سلام مهندس
میتونید راجع به اتاق باطری هم کمی مطلب بزارید
آره
چرا که نه!؟ فقط اتاقشون که مطلبی ندارن اما خود UPS ها :
شبكه هاي برق شهري كه براي تغذيه دستگاههاي الكتريكي و الكترونيكي مورد استفاده قرار مي گيرند ، همگي AC با شكل موج سينوسي هستند ولي ولتاژ و فركانس شبكه هاي برق مختلف با هم تفاوت دارند.
به طور كلي دو شبكه با استاندارد اروپايي HZ 50/ V 220 و استاندارد آمريكايي HZ 60/ V 120 بيشترين كاربرد را در سراسر جهان دارند. دسترسي به شبكه اي عاري از اغتشاش هميشه ميسر نيست وبه طور ناخواسته اختلالات و اغتشاشاتي در شبكه برق سراسري به وجود مي آيد كه اعهم آنها و تاثيراتشان عبارتند از :
1- ضربه ولتاژ شديد (Spike) :
ولتاژهاي سوزني با دامنه و فركانس خيلي بالا ، بادوام چند ده ميكروثانيه و با
دامنه هاي چند صد ولت ، كه مي توانند موجب تخريب برخي قطعات الكترونيكي گردند.
2- افزايش (Surge) و كاهش (Dip) ناگهاني ولتاژ حداكثر در يك پريود برق شهر اين حالت ديده مي شود و در اثر آنها ولتاژ برق به مدت 10 الي 20 ميلي ثانيه بيش از 10% از ولتاژ نامي شبكه تغيير مي نمايد.
3- كاهش دراز مدت ولتاژ (under Voltage) : گاهي در اثر وجود يك بار مصرفي بزرگ در بخشي از شبكه ولتاژ برق در آن بخش با كاهش مواجه مي شود اگر ميزان افت ولتاژ از حدي بيشتر باشد مي تواند موجب اختلال در عملكرد دستگاههاي الكتريكي مانند Reset شدن كامپيوترها شود.
4- اعوجاج (Sag) و نويز (Noise) در شبكه: در اثر اتصال بارهاي غير خطي مانند سوئيچينگ تريستورها و موتورهاي القائي جريان ضربه اي از شبكه كشيده ميشود كه موجب شكستگي و نويز در شكل موج ولتاژ شبكه مي گردد. اين نويزها در شبكه هاي كامپيوتري مي توانند موجب خطا د رخطوط ديتا و از دست رفتن سيگنالهاي اطلاعاتي گردد.
5- قطع برق (Black-Out) : ممكن است برق بخشي از شبكه سراسري در اثر افزايش بار مصرفي يا در اثر خرابي تجهيزات توزيع، يا حوادث طبيعي براي مدتي كوتاه يا طولاني قطع گردد. قطع برق موجب از كار افتادن سيستم هاي كنترل صنعتي و شهري و نيز موجب Reset شدن كامپيوترها مي شود كه علاوه بر از دست رفتن اطلاعات نرم افزارهاي در حال كار مي تواند موجب صدمه كلي به نرم افزار و سخت افزار سيستم ها گردد.
UPS سيستمي است كه در مسير برق ورودي دستگاههاي الكتريكي قرار گرفته و كيفيت برق ورودي را افزايش مي دهد و در زمان قطع برق شبكه ، يك مسير تغذيه جانشين براي بار مصرفي ايجاد مي كند به طوري كه تغذيه دستگاههاي مذكور تحت هر شرايطي عاري از نويز نوسان و وقفه باشد . هر اندازه كه يك UPS مقادير بيشتري از اختلالات موجود در برق شهر را تصحيح يا حذف نمايد و شكل موج ولتاژ خروجي آن در هر شرايطي به شكل موج سينوسي بدون اعوجاج و با دامنه ثابت نزديكتر باشد از كيفيت بالاتري برخوردار است
به طوري كه ديده مي شود در هر UPS دو مسير تغذيه براي بار وجود دارد يكي از طريق حذف ضربه هاي ولتاژ و فيلتراسيون برق ورودي از شبكه و ديگري از مسير شارژر باتري واينورتر كه باتري در هنگام قطع برق شهر به عنوان Back-up سيستم پشتيباني بار مصرفي را به عهده دارد. يكي از اين دو مسير به عنوان مسير اصلي در هنگام كار نرمال سيستم بار را تغذيه مي كند و در هنگام بروز خطا در مسير اصلي مسير ديگر به عنوان جانشين وارد مدار مي شود. UPS ها با توجه به نوع شكل موج خروجي و نيز مسير اصلي و جانشين در بلوك فوق و ساختار مداري آن به انواع مختلفي با مزايا و معايب متفاوت تقسيم مي شوند كه بحث در مورد آنها به فرصت ديگر موكول مي شود.
UPS ها به دو دسته كلي On Line و Off Linc تقسيم مي شوند. در نوع On line بارخروجي همواره از اينورتر و بارتي كه به وسيله شارژر متصل به شبكه در حالت شارژ دائم است تغذيه مي گردد . يعني اينورتر سيستم همواره فعال بوده و هر گونه اختلال و اغتشاشي در برق ورودي به خروجي منتقل نمي گردد و خروجي مستقل از ورودي مي باشد. برعكس در نوع Off Line بار خروجي از طريق ولتاژ شبكه كه فيلتر شده است تغذيه مي شود و تنها در حالت قطع يا خطا در برق ورودي ، اينورتر فعال شده واز طريق باتري خروجي را تغذيه مي كند.
در UPS هاي نوع On Line شارژر و اينورتر هر دو هميشه فعال هستند و شارژر علاوه بر جريان باتري، جريان DC ورودي اينورتر را نيز تامين مي كند كه اين تبديل و انتقال توان از برق ورودي به شارژر و سپس اينورتر ، بيش از 30% تلفات دربرخواهد داشت كه حرارت توليد شده راندمان و طول عمر دستگاه را كاهش
مي دهد . ولي در نوع Off line اينورتر تنها در حالت وجود خطا دربرق ورودي، فعال مي شود و شارژر نيز تنها جريان شارژ باتري ها را كه بسيار كمتر از جريان مصرفي اينورتر است تامين مي كند. بنابراين تلفات حرارتي در نوع Off Line بسيار كمتر است لذا اين نوع UPS ها از راندمان و طول عمر بيشتري برخوردارند.
به طوري كه قبلا گفته شد هر گاه يك UPS ميزان بيشتري از اختلالات برق ورودي را حذف يا اصلاح نمايد از كيفيت بهتري برخوردار است . يك UPS نوع On Line تقريبا تمامي اين اختلالات را اصلاح مي نمايد ولي يك UPS نوع Off Line بخشي از اختلالات را حذف مي كند ولي از آنجايي كه يك UPS نوع On Line بسيار گران تر و حجيم تر ازيك UPS نوع Off Line است با توجه به نياز مصرف كنندگان و به منظور تلفيق برخي مزاياي انواع On Line و Off Line بسياري از UPS هاي موجود مطابق تعريف كلاسيك به صورت مشخص On Line يا Off Line نيستند بلكه با ساختاري متفاوت ساخته مي شوند كه چند نمونه پركاربردتر به شرح زير معرفي مي شوند:
1-UPS هاي مدل Hybrid در اين ساختار شكل (1) در مسير اصلي برق ورودي يك يكسوساز قرار مي گيرد كه ورودي را يكسو نموده و بعد اينورتر ولتاژ يكسو شده را به ولتاژ AC در خروجي تبديل مي كند.در مسير جانشين پس از شارژر و باتري يك مبدل DC به DC اضافه شده كه هنگام وجود خطا در برق شبكه ولتاژ باتري را به ولتاژ DC برابر با مقدار يكسو شده شبكه تبديل نموده وبه ورودي اينورتر اعمال مي نمايد. در اين سيستم چون همواره اينورتر فعال است مشابه On Line عمل مي كند واز آنجايي كه مسير جانشين از باتري و مبدل DC به DC در هنگام وجود خطا در شبكه فعال مي گردد مشابه UPS هاي Off Line مي باشد.
2- UPS هاي Ferroresonance
اين ساختار بر اساس خواص نوعي از ترانس با هسته فرورزنانس و داراي يك سيم پيچ كنترل اضافه عمل مي كند. ماده مخصوص فرورزنانس موجود در هسته با محدود كردن برخي نوسانات برق ورودي موجب رگولاسيون و تثبيت شكل موج خروجي در وضعيت وجود برق شبكه نيز مي شود همچنين ايزولاسيون بين خروجي و ورودي را هم ايجاد مي كند. اين ترانسفورمرها اگرچه به عنوان فيلتر جهت حذف نويزها وحالت هاي گذرا در شبكه عمل مي كنند ولي به علت اين كه براي رگولاسيون در منطقه اشباع كار مي كنند موجب ايجاد اعوجاج ولتاژي در خروجي مي شوند.
اشباع بودن ترانسفورمر، فرورزنانس حرارت زيادي توليد مي كند لذا راندمان اين گونه سيستم ها را بسيار كاهش مي دهد در خروجي ترانسفورمر خازن هايي با ظرفيت نسبتا زياد قرار داده مي شود كه همراه با امپدانس ترانسفورمر ايجاد يك فيلتر LC با Q نسبتا بالا مي كنند كه به تضعيف حالت هاي گذرا و اختلالات شبكه كمك شاياني خواهند نمود.
ترانسفورمر فرورزنانسي در هنگام بروز خطا در برق ورودي و انتقال به اينورتر انرژي ذخيره شده در هسته اشباع شده را به صورت رزنانس LC به خروجي منتقل مي كند و زمان انتقال را گاه تا حد صفر ثانيه كاهش مي دهد از اين رو بعضا اين UPS ها را به عنوان On Line يا نيمه On Line معرفي مي كنند. در صورتي كه اينورتر اين UPS ها فقط در هنگام قطع برق ورودي فعال شده و در حقيقت از نوع On Line مي باشند. (شكل 2)
۳- UPS هاي مدل Line Interactive
در اين طرح به طوري كه در شكل (3) مشاهده مي شود يك مبدل AC به DC دو طرفه وجود دارد كه در صورت وجود شبكه به عنوان شارژر باتري و در هنگام وجود خطا در برق ورودي به صورت اينورتر عمل كرده و بار را از طريق باتري تغذيه مي كند. در اين طرح بخشي از ترانسفورمراينورتر هميشه به خروجي متصل بوده و به عنوان فيلتر برق شبكه عمل مي كند. اين UPS ها داراي راندمان و قابليت اطمينان بالا بوده و بسياري از اغتشاشات برق ورودي را حذف يااصلاح مي نمايند و زمان انتقال از برق ورودي به اينورتر نيز در اين نوع سيستم ها كمتر از سيستم هاي Off Line معمولي مي باشد.
آشنایی با برق اضطراری اماکن
برخي ازسيستمهاي حساس ومهم در منازل و اماكن عمومي يا در ادارات و كارخانه هابايد هنگام قطع برق شهر به طريقي از يك منبع تغذيه ديگر استفاده كنند و به كار خود ادامه دهند.منابع تغذيه اي كه وظيفه تامين برق را در هنگام قطع برق شبكه به عهده دارند منابع تغذيه اضطراري ناميده ميشوند. منابع تغذيه اضطراري بسته به سيستم مورد تغذيه خصوصيات متفاوتي دارند.برخي از منابع برق اضطراري كه از باطري براي توليد انرژي الكتريكي استفاده مي كنند فقط قادرند براي مدت محدودي بسته به مقدار مصرف سيستم مورد تغذيه برق آن تامين نمايند ولي برخي ديگر قادرند به مدت نا محدودي تا زمان وصل شدن مجدد برق شهر برق اضطراري را تامين كنند.اينگونه سيتمها داراي موتور مكانيكي وژنراتور ميباشند وتا زماني كه سوخت موتور مكانيكي تامين شود ميتوانند در محدوده قدرت نامي ژنراتور برق اضطراري را تامين نمايند.خصوصيت ديگري كه منابع تغذيه اضطراري را از يكديگر متمايز ميكند مدت زماني است كه طول ميكشد تا بعد از قطع برق شبكه برق اضطراري وصل شود. برخي از اين سيستمها قادرند بدون تاخير بعد از قطع برق شهر در عرض چند ميلي ثانيه برق اضطراري را وصل نمايند.
اينگونه منابع تغذيه اضطراري كه معمولا انرژي خود را از باطري تامين ميكنند در مكانهايي مانند اتاق عمل- اتاق كامپيوتر – سيستمهاي نظامي و غيره مورد استفاده قرار ميگيرند.در مقابل سيستمهايي كه از موتور مكانيكي و مولد براي توليد برق اضطراري استفاده ميكنند بدليل اينكه موتور مكانيكي براي راه اندازي نيازمند زمان است داراي تاخير در وصل برق اضطراري خواهند بود.لذا با توجه به خصوصيات و نياز محل مورد استفاده، يكي از اين سيستمها يا تركيبي از هر دو نوع ممكن است استفاده گردد. در صفحه بعد نمونه هايي از منابع تغذيه اضطراري و محل مورد استفاده آنها ذكر ميگردد:
برق اضطراري سيستمهاي ايمني وحفاظتي
در سيستمهاي ايمني وحفاظتي نظير سيستم اعلام حريق و سيستم تلويزيون مدار بسته ياسيستم اعلام سرقت برق اضطراري جزو ضروريات سيستم بوده و بسيار مهم ميباشد.معمولا چون ولتاژ تغذيه اين سيستمها ولتاژ پايين dc ودر حدود 6 و 12و 24 ولت ميباشد لذا در خود تابلوي اصلي سيستم محلي براي باطريهاي اضطراري در نظر ميگيرند.اين باطريها به مدار الكترونيكي تابلو وصل ميگردند و در زمان وجود برق شهر توسط سيستم شارژ وآماده نگه داشته ميشوند وهنگام قطع برق شبكه بدون تاخير وارد مدار شده وبرق اضطراري سيستم را تامين مينمايند. مدت زمان تامين برق اضطراري بستگي به ظرفيت باطريهاي مورد استفاده و مصرف سيستم دارد.مشخصات باطري مورد نياز معمولا در راهنماي پانل اصلي ذكر ميگردد.در صورت طولاني شدن زمان قطع برق شهر در اينگونه سيستمها بايد قبل از اينكه شارژ باطري پايين بيايد و باطري كارآيي خود را از دست بدهد آنرا با باطري پر تعويض نمود.
برق اضطراري براي كامپيوترها
براي كامپيوترها وساير دستگاههايي كه در صورت قطع برق امكان از دست رفتن اطلاعات د رآنها وجود دارد يا براي مواردي مانند تجهيزات اتاق عمل كه نياز به اعمال برق اضطراري به سيستم بدون تاخير ميباشد از منابع تغذيه اضطراري بدون تاخير(UPS) (uninterruptable power systems) استفاده ميگردد. در UPS ها برق باطريها توسط مدار اينورتر به ولتاژ 220 V AC تبديل ميگرددو در صورت قطع برق شهر در عرض چند ميلي ثانيه در اختيار سيستم قرار ميگيرد.UPS در توانهاي متفاوتي نظير 300 -700 -1000 -6000 ولت آمپر ساخته ميشوند وبايد با توجه به تعداد ومصرف دستگاههايي كه بايد تغذيه شوند UPS با توان مناسب را انتخاب نمود . البته علاوه بر محدوديتي كه توان خروجيUPS در تعداد دستگاههاي مورد تغذيه ايجاد ميكند محدوديتي نيز در زمان تغذيه دستگاهها وجود دارد.هر چه ظرفيت باطريها بيشتر باشد مدت طولاني تري ميتوان دستگاهها را تغذيه كرد.
باطريها بطور جداگانه يا در كابينتهاي خاصي (BATTERY PACK) قرار ميگيرد و به ترمينال ورودي DC در پشت UPS وصل مي شوند. UPS ها با ولتاژ ,12 V DC 24و48 تغذيه مي شوند. براي ولتاژ 24 ولت دو باطري 12 ولت و براي 48 ولت 4 باطري كاملا يكسان را با هم سري كرده و به UPS وصل مي كنند. معمولاًUPS ها داراي تنظيم كننده اتوماتيك ولتاژ( AVR)) (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATION مي باشندتا در هنگام وجود برق شبكه عمل تثبيت ولتاژ را نيز در محدوده مشخصي انجام دهند. مقدار محدوده تثبيت ولتاژ معمولاٌ بصورت درصد در مشخصات فني UPS ذكر مي گردد .هنگامي كه ولتاژ ورودي پايين است AVR ولتاژ را بالا مي برد(BOOST) و هنگامي كه ولتاژ ورودي بالا است AVR ولتاژ را پايين مي آورد (BUCK). در UPS هاي جديد يك پورت RS 232 وجود دارد كه در پشت UPS قرار ميگيرد و از آن جهت اتصال به كامپيوتر استفاده مي شود . بعد از وصل كردن UPS به كامپيوتر مي توان با نرم افزار ارائه شده به همراه آن تنظيمات مربوطه را انجام داد. كانكتور اتصال به برق شهر نيز در پشت UPS قرار مي گيرد و خروجيهاي برق 220 ولت از پريزهاي پشت UPS گرفته مي شود .
در پانل جلوي UPS معمولا نشانگرهاي زير وود دارد:
· نشانگر مقدار شارژ باطري
· نشانگر مقدار بار
· نشانگر اضافه بار
· نشانگر اضافه ولتاژ در شبكه
· نشانگر استفاده از برق باطري
· نشانگر استفاده از برق شبكه
· نشانگر تعويض باطري
· نشانگر كم بودن ولتاژ در شبكه
· دگمه خاموش
· دگمه روشن و تست
چه نيازي به UPS است؟
چه نوع UPS؟
به نظر مي رسد كه كلا دو نوع سيستم UPS صرفنظر از نوع شكل موج وجود دارد. Online و Standby اما در واقع شكل هاي مختلفي از سيستم هاي UPS موجود است كه در اين طبقه بندي ها قرار نمي گيرند. بسياري از مشكلات در مورد انتخاب UPS در صورت روشن شدن اين نكته از ميان مي رود.
اصول اوليه UPS
سيستم هاي UPS جهت كار دستگاههاي الكترونيكي تغذيه شده توسط برق به صورت بلاانقطاع مورد استفاده قرار مي گيرند. در واقع اضافه كردن UPS به سيستم تغذيه دو امتياز را موجب مي گردد:
1- كيفيت بهتر قدرت تحويلي به مصرف كننده
2- يك منبع تغذيه كمكي
منظور از افزايش كيفيت قدرت شبكه جلوگيري از ضربات برق شهر مانندSurgea-sag و نويز روي بار مي باشد.
از طرف ديگر از طريق يك واحد كمكي در صورت قطع برق شهر UPS كار تغذيه سيستم را انجام مي دهد. در نمودار زير واحدهاي UPS مختلف يك سيستم UPS به صورت بلوك هاي نمايش داده شده است.
در واقع UPS هاي Online و Standby از نظر بلوك دياگرام با يكديگر تفاوتي ندارند. نكته اصلي در انتخاب دو مسير 1 و 2 مي باشد. در سيستم Online مسير اوليه سيستم خط پايين كليد تبديل در حالت اوليه خروجي را به مبدل متصل مي كند. و در صورت هر گونه اشكالي در مسير 2 كه باعث قطع ولتاژ گردد از طريق كليد بار به شبكه فيلتر شده متصل خواهد شد.
اما در سيستم Standby در حالت عادي برق شهر پس از فيلتر شدن به بار مي رسد. و در صورت بروز اشكال برق شهر از سيستماينورتر به عنوان تغذيه كمكي استفاده مي گردد . اگر چه تفاوت كمي بين دو سيستم Standby و Online موجود است. اما در عمل اين تفاوت بسيار مهم است. يك تفاوت جالب بين اين دو سيستم اين است كه در نوع Standby ايجاد هر گونه اشكال در برق شهر باعث تغييرات در وضعيت كليد تبديل مي گردد. كه اين برخلاف سيستم هاي online كلاسيك است.
در اين سيستم تنها زماني سوئيچ عمل مي كند كه هر كدام از قسمت هاي مسير 2 دچار اشكال مي گردند. به علاوه در صورت تغييرات ناگهاني در بار و كاهش شديد ولتاژ نيز امكان تغيير حالت اوليه به حالت برق شهر وجود دارد. بنابراين حتي در سيستم هاي Online نيز زمان تغيير حالت نيز وجود دارد كه حتي گاهي اوقات اين تغيير وضعيت ها مانند حالت Stadby موجود است . در حالت Online شارژر سيستم بايد به اندازه اي بزرگ باشد كه علاوه بر تامين بار مورد نظر از تخليه باتري نيز جلوگيري كند.
اما در حالت Standby شارژر تنها براي شارژ باتري لازم است كه غالبا بسيار كوچكتر از مورد اول خواهد بود.
حرارت توليد شده در سيستم هاي Online كه ناشي از كارشارژر و اينورتر مي باشد بسيار بالا است . اين حرارت موجب تلفاتي در حدود 25 درصد مي گردد كه موجب كاهش عمر قطعات الكترونيكي درون UPS مي گردد. بعلاوه چنانچه باتري در جعبه UPS قرار گرفته باشد حرارت باعث كاهش عمر باتري نيز
مي گردد. امروز انواع مختلف ديگري از UPS موجود است كه اشتباها در طبقه بندي همان دو سيستم ذكر شده قرار مي گيرند و اكنون به اختصار در مورد آئها توضيح داده مي شود:
1-Online بدون مسير ثانويه
در اين سيستم در واقع از مسير يك استفاده نشده است.
بدين صورت هر گونه اشكال در هر كدام از سه واحد بالا باعث قطع ولتاژ مي گردد در واقع سيستم يكي از دو مشخصه اصلي هر UPS را كه تهيه ولتاژ بطور مداوم است را ندارد. در اين سيستم به علت عدم وجود مسير ميان بر (By Pass) اصولا زمان تبديل وجود ندارد. سيستم هاي بزرگ UPS جهت استفاده براي ميني كامپيوترها و مين فريم ها از اين نوع انتخاب مستثني هستند.
۲- تركيب Standby و Online
اين رو شدر واقع جهت رفع اشكال حالت او مورد استفاده است. شكل بلوك دياگرام زير:
در اين روش زمان تبديل وجود ندارد واز طرف ابعاد شارژ به اندازه حالت Standby است اما به هر صورت در خروجي دستگاه تنها يك مسير خروجي وجود دارد كه اين يك نقص است برخلاف آنچه تصور مي شود اين سيستم از قسمت باتري تا خروجي به صورت نيمه On;ine و از قسمت مبدل DC_DC به صورت Standby مي باشد.
3-Standby با ترانسفورماتور Ferro
اصول كار اين سيستم بر مبناي يك ترانس با سه سيم پيچ مي باشد.
در حالت عادي برق شهر از طريق كليد تبديل وترانس خروجي متصل مي گردد و در صورت ايجاد اشكال كليد تبديل باز شده و UPS از طريق مسير پايين كار مي كند.
در اين سيستم واحد مبدل به صورت Standby مي باشد. اثر Ferro Resonant ترانسفورماتور باعث تغييراتي در شكل موج خروجي مي گردد. گرچه حالت ايزولاسيون در اين نوع ترانسفورماتور باعث فيلتر شدن برق شهر مي گردد اما خود ترانس باعث ايجاد امواج در شكل موج خروجي مي گردد . از طرف ديگر حرارت توليد شده به علت وجود ترانس در اين روش بسيار مهم است.
1- UPS با ارتباط داخلي:
طي اين روش مسير شارژر باتري از طريق كار مبدل AC و DC صورت مي گيرد و در صورت كاهش برق شهر و يا قطع برق آن باتري كار تغذيه سيستم مبدل را بر عهده مي گيرد چون مبدل همواره به خروجي متصل است بنابراين اين اشكالات ناشي از زمان تبديل و حالات گذرا را ندارد.