چگونه زمان برق دهی(Back Up) را برای باتری ها محاسبه کنیم؟

زمان Back up مدت زمانی است که باتری باید انرژی و توان مورد نیاز بار را تامین نماید و اغلب به آن زمان استقلال (Autonomy) یا زمان دشارژ نیز گفته می شود .

باتریها درانواع گوناگون و میزان آمپرساعت متفاوت عرضه می شوند ، بنابراین به منظور نصب باتری مناسب و استفاده ازآن باید محاسبه دقیقی انجام گیرد.

درانتخاب باتری با ظرفیت یا سرویس دهی مناسب حداقل به دو نکته باید توجه شود .

1.  بار باتری
2.  زمان استقلال یاBack up موردنیاز

ابتدا جریان کشیده شده از باتری را محاسبه می کنیم . به عنوان مثال :

اگر بار متصل به یو پی اس ۵KVA و ضریب توان آن ۰٫۸ باشد بار یو پی اس ۴kw است . اگر راندمان اینورتر یو پی اس ۹۰% بــاشد تلفـات اینــورتـر۳۶/ kw0 است . بنــابراین بــرای تغـذیه بار باتری باید به انــدازه Kw 4.36= 0.36 KW + 4KW توان ((dc تولید کند.

حال اگر ولتاژ ثابت باتری ۱۹۲ ولت باشد و زمان Back up ، ۳۰ دقیقه باشد . ابتدا جریان dc را محاسبه می کنیم که جریان ۲۲٫۷۱خواهد شد .

توجه : محاسبه فوق به شکل ساده در این جا آمده است زیرا ولتاژ واقعی باتری با دشارژشدن آن افت می کند .

سازندگان باتری همیشه جداول یا نمودارهایی را عرضه می کنند که با استفاده از اطلاعات آنها می توان ظرفیت سرویس دهی موردنیاز را تعیین کرد.

در مورد مثال فوق باتوجه به اطلاعات ارائه شده از سوی سازندگان باتری ، ۱۶ عدد باتری (۱۹۲ ولت) با ۲۴ آمپر ساعت ظرفیت سرویس دهی می تواند برای ۳۰ دقیقه بار را تغذیه کند .

فرق یو پی اس های Off Line,Line Interactive,On Line

منبع تغذیه بدون وقفه ( یو پی اس ) دستگاهی است متشکل از قطعات حالت جامد (SOLID – STATE) که بین منبع برق ورودی و بار وصل شده واز بروزاختلافات برق ورودی ( برق شهر ) از جمله قطع کامل آن جلوگیری می کند :

به طور کلی ، مدل یو پی اس ها از لحاظ ساختار طراحی در یکی از سه حالت , Line interactive ,Off-line On-line قرار می گیرند . 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 قابل استفاده است انرژی را در باتریها ذخیره می کنند و پس از قطع برق شهر انرژی باتری را به جریان متناوب ((AC تبدیل می کنند . بنابراین تمام سیستمها باید دارای شارژ باتری و مدار اینورتر باشند . همچنین تمام یو پی اس ها دارای یک سیستم Bypass هستند که همراه با یک سوئیچ در خروجی وسیله ارتباط با Load را جهت تغذیه مستقیم از برق شهر فراهم می کنند . در بسیاری از موارد مدار سوئیچ خروجی با به کاربردن سوئیچهای استاتیک تکمیل می شود . البته در یوپی اس های توان پایین این کار به وسیله رله انجام می گیرد .

یو پی اس آفلاین (Off – Line)

در یو پی اس مدل Off-line بارهای حساس از مسیر By pass انرژی دریــافت می کنند و اگـر تغذیـه مسیر By pass قطع شود یا ولتاژ آن خارج از محدوده قابل قبول و مجاز قرارگیرد ، مسیر اینورتر جایگزین آن می شود . در طی عملکرد عادی دستگاه ، هراختلالی که در محدوده قابل قبول ولتاژ Bypass باشد به بار منتقل می شود . اگر چه در بسیاری از مدلهای این یو پی اس در مسیر Bypass خود تا حدودی از افزایش شدید و ناگهانی ولتاژ (spike ) جلوگیری می کنند و کونوانسیون های RF (فرکانس رادیویی ) در مسیر Bypass آنها وجود دارد .

در شرایط عادی شارژر باتری به طور مداوم کار می کند تا باتریها را کاملا آماده نگهدارد . در برخی از یو پی اس ها ممکن است اینورتر خاموش باشد تا راندمان کلی دستگاه افزایش یابد ، اگر چه قسمتهای کنترل الکترونیکی آن به منظور عملکرد سریع اینورتر همواره فعال می باشند.

اگر ولتاژ Bypass از حداقل مجاز پایین تر رود ، اینورتر بلافاصله شروع به کار کرده و بار به وسیله سوئیچ استاتیک ( یا رله خروجی ) به اینورتر منتقل می شود با توجه به این که مراحل انتقال پس از قطع ولتاژ Bypassآغاز می شود وقفه اجتناب ناپذیر در تامین انرژی بار روی می دهد ، اگرچه این وقفه کوتاه به اندازه ۱۰~۲میلی ثانیه است

لازم به ذکراست که اکثربارها به نحو مطلوب و بی آنکــه متحمل اثـرات مضـری شـوند این زمان را پشت سر می گذارند و با عادی شدن وضع برق شهر بار مجددا به مسیر Bypass منتقل می شود.

یو پی اس Line – Interactive

این نوع یو پی اس شامل دستگاههایی می شود که در آنها سعی شده با اضافه کردن سیستم تنظیم ولتاژ در مسیرBy pass عملکرد بهتری نسبت به سری Off-line ارائه شود . دو نوع از متـداولترین سیستمهای این رده یو پی اس مجهز به ترانس Buck/Boost وترانس ferrorvesonat می باشد.مشابه مدلهای Off-Line یو پی اس مدل Line-Interactive بار خــود را از طـریق مسیرBypass تغذیه می کند وبراثر هر حادثه ای که سبب قطع برق شهر شود آن رابه اینورتر انتقال می دهد. در بخشهای باتری، شارژر و مدار اینورتر نیز با سیستم Off-Line مشابه است اما به خاطر اضـافه شدن مدار تنظیم ولتاژ در مسیر By pass بار کمتر به اینورتر انتقال می یابد. چنین سیستمی تاثیر بیشتری درکاهش هزینه ها داشته و عمر مفید باتری در مقایسه با Off-Line بیشتر می شود.

انواع یو پی اس لاین اینتر اکتیو(Line – Interactive)

۱- ترانس
Buck/Boost جهت تنظیم ولتاژ در مسیر Bypass اضافه می شود این ترانس با سیم پیچ ثانویه چند سر به همراه چندین رله طوری تنظیم می شود که هر دو سطح پایین و بالای ولتاژ مسیر Bypass را به طور مناسب پوشش داده و بدین طریق ولتاژ خروجی یوپی اس را به اندازه ولتاژ مورد نیاز محدود می کند. این بدین معناست که محدوده ولتاژ قابل قبول ورودی (بدون نیاز به عملکرد اینورتر) افزایش می یابد.یک یو پی اس در این طبقه بندی می تواند با دامنه ولتاژ ورودی بین +%۲۰ تا – %۳۰ فراتر از محدوده ولتاژ نامی و با استفاده از مسیر Bypass ، ولتاژ بار خود را تامین کند.

۲- عملکرد ترانس فرورزنانس نیز شبیه ترانس Buck/Boost می باشد، 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 می دهد و به ازای تغییر در ولتاژ ورودی از -%۴۰ تا +%۲۰ خروجی تنها ۳%+ مقدار نامی تغییر خواهد کرد. همچنین این ترانس با ذخیره انرژی، برق مورد نیاز کامپیوترها را در زمان قطع کامل برق برای مدت کوتاهی تامین می کند تا اینورتر شروع به کار کند. بنابریان بدون ایجاد وقفه در جریان برق؛ بار بین مسیرBypass به اینورتر منتقل شده و یوپی اسعملاً به یک سیستم واقعی On-Line تبدیل می شود که در خروجی آن وقفه ای مشاهده نمی شود.

۳- در Bi- directional power converter تنها یک بلوک جایگزینی یکسو کننده (شارژر) و مدار اینورتر می شود، خیلی سریع تغییر حالت داده و به عنوان یک مدار اینورتر عمل می کند. همچنین از این نوع طراحی می توان در مدار Buck/Boost یا در هر کدام از سیستم های مختلف Line-interactive استفاده کرد.

یو پی اس آنلاین (On-Line)

اولین تفاوت بین این طرح و آنچه که قبلا در سیستم off-line توضیح داده شد این است که شارژ باتری با بخش”یکسو کننده/شارژر”تعویض شده است.بخش “یکسو کننده /شارژر” ممکن است از دو قسمت جداگانه یا یک بلوک قدرت کامل تشکیل شده باشد.زمانیکه برق شهر در جریان است این بخش باطری را شارژ و انرزی اینورتر را توسط یک ولتاژ dc ثابت تامین می کند.در صورتی که برق ورودی (برق شهر)قطع شود شارژ خاموش شده و انرژی DCاینورتر توسط باتری تامین می شود و از این زمان باتری رفته رفته خالی می شود.این نوع یو پی اس که اصطلاحا یو پی اس Double Conversion نیز نامیده می شود بالاترین میزان حفاظت را ارائه می کند زیرا بار همواره با یک ولتاژ تنظیم شده تغذیه می شود.به عبارت دیگر حتی زمانی که برق شهر وجود دارد یکسو کننده شارژر و بخش های اینورتر فعال هست در حالت عادی هنگامی که بار انرژی خود را دریافت می کند به خوبی در برابر اختلالات برق شهر محافظت می شود.چون یکسو کننده و اینورتر مانند یک سد در برابر نویز موجود در خطوط انتقال برق و نوسانات زودگذر ولتاژ عمل کرده و در نهایت یک ولتاژ خروجی کاملآ تثبیت شده را تامین می کنند.اگـر ولتــاژ ورودی از محدوده مجاز(مثل۱۰%+ تا ۲۰%-) تجاوز کند یا این که کاملآ قطع شود .اینورتر با استفاده از انرزی باتری به کار خود ادامه می دهد انجام این مراحل به نحوی صورت می پذیرد که هیچ وقفه ای به بار منتقل نشود زمانی که انرژی باتری استفاده می شود اینورتر مانند زمان استفاده از برق شهر همان میزان رگولاسیون ولتاز را ارائه می کند و بار از طریق سوئیچ استاتیک به خروجی اینورتر متصل است.

انواع دستگاههای یو پی اس - قسمت 2

یک طرح شماتیک ازLine-interactive ups .اکثر مداربندی یو-پی-اس استندبای باترکیبی از اینورتر وکانورترتعویض شده است که این مجموعه وظیفه شارژ باتری، تبدیل انرژی وتعیین شرایط خروجی را بعهده دارد. این شکل مثالی از یوپی اس های لاین اینترکتیو است و ممکن است مدلهای دیگری هم وجود داشته باشد

نقطه قوت این طرح اینست که اینورتر و کانورتر همیشه به خروجی متصل هستند وانرژی تجهیزات مربوطه را تامین میکنند.
این طرح درمقابل قطع انرژی منبع اصلی، عکس العمل سریعتری نسبت به مدل standby دارد.
اینورتر و کانورتر معمولاً توسط یک مداربه هم مربوط میشوند وپارازیت های برق را فیلترکرده،ولتاژهای کوتاه مدت ونوک تیزspike  را تعدیل نموده وهمچنین انرژی خروجی را تنظیم میکنند همچنین انرژی اضافه ای را هنگام کاهش جریان فراهم نموده وولتاژهای اضافی گذرا درخروجی را کوتاه میکنند.
Line-interactive ups یک طرح پیشرفته است که بطورمعمول درتجهیزات خانگی و تجاری مورد استفاده قرار میگیرد وتا اندازه توان 3000 ولت-آمپرموجود میباشد. این ups برترازstandby ups است ولی هنوز دارای یک زمان انتقال است وبه همین دلیل به خوبی ups های online عمل حفاظت را انجام نمیدهد.
Online UPS (یو-پی-اس با دو مرحله تبدیل)
نکته: Online در زبان انگلیسی به معنی متصل به خط می باشد که برای جلوگیری از اشتباه استاندارها خواسته اند که حتی الامکان از این لفظ استفاده نشود. با توجه به اینکه در زبان فارسی در این مورد هیچ اشتباهی پدید نمی آید برای جلوگیری از تشویش ذهن ما همچنان از لفظ online استفاده می کنیم.
این ups که گاهی بنام تبدیل مضاعف(double conversion)  نیز نامیده میشود، بهترین نوعی نیست که شما میتوانید خریداری نمایید، زیرا با پیشرفت یوپی اس های Line-Interactive و با توجه به بازده پایین یوپی اس های Online نسبت به آنها، امروزه بسیاری از مردم علاقه خود را به این نوع یوپی اس از دست داده اند. جالب اینکه این ups درعین تشابه بسیارزیاد به standby ups که ارزانترین یوپی اس است عملکردی کاملاً متفاوت با آن دارد. تشابه از این بابت که این ups نیزهمان دو منبع انرژی رادارد وکاملاً متفاوت از این بابت که دراین ups سوییچ انتقال برای قطعی درخروجی اینورتر درمواقع اضطراری برگردانده شده است.

این شکل یک طرح شماتیک از online ups است و ممکن است مدلهای دیگری هم موجود باشد. همانطورکه ملاحظه میکنید این دیاگرام کاملاً مشابه standby ups میباشد غیر ازاینکه مسیرهای منابع اولیه وثانویه نیرو عوض شده اند. دراینجا باتری منبع اولیه انرژی میباشد

درشرایط عادی این یو پی اس ازباتری واینورترمربوطه استفاده میکند درحالیکه خط نیرو، شارژرباتری را تغذیه میکند. به همین دلیل است که این ups گاهی بنام double conversion ویا یو-پی-اس آن-لاین باتبدیل مضاعف (دوگانه) نامیده میشود.حاصل این طرح اینست که درشرایط قطع ناگهانی برق، هیچ زمان انتقالی مشاهده نخواهد شد.زیرا در شرایط قطع برق، اینورتر(و بار مربوطه) به کار خود ادامه خواهد داد و فقط شارژرباتری ازکارخواهد افتاد.
در قبال قطع برق ،عکس العمل کامپیوترو یا لپ تاپی که انرژی خود را از یک online ups دریافت میکنند مشخص است.آنها بدون وقفه به کار خود ادامه میدهند. تنها اتفاقی که می افتد اینست که باتری تضعیف میشود زیرا در اینحالت شارژری برایشارژ آن وجود ندارد.ممکن است شما ازخود بپرسید وقتی که همیشه ازباتری استفاده میکنیم پس دلیل وجود مسیری برای سوییچ انتقال(مسیری که در دیاگرام بالا بانقطه چین نمایش داده شده است) چیست؟ پاسخ اینست که این مسیر پشتیبانی لازم را برای مواقعی که اینورترازکارمی افتد ویا دراثربرخی مشکلات داخلی درکارآن وقفه حاصل میشود، فراهم مینماید.هرچند غیرمعمول است ولی به هرحال این اتفاق ممکن است بیفتد و در این حالت، سیستم به مسیرشامل محدود کننده ولتاژهای اضافی وفیلتر، سوییچ خواهد شد.در اینحالت
“زمان انتقال” دوباره موضوعیت پیدا خواهد کرد دقیقاً مانند حالتی که یک یو-پی-اس استندبای در مقابل قطع برق عکس العمل نشان میدهد. البته باید دقت کرد که قطع برق بسیار متداولترازقطع ups میباشد. دیگرمزیت اصلی استفاده ازباتری دربیشترزمانها اینست که فرآیند تبدیل مضاعف ((double conversionانرژی خروجی را بطور کامل ازانرژی ورودی جدا میکند.هراغتشاش وکثیفی احتمالی (غیر از مولفه های DC و برخی ازپارازیت های معمول که فقط دریوپی اس های بدون ترانسفورماتور اتفاق می افتد) که ازبرق شهروارد شود فقط برروی شارژرباتری تاثیرمیگذارد نه برروی خروجی های ups.
اگرچه ممکن است ازروی دیاگرام بالا مشخص باشد که یو-پی-اس های آن-لاین و استندبای دارای مولفه های مشابهی میباشند ولی باید دقت نمود که تفاوت عمده ای درطراحی شارژرها واینورترهایی که معمولاً هیچ کاری انجام نمیدهند وممکن است فقط در هر ماه به مدت چند دقیقه بکار بیفتند با آنهاییکه هرروز 24 ساعت کامل روشن هستند تا عمر آنها به پایان برسد وجود دارد. تفکر مهندسی وافزایش اندازه وکیفیت مولفه های ترکیب شده درساخت یک online ups باعث افزایش قیمت قابل توجه این ups ها نسبت به بقیه انواع آن میشود.این ups ها معمولاً برای سرورهای بزرگ وهمچنین پشتیبانی ازقطعات تجهیزات مراکزداده پردازی بکار میروند. معمولاً این ups ها از اندازه قدرت 5000 ولت-آمپرتا صدها وهزاران ولت-آمپروحتی بزرگترموجود میباشند.

اطلاعاتی در مورد محل نصب یو پی اس ها

محل نصب یو پی اس :

از لحاظ گرما در محدوده 30-10 درجه باشد البته درجه حرارت محل نصب یو پی اس بیشتر از لحاظ استقرار محل باتری یو پی اس دارای اهمیت می باشد تا ups
رطوبت محل نصب یو پی اس کمتر از 95% باشد.
محل استقرار و محل نصب یو پی اس دارای لرزش نباشد .
جهت تخلیه گرمای محیط که ممکن است توسط کارکرد  یوپی اس ایجاد شود ، بهتر است توسط فن گرمای مربوطه تهویه گردد.
تا حد امکان باید یو پی اس را در محلی قرار داد تا امکان ریزش باران – آب ( در آشپزخانه ) – یا سایر چیزها روی آن وجود نداشته باشد .
با توجه به حساسیت قطعات الکترونیکی از قرار دادن ups در محلهای مسیر گرد و خاک پرهیز شود .
با توجه به آلارمهای ups ، جهت استفاده از انواع آلارمهای صوتی و نوری بهتر است ups را در محلی که آلارمهای صوتی و نوری آن بسهولت قابل بررسی و مشاهده باشد قرار گیرد و از قرار دادن ups در محل انباری ها جداً خودداری نمائید.
با توجه به حساسیت حفاظتی این دستگاه لازم است جهت تامین برق مصرفی ups حتما ارت مناسبی به ups متصل گردد) . مراجعه به مقاله تخصصی ارت)
با توجه به احتمال استفاده از توانائیهای نرم افزاری  یو پی اس بهتر است حداکثر فاصله ups از SERVER مربوطه در حدی باشد که استانداردrs232 تعیین می کند (یعنی کمتر از 5 متر باشد).
با توجه به حساسیت حفاظتی این دستگاه لازم است جهت تامین برق مصرفی ups حتما ارت مناسبی به ups متصل گردد) . مراجعه به مقاله تخصصی ارت)
با توجه به احتمال استفاده از توانائیهای نرم افزاری ups بهتر است حداکثر فاصله ups از SERVER مربوطه در حدی باشد که استانداردrs232 تعیین می کند (یعنی کمتر از 5 متر باشد).