یو پی اس چیست و چه کاربردهایی دارد؟

 

یو پی اس (UPS) مخفف عبارت (Uninterruptible Power Supply) یا منبع تغذیه بدون وقفه است. همانطور که از نام آن پیداست، یو پی اس دستگاهی است که می‌تواند نیاز برق شما را برای یک مدت زمان محدود در هنگام قطع برق تأمین کند. بدین وسیله وسایل برقی، بدون خاموشی و در حالت عادی به کار خود ادامه دهند. علاوه بر تأمین برق، یو پی اس از آسیب رساندن به وسایل برقی در زمان تغییر ولتاژ و نوسانات ناگهانی برق جلوگیری می‌کند. در صورت وصل بودن برق شهری نیز وظیفه این دستگاه ذخیره‌سازی انرژی برق درون باتری‌هایی است که درون آن تعبیه شده است.

از آنچه که تا اینجا در رابطه با یو پی اس گفته شد، وظایف اصلی این دستگاه شامل تأمین برق بدون وقفه مصرف کننده، جلوگیری از اختلال و نوسان برق شهری و تنظیم و ثابت نگه داشتن ولتاژ و فرکانس است. یو پی اس (UPS) به عنوان یک منبع تغذیه بدون وقفه، برق مورد نیاز دستگاه‌ها را از طریق باتری‌های خود تأمین کرده و از خرابی دستگاه‌ها و از دست رفتن اطلاعات سیستم‌ها به دلیل قطعی و یا نواسانات برق، جلوگیری می‌کند.

 

 

 

2. انواع مختلف یو پی اس

یو پی اس‌ها بر اساس شیوه تأمین برق مورد نیاز دستگاه‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند.

 

-یو پی اس آفلاین (Standby UPS)

در این یو پی اس‌ها در حالت نرمال، برق شهری مستقیماً به خروجی وصل است و دستگاه‌های متصل از آن تغذیه می‌شوند. وقتی برق شهر قطع می‌شود، مدار کنترل UPS بلافاصله (در حدود 5 تا 10 میلی‌ثانیه) برق را از باتری و اینورتر تأمین می‌کند. موارد استفاده از یو پی اس آفلاین بیشتر برای تجهیزات با حساسیت پایین از قبیل کامپیوترهای شخصی، تجهیزات خانگی، دستگاه‌های ساده و با حساسیت کم و محیط‌هایی که قطع برق کوتاه و نادر است.

 

عملکرد UPS آفلاین (Standby UPS): 

1. وضعیت عادی (برق شهری سالم)

   • برق ورودی مستقیم به بار (دستگاه‌ها) وصل است.

در این حالت، یو‌پی‌اس در حالت آماده‌باش است و اینورتر خاموش است.

1. • فقط مدار کنترل و شارژر باتری فعال هستند و باتری‌ها را شارژ می‌کنند.

2. قطع یا نوسان برق ورودی (قطع برق یا ولتاژ خارج از محدوده مجاز)

   • وقتی برق ورودی قطع شود یا ولتاژ از حد مجاز خارج شود، یو‌پی‌اس سریعاً (معمولاً در چند میلی‌ثانیه) اینورتر را روشن می‌کند.

   • اینورتر برق DC باتری را به برق AC تبدیل کرده و به خروجی می‌رساند تا بار بدون قطعی برق ادامه به کار دهد.

   • برق از شبکه اصلی قطع می‌شود و دستگاه‌ها از باتری تغذیه می‌شوند.

3. بازگشت برق ورودی

   • وقتی برق ورودی دوباره سالم شد، یو‌پی‌اس اینورتر را خاموش کرده و برق مستقیم شبکه را به دستگاه‌ها وصل می‌کند.

 

مزایای UPS آفلاین (Standby UPS):

• • قیمت ارزان و مصرف انرژی پایین در حالت عادی: UPS آفلاین معمولاً ارزان‌تر است و انرژی کمتری مصرف می‌کند چون اینورتر فقط در زمان قطع برق روشن می‌شود.

  • طراحی ساده و نگهداری آسان باتری‌ها هم دوباره شارژ می‌شوند.

 

معایب UPS آفلاین (Standby UPS):

• • زمان سوئیچینگ (Transfer Time): معمولاً بین 4 تا 10 میلی‌ثانیه طول می‌کشد که UPS از برق شهری به باتری سوئیچ کند. این وقفه کوتاه ایجاد شده ممکن است منجر به آسیب و خرابی برخی تجهیزات حساس شود.

  • در برابر نوسانات ولتاژ و فرکانس برق شهر محافظت کمی دارد.

 

 

-یو پی اس لاین اینتراکتیو (Line-Interactive UPS)

این نوع UPS شبیه UPS آفلاین است با این تفاوت که علاوه بر قطعات اصلی UPS آفلاین (باتری، اینورتر، شارژر، سوئیچ انتقال)، یک ترانسفورمر به نام تنظیم‌کننده اتوماتیک ولتاژ (AVR – Automatic Voltage Regulator) وجود دارد. این تنظیم‌کننده، ولتاژ ورودی را در محدوده مشخصی به صورت اتوماتیک و بدون استفاده از باتری تنظیم می‌کند. یعنی وقتی ولتاژ برق شهر بالا یا پایین است، آن را اصلاح می‌کند و از شارژ و دشارژ بی‌مورد باتری جلوگیری می‌کند. اگر قطع برق رخ دهد، سریعاً به باتری سوئیچ می‌کند. کاربرد این یو پی اس بیشتر برای دفاتر کاری، کامپیوترهای شخصی حساس، تجهیزات شبکه کوچک و متوسط است.

 

 

مراحل عملکرد یو پی اس لاین اینترکتیو:

1. حالت عادی (برق شهری سالم با ولتاژ در محدوده مجاز):

   • برق ورودی مستقیم به بار متصل است (از طریق سوئیچ انتقال)

   • شارژر باتری در حال شارژ باتری‌هاست

   • اینورتر در حالت آماده‌باش (آف) است

   • ترانسفورمر AVR ولتاژ را تنظیم می‌کند تا نوسانات ولتاژ ورودی (کاهش یا افزایش ولتاژ) اصلاح شود و به دستگاه‌ها ولتاژ پایدار برسد.

2. نوسان ولتاژ (کم یا زیاد شدن ولتاژ ورودی):

   • اگر ولتاژ ورودی کمی پایین‌تر یا بالاتر از محدوده مجاز باشد، ترانس AVR به صورت اتوماتیک ولتاژ را بالا یا پایین می‌آورد و تنظیم می‌کند (بدون نیاز به روشن شدن اینورتر)

   • در این حالت، بار همچنان از برق شهری تغذیه می‌شود ولی ولتاژ به صورت بهینه شده می‌رسد.

3. قطع برق یا نوسان شدید (ولتاژ خارج از حد قابل جبران توسط AVR):

   • وقتی برق شهری قطع شود یا ولتاژ بسیار نامناسب شود، سوئیچ انتقال قطع شده و اینورتر روشن می‌شود

   • برق DC باتری توسط اینورتر به AC تبدیل شده و به بار داده می‌شود.

4. بازگشت برق ورودی:

   • وقتی برق شهری دوباره وصل شود و در محدوده قابل قبول قرار گیرد، UPS سوئیچ انتقال را به برق شهری وصل می‌کند، اینورتر خاموش می‌شود، و باتری شارژ می‌شود.

 

مزایای UPS لاین اینتراکتیو:

• تنظیم بهتر ولتاژ: به خاطر AVR می‌تواند نوسانات جزئی ولتاژ را اصلاح کند بدون اینکه نیاز باشد از باتری استفاده شود که این باعث افزایش طول عمر باتری می‌گردد. بنابراین یو پی اس لاین اینترکتیو حفاظت بهتری نسبت به UPS آفلاین در برابر نوسانات ولتاژ دارد.

• پایداری بیشتر: مناسب برای مناطقی که برق شهری نوسان دارد ولی قطع برق زیاد نیست.

• زمان سوئیچینگ: کم‌تر از یو پی اس آفلاین (معمولاً چند میلی‌ثانیه)، که برای اکثر تجهیزات قابل قبول است.

 

معایب UPS لاین اینتراکتیو:

• • در برابر قطع کامل برق، همچنان وابسته به باتری است و زمان سوئیچ وجود دارد (هرچند کوتاه)

  • حفاظت کامل مثل UPS آنلاین ندارد.

 

 

-یو پی اس آنلاین یا (Double Conversion Online UPS)

در این نوع UPS، برق ورودی همیشه به صورت اول به DC تبدیل می‌شود که باتری را شارژ می‌کند و سپس به AC تبدیل شده و به بار ارسال می‌شود. یعنی بار هیچ‌گاه به صورت مستقیم از برق شهر تغذیه نمی‌شود، بلکه همیشه برق از اینورتر می‌آید. این روش باعث حذف هرگونه وقفه و نوسان می‌شود.

 

ساختار یو پی اس آنلاین 

در UPS آنلاین، برق ورودی AC ابتدا به DC تبدیل شده و سپس دوباره به AC تبدیل می‌شود. یعنی تبدیل دو مرحله‌ای (Double Conversion) وجود دارد:

1. یکسو کننده (Rectifier): برق AC شهری را به DC تبدیل می‌کند و باتری‌ها را شارژ می‌کند.

2. باتری‌ها: ذخیره انرژی در زمان قطع برق

3. اینورتر (Inverter): برق DC را دوباره به AC با کیفیت مطلوب تبدیل می‌کند و به بار می‌دهد.

4. سوئیچ انتقال (Bypass switch): مسیر مستقیم برق شهری به بار را در شرایط خاص فعال می‌کند (مثلاً در مواقع خرابی UPS)

 

مراحل عملکرد یو پی اس آنلاین:

1. حالت عادی (برق شهری سالم):

• • برق AC شهری وارد یکسو کننده (Rectifier) می‌شود و به DC تبدیل می‌شود.

  • این DC برای شارژ باتری‌ها و تامین برق اینورتر استفاده می‌شود.

  • اینورتر همیشه روشن است و برق DC را به AC تبدیل می‌کند.

  • بار همیشه از خروجی اینورتر تغذیه می‌شود، یعنی برق مستقیم از شبکه عبور نمی‌کند.

  • در نتیجه، بار همیشه تحت برق با کیفیت و پایدار قرار دارد.

2. قطع برق یا نوسان برق:

• • وقتی برق شهری قطع شود، نیازی به سوئیچ انتقال نیست چون اینورتر همیشه فعال است و برق بار را از باتری تامین می‌کند بدون هیچ وقفه‌ای.

  • این حالت باعث می‌شود که زمان سوئیچینگ صفر باشد (Zero Transfer Time) و بار کاملاً بدون قطعی برق بماند.

3. بازگشت برق شهری:

• • وقتی برق شهری برگردد، دوباره یکسو کننده DC را تامین می‌کند و باتری‌ها شارژ می‌شوند، در حالی که اینورتر برق مناسب و بدون نوسان به بار می‌دهد.

4. حالت بای‌پس (Bypass Mode):

• • اگر سیستم UPS به هر دلیلی دچار مشکل شود، سوئیچ بای‌پس به صورت خودکار یا دستی برق ورودی مستقیم را به بار وصل می‌کند تا دستگاه‌ها برق داشته باشند.

 

مزایای UPS آنلاین:

• پایداری برق بسیار بالا: چون بار همیشه از اینورتر تغذیه می‌شود، از نوسانات برق ورودی کاملاً ایزوله است به این معنی که نوسانات، قطعی‌ها یا نویزهای برق شهری تاثیری روی بار ندارد و برق دستگاه بدون وقفه تأمین می‌شود.

• زمان سوئیچینگ صفر: به دلیل این که برق تجهیزات همیشه از اینورتر تأمین می‌شود، زمان سوئیچینگ در هنگام قطعی برق صفر بوده و بدون وقفه برق مورد نیاز را تأمین می‌کند.

• مناسب تجهیزات حساس: مثل سرورها، تجهیزات پزشکی، مراکز داده و مواردی که قطعی برق حتی چند میلی‌ثانیه هم قابل قبول نیست.

• قابلیت تنظیم ولتاژ و فیلتر نویز قوی: کیفیت برق خروجی خیلی بالاست.

 

معایب UPS آنلاین:

1. هزینه بالاتر

   • به دلیل ساختار پیچیده‌تر (یکسو کننده، اینورتر دائمی، مدارهای کنترل پیشرفته)، هزینه ساخت و خرید UPS آنلاین بیشتر از UPS آفلاین و لاین اینتراکتیو است.

   • همچنین هزینه نگهداری و تعمیرات آن بالاتر است.

2. بازدهی کمتر (راندمان پایین‌تر)

   • چون برق همیشه از طریق یکسو کننده و اینورتر عبور می‌کند (تبدیل دو مرحله‌ای)، مقداری از انرژی هدر می‌رود. معمولاً راندمان UPS آنلاین حدود 85 تا 95 درصد است، در حالی که UPSهای آفلاین و لاین اینتراکتیو راندمان بالاتری دارند.

   • این باعث افزایش مصرف برق و تولید گرمای بیشتر می‌شود.

3. گرمای بیشتر و نیاز به تهویه بهتر

   • به علت کارکرد دائم اینورتر و یکسو کننده، حرارت تولید شده در UPS آنلاین بیشتر است و نیاز به سیستم تهویه و خنک‌سازی بهتری دارد.

4. وزن و حجم بیشتر

   • قطعات و مدارهای بیشتر باعث افزایش وزن و حجم UPS آنلاین نسبت به مدل‌های ساده‌تر می‌شود.

5. پیچیدگی بیشتر سیستم و نگهداری تخصصی

   • مدارهای پیچیده‌تر نیازمند تعمیر و نگهداری تخصصی و دقیق‌تری هستند.

   • احتمال خرابی‌های پیچیده‌تر نیز وجود دارد.

6. احتمال بروز مشکل در تبدیل دو مرحله‌ای

   • در صورتی که یکی از بخش‌های یکسو کننده یا اینورتر دچار مشکل شود، کل سیستم تحت تاثیر قرار می‌گیرد و باید سریعاً تعمیر شود.

 

 

جدول مقایسه کلی سه نوع یو پی اس:

 

 

 

جمع بندی

با توجه به توضیحات مربوط به انواع یو پی اس شما اکنون می‌توانید با در نظر گرفتن نکات مهم بهترین انتخاب را متناسب با نیاز خود داشته باشید که شامل مواردی مانند ظرفیت و توان یو پی اس، زمان پشتیبانی، ولتاژ ورودی و خروجی، تعداد و نوع خروجی‌ها، نوع باتری، برند دستگاه و … است. شما باید توان مصرفی کل دستگاه‌هایی که قرار است به UPS متصل شوند را محاسبه کنید (برحسب وات یا ولت‌آمپر) و ظرفیت UPS را کمی بالاتر از مجموع توان مصرفی دستگاه‌ها انتخاب کنید تا فشار کمتری به دستگاه وارد شود.

نوع یو پی اس را هم با توجه به حساسیت دستگاه‌ها نسبت به نواسانات و قطعی برق مشخص کنید. همانطور که گفته شد یو پی اس آفلاین برای مصرف خانگی یا تجهیزات کم‌حساس، لاین اینترکتیو برای تجهیزات اداری یا نیمه‌حرفه‌ای و آنلاین هم برای تجهیزات حساس و سرورها مناسب است. زمان پشتیبانی (Backup Time) هر یو پی اس را در نظر بگیرید و بر اساس نیازتان یو پی اس را انتخاب کنید. زمان پشتیبانی مدت زمانی است که یو پی اس قادر است برق را در زمان قطع برق تامین کند.

به ولتاژ ورودی و خروجی یو پی اس توجه کنید و اطمینان حاصل کنید که UPS ولتاژ و فرکانس برق منطقه شما را پشتیبانی می‌کند. بررسی کنید چند دستگاه را می‌توانید به UPS وصل کنید و نوع پریزهای خروجی با دستگاه‌های شما سازگار باشند. نوع و کیفیت باتری مهم است، برخی باتری‌ها قابل تعویض هستند که طول عمر UPS را افزایش می‌دهد بنابراین عمر باتری و زمان شارژ آن را بررسی کنید.

بررسی کنید که یو پی اس مدنظر شما دارای قابلیت‌هایی همانند نمایشگر LCD یا LED برای نمایش وضعیت UPS و باتری، قابلیت نرم‌افزاری برای مدیریت و خاموش کردن سیستم به صورت اتوماتیک و پورت‌های USB یا سریال برای اتصال به کامپیوتر و … است یا خیر.

انتخاب برند معتبر و محصول با گارانتی مناسب از نظر خدمات پس از فروش بسیار مهم است. در نهایت محیطی که قرار است یو پی اس در آن نصب شود را هم بررسی کرده و دمای محیط، تهویه و مکان قرارگیری UPS را مد نظر قرار دهید. یو پی اس باید در محیطی خشک و خنک نصب شود.