آشنایی با ساختار یوپی‌اس

• Off Line
• Line Interactive
• On Line

انواع توپولوژی:

• توپولوژی Standby (Offline) با موج مربعی (شبه سینوسی)
این توپولوژی عموماً برای تغذیه کامپیوترهای شخصی بکار برده می‌شود. در شرایط عملکرد عادی، توان از منبع ورودی به transfer switch و خروجی دستگاه یوپی‌اس انتقال داده می‌شود و در زمان خرابی منبع ورودی و یا خارحج شدن ولتاژ و فرکانس ازرواداریهای مجاز، توان خروجی توسط اینورتر و انرژی ذخیره شده باطری تامین میگردد و اینورتر تنها هنگامی شروع به کار می‌کند که منبع ورودی دچار خرابی گردد.
در این تکنولوژی توان خروجی از کیفیت چندان مناسبی برخوردار نیست و عموماً در توان های کم تولید می‌گردد، اما راندمان بالا و قیمت پایین از مزایای این طراحی است. دستگاه های سری OFF LINE تا زمانی که برق شهر برقرار باشد، بار مصرفی را از برق شبکه اصلی تغذیه می‌نمایند و در این زمان مولد یا اینورتر یا مبدل DC/AC یعنی خروجی متصل به ورودی دستگاه می‌باشد. هنگام قطع برق از طریق رله و به کمک مبدل DC به AC یا اینورتر برق مصرفی از باتری تامین می‌شود. در حقیقت این سری دستگاه ها دارای زمان سوئیچ یا INTER LUCK حدود ۴ الی ٨ میلی ثانیه می‌باشند که این مدت نیز بستگی به رله سوئیچ دارد. معمولا برخی از سازندگان جهت کنترل و تثبیت ولتاژ شهری از یک AVR یا تثبیت کننده و از سوی دیگر جهت فیلتر کردن بعضی اغتشاشات موجود در شبکه برق از ایزولاتورها یا فیلترهای مخصوص هم بهره می‌گیرند.

• توپولوژی Standby ferro
در این تکنولوژی ترانسفورمری با طراحی و عملکردی خاص بنام فرورزونانت بکار رفته است که با به اشباع رفتن هسته ترانس، ولتاژ تثبیت شده ای در خروجی فراهم می‌گردد. در شرایط عادی کارکرد می توان از منبع AC ورودی به سیم پیچ اولیه ترانسفورمر فرو منتقل شده و از ثانویه ترانسفورمر، توان خروجی فیلتر شده با رگولاسیون مناسب به بار مصرفی انتقال می‌یابد. در زمان خرابی منبع ورودی، اینورتر شروع به کار کرده و با استفاده از انرژی ذخیره شده باطری و ترانسفورمر خروجی توان مورد نیاز تامین می‌گردد.
ایزولاسیون بسیار خوبی که ترانس فرورزونانت جهت تامین خروجی فیلتر شده ایجاد می‌نماید از بکار بردن هرگونه تجهیزات فیلترنگ دیگری مناسب تر است، از این‌رو فیلتراسیون عالی برق شهر و قابلیت اطمینان بالا از نقاط قوت این تکنولوژی است.
یوپی‌اس های فرورزونانت با به کار گرفتن بعضی ژنراتورها و بارهای کامپیوتری که ضریب توان ورودی شان اصلاح شده است، دچار ناپایداری می‌شوند؛ همچنین به دلیل اتلاف حرارتی بالا، راندمان پایین و حجیم بودن این دستگاه‌ها، طی چند سال اخیر محبوبیت این طراحی کاهش یافته است. این تکنولوژی در توان‌های ٣-١۵ KVA طراحی و تولید می‌شود.

• توپولوژی Line Interactive (شبه سینوسی) یا سینوسی کامل
این توپولوژی در سایت‌ها، شبکه و سرورها، (تجهیزات IT) بیشترین استفاده را دارد. در این طراحی اینورتر همواره روشن و به خروجی یوپی‌اس متصل است و در حالت عملکرد عادی وظیفه شارژ باطری ها را بر عهده دارد و زمانی که توان ورودی از بازه مجاز تعریف شده خارج گردد، پیوستگی توان خروجی از اینورتر و انرژی ذخیره شده باطری ها تامین می‌گردد.
معمولاً جهت فراهم شدن رگولاسیون ولتاژ مناسب در خروجی در این طراحی از ترانسفورمرهای tap changing نیز استفاده می‌شود. در مقایسه با توپولوژی standby تجهیزات فیلترینگ بیشتری تعبیه شده و ناپایداری خروجی و نویزهای سوئیچینگ نیز کاهش یافته است. در مجموع راندمان بالا، قیمت پایین، ضریب اطمینان بالا و توانایی اصلاح ولتاژ نامناسب ورودی، این طراحی را در توان‌های ۰.۵-۵ KVA برتر و غالب می‌داند. این سری UPS ها، اصلاح شده سری ON LINE می‌باشند و در حالت عادی برق مصرفی را از طریق یک فیلتر الکترونیکی ورودی و یک اتو ترانس در خروجی تامین می‌کنند. از آنجا که منابع تغذیه کامپیوترها و همچنین بسیاری از دستگاه‌ها، تغییر بالای ١۵%± را نمی‌توانند تحمل کنند؛ دستگاه‌های لاین اینتراکتیو در چنین حالتی به کمک اتوترانس روی سطح ولتاژ مورد نیاز بالاتر یا پایین تر جهت جبران ولتاژ سوئیچ می‌کنند (BOOST & BUCK). یعنی اگر ولتاژ خیلی کم شود ترانس به حالت تقویت ((BOOST سوئیچ می‌کند و اگر ولتاژ خیلی زیاد شود، به حالت تضعیف (BUCK) سوئیچ می‌کند ولی این اصطلاح ولتاژ خیلی دقیق نیست. در این دستگاه ها هنگام وجود تغییرات آرام و نوسانات کم ولتاژ شبکه، از اینورتر استفاده نمی‌شود. هنگام سوئیچ کردن از برق شهر یا اینورتر و یا بالعکس، عمل INTERLUCK به صورتی انجام می‌شود که زمان سوئیچ از برق شبکه به اینورتر و بالعکس کاهش یابد که این مدت ٢ الی ۴ میلی ثانیه می‌باشد و در زمان سوئیچ کردن، حفاظت بار مصرفی را هم در نظر می‌گیرد. در حالت قطع برق، توسط اینورتر، برق خروجی از باتری ها تامین می‌شود. این تکنولوژی اغلب برای شبکه های کوچک و دستگاه‌هایی که خیلی حساس نیستند استفاده می‌گردد.

• توپولوژِی DOUBLE CONVERSION (ONLINE) (موج سینوسی کامل)
این طراحی از جهاتی مشابه سیستم standby است با این تفاوت که در شرایط عملکرد عادی نیز اینورتر توان خروجی را تامین می‌نماید. در این طراحی ابتدا توان AC ورودی توسط رکتیفایر به DC و سپس توسط اینورتر، DC به AC تبدیل می‌گردد و امکان عملکرد دو سویه وجود ندارد.
به هنگام خرابی منبع ورودی و یا خارج شدن توان ورودی از رواداری‌های مجاز، نیز اینورتر پیوستگی توان خروجی را با استفاده از انرژی ذخیره شده باتری ها تامین می‌نماید؛ در این طراحی عملاً time transfer نخوایم داشت. این تکنولوژی مشخصه های کاری ایده آلی را در خروجی فراهم می‌سازد و در توان‌های بالاتر از ١ KVA طراحی و تولید می‌گردد، اما به دلیل کارکرد مداوم اینورتر، فرسایش قطعات، فرسایش قطعات و المانهای پاور، ضریب اطمینان این سیستم کاهش می‌یابد، بازده کم و تلفات انرژی و هزینه بالا نیز از دیگر معایب این تکنولوژی است. جدیدترین تکنولوژی در سری online ها دستگاه‌های Double Conversion می‌باشد. این سری به صورتی طراحی شده اند که برق شبکه شهری را به صورت مستقیم به بار مصرفی هدایت نمی‌کنند؛ بلکه ابتدا برق شهر را از حالت AC به DC (یکسوساز) و سپس از حالت DC به AC تبدیل می‌نمایند. با این عمل در حقیقت هیچگونه اغتشاش موجود در شبکه شهری به سمت بار مصرفی منتقل نمی‌گردد. هنگام قطع برق توسط اینورتر برق مصرفی از باطری تامین می‌شود و مدت زمان سوئیچ در این سری دستگاه‌ها صفر ثانیه می‌باشد. دستگاه ONLINE به خصوص بیشتر در مکان‌هایی استفاده می‌شود که اختلال برق شبکه سراسری بیش از حد کنترل، جهت فیلتر کردن بوده و یا زمان سوئیچ برای بار مصرفی حساسیت ایجاد می‌نماید. مکانیسم سیستم فیلتراسیون دستگاه های UPS سری آنلاین موجب جلوگیری از ایجاد هرگونه مشکلی در دستگاه های کامپیوتری ناشی از اختلالات برق ورودی خواهد شد. این نوع یوپی‌اس شامل یکسو کننده، اینورتر، باطری و یک سوئیچ استاتیک(بایاس) می‌شود.

• توپولوژی DELTA CONVERSION
واژه دلتا یک نماد یونانی به معنای اختلاف یا تفاضل می‌باشد و نامگذاری این تکنولوژی نیز بر اساس بالانس توان خروجی با مقایسه شکل موج ورودی و خروجی در هر نقطه و جبران تفاضل موجود به‌وسیله کانورترهاست.
این توپولوژی جهت مرتفع ساختن معایب تکنولوژی دابل کانورژن طراحی و تولید شده است، در شرایط عملکرد عادی توان خروجی با همکاری اینورتر اصلی و دلتا اینورتر تامین می‌گردد. در شرایط خرابی منبع ورودی، مشابه سیستم دابل کانورژن پیوستگی توان خروجی توسط اینورتر اصلی و با استفاده از انرژی ذخیره شده باطری ها حاصل می‌شود. در این طراحی کانورترها به صورت دوسویه عمل می کنند، یعنی دلتا کانورژن و کانورتر اصلی توانایی تبدیل AC به DC و DC به AC را به طور همزمان دارند. در طراحی دلتا کانورژن، دلتاکانورتر یک کانورتر جریان است که دو وظیفه را به عهده دارد. وظیفه اول کنترل مشخصه های توان ورودی است که کشیده شدن جریان بصورت سینوسی و کاهش هارمونیک ها و در نتیجه کاهش تلفات گرمایی و استهلاک کمتر از فواید آن می‌باشد.

دومین وظیفه کنترل و تنظیم جریان ورودی جهت تأمین جریان شارژ باتری‌هاست.