عمر آن کاسته می‌شود و حتی ممکن است هنگام قطع برق شهر، زمانی که یو پی اس باید به مدت زیادی توان موردنیاز بار را فراهم کند، باتری به‌اندازه کافی انرژی نداشته باشد.
ترانس Buck/Boost جهت حل این مشکل در مسیر bypass اضافه می‌شود (شکل این ترانس باسیم پیچ ثانویه چند سر به همراه چندین رله طوری تنظیم می‌شود که هر دو سطح پایین و بالای ولتاژ مسیر bypass را به‌طور مناسب تعیین کرده و بدین طریق ولتاژ خروجی یو پی اس را به‌اندازه ولتاژ موردنیاز محدود کند. این بدین معناست که محدوده ولتاژ قابل‌قبول ورودی (بدون نیاز به عملکرد اینورتر) افزایش یابد.
یک یو پی اس در این طبقه‌بندی می‌تواند با دامنه ولتاژ ورودی بین 20 % + تا 30 % - فراتر از محدوده ولتاژ نامی و با استفاده از انرژی bypass ولتاژ بار خود را تأمین کند.

این سیستم نیز شبیه سیستم Buck/Boost است که قبلاً توضیح داده شد اما در این مورد ترانس فرورزنانس جایگزین ترانس Buck/Boost شده است.
این ترانس تنظیم و رگولاسیون ولتاژ را در برابر اختلال‌هایی مانند نویز خط الکتریکی انجام می‌دهد و به ازای تغییر در ولتاژ ورودی از 40 % - تا 20 % +، خروجی تنها 3 % ± مقدار نامی تغییر خواهد کرد. همچنین این ترانس با ذخیره انرژی، برق موردنیاز کامپیوترها را در زمان قطع کامل برق برای مدت کوتاهی تأمین می‌کند تا اینورتر شروع به کار کند. بنابراین بدون ایجاد وقفه در جریان برق بار بین مسیر اینورتر bypass منتقل‌شده و یو پی اس عملاً به یک سیستم واقعی on-line تبدیل می‌شود که در خروجی آن وقفه‌ای مشاهده نمی‌شود.

عموماً مشکلی که در این نوع یو پی اس مشاهده می‌شود به این دلیل است که اینورتر قادر نیست ولتاژ یا فرکانس مناسبی در ترمینال‌های خروجی یو پی اس تولید کند و ممکن است نتایج حاصل از این خرابی در بین مدل‌های مختلف متفاوت باشد. معمولاً به‌محض اینکه عیبی رخ می‌دهد بخش کنترل (Control Logic) یو پی اس نقص در ولتاژ یا فرکانس خروجی را مشخص کرده و بلافاصله سیگنالی به سیستم کنترل سوئیچ استاتیک می‌فرستد تا بار را بدون وقفه در برق موردنیاز آن به مسیر bypass منتقل کند. ولی اگر در زمان نیاز به انجام این انتقال خروجی اینورتر باانرژی الکتریکی مسیر bypass 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 (بسیار کوتاه) در برق مصرفی خود می‌شود.
توجه به این نکته حائز اهمیت است که اگرچه انتقال بدون وقفه به مسیر bypass در بار خروجی احساس نمی‌شود اما بار با ولتاژ تثبیت نشده تغذیه‌شده و چنانچه به دلیل وجود نقص در یو پی اس انجام این انتقال ضروری باشد و برق ورودی مسیر bypass نیز قطع باشد، آنگاه بار تغذیه خود را کاملاً از دست می‌دهد.
معمولاً زمانی که مشکل اینورتر رفع می‌گردد سوئیچ استاتیک به‌طور خودکار بار را به خروجی اینورتر متصل می‌کند، این حالت اغلب auto-retransfer نیز نامیده می‌شود.
واکنش یک سیستم on-line در برابر اضافه‌بار معمولاً مشابه حالت خراب شدن یو پی اس است، در این حالت بار تا حذف حالت overload همچنان در مسیر bypass باقی‌مانده و پس‌ازآن به‌طور خودکار به خروجی اینورتر متصل می‌شود. اگر در زمان بروز حالت overload برق ورودی مسیر bypass (برق شهر) موجود نباشد برق خروجی یو پی اس نیز قطع خواهد شد (رجوع شود به توضیحات قبل)، ازاین‌رو در برخی از سیستم‌ها امکان تداوم وضعیت overload به‌منظور استفاده از انرژی اینورتر برای مدت محدودی فراهم‌ شده است. یعنی یو پی اس می‌تواند برای آن قسمت از بار که دچار مشکل شده جریان کافی را تأمین کند تا این‌که فیوز قطع کننده مدار به‌طور خودکار آن را از یو پی اس جدا کند.
تا زمانی که یو پی اس تحت شرایط overload کار کند اینورتر در حالت محدودکننده جریان بوده و ممکن است ولتاژ خروجی آن عمداً کاهش پیدا کند، (در اکثر موارد بهتر است که برق کاملاً قطع شود) و اگر زمان معین اضافه‌بار رفع شود دستگاه به شرایط عادی بازمی‌گردد.