ساختار یو پی اس و مقایسه انواع آن ها
ساختار یو پی اس
یو پی اس ها بنا بر نیاز و کاربرد در انواع توپولوژی‌ها ساخته می‌شوند. اصلی‌ترین تقسیم‌بندی ساختار UPS به دو نوع Online و Off line تقسیم‌بندی می گردد ولی هر یک از این دو نوع خود انواع متفاوت دارند.
در زیر به تفکیک به شرح هر یک از آن‌ها می‌پردازیم.
یو پی اس های Off Line – Standby
در این یو پی اس ها که ساده‌ترین نوع یو پی اس ها نیز به شمار می‌روند در حالت نرمال برق شهر مستقیما به مصرف‌کننده‌ها منتقل می‌شود و در هنگام قطع برق شهر، اینورتر دستگاه به مصرف‌کننده وصل می‌شود .
شکل موج اینورتر در این نوع یو پی اس ها می‌تواند مربعی، شبه سینوسی و یا سینوسی باشد.
این دستگاه‌ها قادرند تا سه مورد اول از اختلالات 9 گانه موجود در برق شهر را حذف نمایند. این دستگاه‌ها عموما در توان های بسیار پائین (معمولا کمتر از 1 KVA) تولید شده و برای PC های خانگی مناسب می‌باشند.
Off Line – Line Interactive
این یو پی اس ها نوع پیشرفته یو پی اس های Stand by می‌باشند. با این تفاوت که در حالت نرمال برق شهر از طریق یک ترانسفورماتور که در ثانویه آن چندین خروجی پیش‌بینی گردیده است به بار منتقل می‌شود.
در صورت کاهش و یا افزایش ولتاژ برق شهر، خروجی متناسب از ثانویه ترانس انتخاب می‌گردد و همواره خروجی در حدود ولتاژ نامی تثبیت می‌گردد.
این دستگاه‌ها قادرند تا 5 مورد اول از اختلالات 9 گانه برق شهر را حذف و یا تضعیف نمایند.
رگولاسیون ولتاژ خروجی در این دستگاه‌ها بصورت پله‌ای می‌باشد. بدین معنی که ولتاژ خروجی پس از رسیدن به مقدار معینی اختلاف از ولتاژ نامی با تعویض خروجی ثانویه ترانس افزایش و یا کاهش یافته و خروجی به ولتاژ نامی نزدیک می‌گردد.
این دستگاه‌ها معمولا تا توان KVA5 تولید می‌شوند. همچنین این دستگاه‌ها امکان کار کردن با دیزل ژنراتور را ندارند.
یو پی اس Off line-Ferro Resonant
ساختار این یو پی اس ها همانند یو پی اس های line interactive است. با این تفاوت که ترانس بکار رفته در آن از نوع ترانس هسته اشباع بوده و خروجی تنظیم شده یکنواخت ایجاد می‌کند.
شکل موج خروجی این دستگاه‌ها چه در حالت برق شهر و چه در حالت اینورتر دارای THD زیادی می‌باشد. لذا برای تجهیزات حساس چندان مناسب نیستند.
همچنین این دستگاه‌ها جهت منابع تغذیه سوئیچینگ که دارای تصحیح‌کننده ضریب قدرت (PFC) هستند مناسب نمی‌باشند.
این دستگاه‌ها 5 مورد از 9 مورد اختلال موجود در برق شهر را حذف می‌نمایند.
یو پی اس های On line-Double Conversion
در حال حاضر عمومی‌ترین یو پی اس ها به شمار می‌روند. در این نوع یو پی اس ها خروجی تثبیت شده توسط اینورتر دستگاه تولید می‌شود. بدین معنی که همواره اینورتر روشن بوده و بار از طریق اینورتر تغذیه می‌گردد.
در این یو پی اس ها برق متناوب شهر یکسو شده و به ولتاژ مستقیم DC تبدیل می‌گردد. ولتاژ DC مجددا توسط اینورتر به موج متناوب AC تبدیل می‌گردد. از آنجا که ولتاژ AC خروجی توسط اینورتر تولید می‌گردد لذا کاملا تثبیت شده است.
این یو پی اس ها هر 9 مورد اختلال موجود در برق شهر را حذف و یا تضعیف می‌نماید.
یو پی اس های On line Double Conversion خود به دو نوع Transformer-base و Transformer-less تقسیم‌بندی می‌شوند.
در ساختار یو پی اس های Transformer-base یک ترانسفورماتور در خروجی اینورتر قرار می‌گیرد.
وجود این ترانسفورماتور مزایای زیادی برای UPS ایجاد می‌کند که بصورت خلاصه عبارتند از:
1- ایزولاسیون خروجی نسبت به ورودی
2- افزایش MTBF (Mean Time Before Failure)
3- حذف Spike های سوار بر برق شهر
4- افزایش طول عمر قطعات نیمه هادی بخش قدرت
این یو پی اس ها برای محیط های صنعتی و یا محیط های شهری که دارای اختلالات زیادی هستند مناسب می‌باشند.
در یو پی اس های Transformer-less از فیلترهای Active بجای ترانسفورماتور استفاده می‌شود که این خود موجب کاهش MTBF می‌گردد.
مزیت یو پی اس های Transformer-less نسبت به Transformer-base عبارتند از:
1- وزن کمتر
2- قیمت کمتر
3- راندمان بیشتر
این یو پی اس ها برای کشورهایی که استانداردهای تولید، انتقال و توزیع برق در آن‌ها به خوبی رعایت می‌شوند مناسب هستند.
یو پی اس های On line-Delta Conversion
اساس کار این یو پی اس ها تصحیح اختلاف دامنه ولتاژ ورودی نسبت به ولتاژ نامی دستگاه می‌باشد. در صورتی که بطور مثال ولتاژ برق شهر 10 درصد نسبت به ولتاژ نامی کمتر باشد UPS این اختلاف 10 درصدی را تولید و به موج اصلی اضافه می‌کند و خروجی برابر ولتاژ نامی می‌گردد.
بدین ترتیب راندمان در این نوع یو پی اس ها بسیار بالا است.
بزرگترین ایراد این UPS اینست که خروجی نسبت به فرکانس ورودی مستقل نبوده و تغییرات فرکانس در ورودی به خروجی منتقل می‌گردد.
همچنین دامنه ولتاژ قابل اصلاح در ورودی پایین بوده و در صورت افت و یا افزایش برق ورودی بیش از 15 درصد یو پی اس به حالت باتری سوئیچ می‌کند.
لذا این دستگاه برای محیط هایی که دارای تغییرات ولتاژ بالا می‌باشند مناسب نیست و همچنین جهت اتصال به دیزل ژنراتور نیز مناسب نمی‌باشد. این UPS که تنها یک تولیدکننده دارد در توانهای بالای 40 KVA تولید می‌شود.
مقایسه انواع ساختار UPS
جدول زیر امتیازات وضعیت‌های هر یک از ساختارهای یو پی اس را توضیح داده و کاربرد هر نوع را تشریح می‌نماید. با مقایسه این پارامترها می‌توان UPS مناسب را انتخاب نمود.
مقایسه انواع ساختار یو پی اس
| ردیف | نام توپولوژی | مشخصات | کاربری |
| 1 | Off line Standby | حذف 3 مورد از 9 مورد اختلالات موجود در برق شهر تولید در توانهای زیر 1 KVA عدم امکان استفاده به مدت طولانی در حالت باطری | مناسب جهت کامپیوتر های خانگی |
| 2 | Off line Line Interactive | حذف و یا تضعیف 5 مورد از اختلالات 9 گانه برق شهر تولید تا توان 5 KVA راندمان بالا رگولاسیون ولتاژ خروجی بصورت پله ای آمار بالای خرابی رله ها در محیط هایی که نوسان ولتاژ دارند عدم امکان اتصال به دیزل ژنراتور | مناسب جهت محیط های اداری کوچک دارای برق نسبتاً پایدار |
| 3 | Off line Ferro Resonant | حذف و یا تضعیف 5 مورد از اختلالات 9 گانه برق شهر تولید در توان تا حداکثر 18 KVA عمر طولانی اینورتر THD خروجی بسیار بالا ایجاد اشکال برای تجهیزات حساس و منابع تغذیه دارای PFC راندمان پائین | مناسب جهت سیستم روشنائی و مصارف غیر حساس |
| 4 | On line Delta Conversion | حذف و یا تضعیف 5 مورد از اختلالات 9 گانه برق شهر وابستگی به فرکانس ورودی عدم امکان کار با دیزل ژنراتورهای کوچک بازه محدود ولتاژ ورودی قابل قبول راندمان بالا – تولید در توانهای بالاتر از 40 KVA | مناسب جهت محیط هایی که دارای برق ورودی نسبتا پایداری می باشند |
| 5 | On line Double Conversion Transformer-less | حذف و یا تضعیف تمامی اختلالات 9 گانه برق شهر خروجی تنظیم شده و عدم وابستگی به ولتاژ و فرکانس ورودی راندمان نسبتا بالا بازه ولتاژ ورودی قابل قبول تولید از توانهای پایین تا توانهای بسیار بالا سبک MTBF پایین | مناسب جهت محیط های شهری و تغذیه تجهیزات حساس و کامپیوتری |
| 6 | On line Double Conversion Transformer-base | حذف و یا تضعیف 9 مورد از اختلالات 9 گانه برق شهر خروجی تنظیم شده و عدم وابستگی به ولتاژ و فرکانس ورودی راندمان پایینتراز نوع Transformer- less وزن زیاد بازه وسیع ولتاژ ورودی قابل قبول تولید از توانهای پایین تا توانهای بسیار بالا ایزولاسیون بین ورودی و خروجی MTBF بالا | مناسب جهت محیط های صنعتی و یا محیط های دارای اختلالات و نوسانات زیاد |
با توجه به مشخصات ارائه شده پیشنهادات فنی که در ادامه ارائه می‌گردد به ترتیب اولویت از دو نوع توپولوژی زیر خواهد بود :
Online Double Conversion Transformer-less
• یو پی اس متمرکز ، نیمه متمرکز ، محلی
در ارائه پیشنهاد UPS برای ساختمان های متوسط و بزرگ می توان از سه راهکار استفاده نمود. هر یک از این راهکارها دارای امتیازات و معایبی به شرح جدول زیر خواهند بود.
UPS متمرکز / نیمه متمرکز / محلی
| یو پی اس متمرکز | یو پی اس نیمه متمرکز | محلی |
| *امکان انتخاب ساختارهای پیشرفته *کیفیت بالای محصولات *قیمت نهائی پائین *امکان بهره مندی از حداکثر ظرفیت یو پی اس *امکان استفاده از سیستم Redundant *استفاده از یک بانک باطری *شارژر قوی ، امکان شارژ باطریهای آمپر بالا و بهره جوئی ازBack up time طولانی *نیاز به سیستم کابل کشی یو پی اس *نیاز به تابلو توزیع * تهیه و نصب زمانبر است *عدم امکان جابجایی *تولید در توانهای بالا | *امکان انتخاب ساختارهای پیشرفته *کیفیت بالای محصولات *قیمت نهایی متوسط *امکان بهره مندی از ظرفیت نسبتا کامل یو پی اس ها * امکان استفاده از سیستم Redundant در برخی از مدلها *استفاده از تعداد محدودی بانک باطری *شارژر قوی و امکان شارژ باطریهای آمپر بالا و بهره جویی از Back up time طولانی *نیاز به سیستم کابل کشی یو پی اس *نیاز به تابلو توزیع *تهیه سریع و نصب نسبتا سریع *امکان جابجایی با اعمال کمی تغییرات *تولید در توانهای متوسط | *محدودیت در انتخاب ساختار *کیفیت های متفاوت در محصولات *قیمت نهایی بالا *عدم امکان بهره مندی از ظرفیت کامل یو پی اس *عدم امکان استفاده از سیستم Redundant *لزوم استفاده از تعداد زیادی بانک باطری *شارژر ضعیف و عدم امکان اتصال باطری های آمپر بالا *عدم امکان بهره گیری از Back uptime طولانی *عدم نیاز به سیستم کابل کشی یو پی اس *عدم نیاز به تابلو توزیع (لازم است تابلوی توزیع برق نرمال از ظرفیت بالاتری انتخاب شود) . *تهیه و نصب سریع *امکان جابجائی سریع *تولید در توانهای پایین |
با توجه به جمیع موارد ذکر شده سیستم پیشنهادی بصورت زیر اعلام می گردد:
• سیستم UPS متمرکز
تعداد فازهای ورودی و خروجی UPS
تعداد فازهای ورودی و همچنین خروجی UPS از پارامترهای دیگری است که جهت انتخاب یو پی اس بایستی مورد بررسی قرار گیرند. البته باید توجه داشت که با انتخاب تعداد فاز در توان UPS مورد نیاز محدودیت هایی ایجاد می شود.
جداول زیر مقایسه بین یو پی اس ها تک فاز ورودی و سه فاز ورودی و همچنین تک فاز خروجی و سه فاز خروجی می باشد.
| یو پی اس تک فاز ورودی | یو پی اس سه فاز ورودی |
|---|---|
| قابل ارائه در توانهای پایین و متوسط نیاز به یک فیدر با جریان بالا دارد عدم ایجاد تعادل ، جریان بین فازها عدم نیاز به برق سه فاز عبور جریان تنها از یک فاز ارائه عملکرد یو پی اس در صورت قطع یک یا دو فاز غیر مرتبط | قابل ارائه در توانهای متوسط و بالا توان فیدر ورودی کاهش می یابد ایجاد تعادل بین جریان فازها نیاز به برق سه فاز تقسیم بار مصرفی بین سه فاز قطع عملکرد یو پی اس در صورت قطع یکی از فازها |
| یو پی اس تک فاز خروجی | یو پی اس سه فاز خروجی |
| امکان بهره مندی حداکثر از توان نامی یو پی اس امکان اتصال به یک دستگاه تک فاز با توان بالا عدم نیاز به تقسیم بار مصرف کننده ها عدم امکان استفاده برای تجهیزات سه فاز | امکان Over Load شدن یکی از فازهای خروجی و در نتیجه عدم امکان استفاده بیشتر از توان دستگاه عدم امکان استفاده از یک دستگاه تک فاز با توان بالا نیاز به تقسیم بار مصرف کننده ها بین سه فاز امکان استفاده برای تجهیزات سه فاز |
با توجه به نوع توان مصرف کننده های مرکز داده و امکان استفاده از تجهیزات سه فاز، پیشنهادی که در ادامه ارائه می گردد بصورت زیر خواهد بود:
UPS سه فاز ورودی – سه فاز خروجی
افزونگی
به جهت تامین افزونگی برق بدون وقفه روش های مختلفی وجود دارد و هر یک دارای معایب و محاسنی هستند.
جدول زیر مقایسه ای اجمالی بین این دو نوع ساختار UPS می‌باشد:
| NO | Parameter | Modular UPS | Stand Alone UPS | Comments |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Scalability | Yes | Needs many Changes | LCOS |
| 2 | Foot Print | Low | High | To save the space |
| 3 | Load sharing Accuracy | Up to 100% | 30% to 90% | To achieve more Power |
| 4 | MTTR | Low | High | To decrease down time |
| 5 | Hot Swap | Yes | No | Easily increasing Modules |
| 6 | Shipment Weight | Low | High | More availability |
| 7 | Parallel Synchronization | Internal | External using Parallel kit | additional Devices causes more fault |
با توجه به جدول و مقایسه پارامترهای مهمی مانند Load Sharing Accuracy و MTTR و همچنین Synchronization که از پارامترهای بسیار مهم در سیستم برق بدون وقفه می‌باشد.
همچنین با توجه به محدودیت‌های فضای موجود (عدم وجود بالابر و رمپ و درگاه با پهنای کم) لذا پیشنهاد برای تامین برق بدون وقفه سیستم UPS ماژولار پیشنهاد می‌گردد.
مقایسه UPS های ماژولار
با توجه برند های مختلفی که در زمینه UPS در کشور موجود می‌باشد و نمایندگی‌های این برند ها در خصوص سیستم برق بدون وقفه ماژولار دو برند APC و Newave دارای سیستم‌های فعال‌تری می‌باشند.
به جهت مقایسه جدول زیر تهیه گردیده است:
| NO | Parameter | Modular UPS | Stand Alone UPS |
|---|---|---|---|
| 1 | Model | Symmetra PX | Newave |
| 2 | Input Power Factor | 1 | 0.99 |
| 3 | THDI | 5% | 3% |
| 4 | Efficiency | 94% | 95.5% |
| 5 | Battery Modularity | Yes | No |
| 6 | Controller Modularity | yes | No |
| 7 | Number of intelligent modules (Controller) | 2 | 1 |
| 8 | EPO | yes | No |
| 9 | SNMP | yes | Option |
| 10 | Shutdown software | yes | Option |
| 11 | Integrated Monitoring display | yes | No |
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.