در بازار یوپیاس، اسم‌ها و ادعاها زیاد است و همین باعث می‌شود گاهی یو‌پی‌اسی بخریم که از عهده کاری که از آن انتظار داریم برنمی‌آید. APC در مقاله فنی شماره ۱ خود، یو‌پی‌اس‌های استاتیک را بر اساس استاندارد IEC 62040-3 و ویژگی‌های خروجی‌شان در چهار نوع رایج دسته‌بندی کرده است. این مقاله خلاصه همان دسته‌بندی است. اگر با کد IEC (مثل VFI-SS-11) آشنا نیستید، اول بخش مربوط را در راهنمای جامع یوپیاس بخوانید.
سه حالت کاری که باید بشناسید
بسیاری از یو‌پی‌اس‌ها بیش از یک حالت کاری دارند و کلاس IEC آن‌ها در هر حالت فرق میکند. سه حالت رایج عبارت‌اند از:
- حالت عادی (Normal): یوپیاس بار را با برق ورودی تغذیه میکند و باتری وصل است و شارژ می‌شود یا شارژ کامل است.
- حالت عادی با راندمان بالا: یوپیاس برای افزایش راندمان، بار را مستقیم از برق ورودی تغذیه میکند. حالت بایپس (Bypass) و بایپس با اصلاح ضریب توان (PFC Bypass) نمونه‌های آن هستند.
- حالت ذخیره انرژی (باتری): برق ورودی قطع شده یا از محدوده مجاز ولتاژ یا فرکانس خارج شده و یوپیاس بار را با برق DC باتری تغذیه میکند.
همه یو‌پی‌اس‌ها حالت عادی و حالت باتری را دارند، اما فقط بعضی انواع، حالت راندمان بالا را ارائه می‌کنند. تقریباً همه یو‌پی‌اس‌هایی که این حالت را دارند، برای رسیدن به تعادل میان راندمان و حفاظت از بار، خودکار بین آن و حالت عادی جابه‌جا میشوند.
۱. یوپیاس آفلاین (Standby)
یوپیاس آفلاین معمولاً برای محافظت از بارهای تکی مثل کامپیوتر رومیزی به کار میرود. در حالت عادی، یک کلید انتقال، برق ورودی را مستقیم به بار میرساند. وقتی برق قطع شود، کلید انتقال بار را به مسیر باتری و اینورتر منتقل میکند. اینورتر فقط هنگام قطع برق روشن می‌شود و نام «Standby» (آماده‌به‌کار) از همین‌جا آمده است.
هزینه کم، اندازه کوچک، موج خروجی غیرسینوسی و راندمان بالا ویژگی‌های معمول این نوع است. بعضی مدل‌ها حفاظت در برابر ضربه ولتاژ (Surge) و فیلتر نویز هم دارند.
کلاس IEC: VFD-SY-33. چون در حالت عادی مداری برای تنظیم ولتاژ یا فرکانس ندارد، VFD است. چون در حالت عادی موج سینوسی برق شهر را عبور می‌دهد و در حالت باتری معمولاً اینورتر موج مربعی یا پله‌ای دارد، SY است. چون تشخیص قطع برق، جابه‌جایی کلید و روشن شدن اینورتر نزدیک به ۱۰ میلیثانیه طول میکشد و اینورتر تغییر ناگهانی بار را خوب تحمل نمی‌کند، کلاس دینامیکی آن ۳۳ است.
به‌عنوان نمونه، در حالت عادی ولتاژ خروجی با ولتاژ ورودی برابر است، تا وقتی ورودی در محدوده مجاز (مثلاً ±۱۰٪ مقدار نامی) بماند. بیرون از این محدوده، یوپیاس روی باتری میرود. به همین دلیل، این نوع برای جاهایی با کیفیت برق خوب و بارهایی که به تغییرات ولتاژ و فرکانس خیلی حساس نیستند مناسب است.
۲. یوپیاس لایناینتراکتیو (Line Interactive)
یوپیاس لایناینتراکتیو معمولاً برای محافظت از تعداد کمی سرور مهم و تجهیزات شبکه مرتبط با آن‌ها به کار میرود. در این طرح، مبدل باتری به AC (اینورتر) همیشه به خروجی وصل است و وقتی برق ورودی عادی است، با کار معکوس، باتری را شارژ میکند. هنگام قطع برق، کلید انتقال باز می‌شود و برق از باتری به خروجی میرسد. چون اینورتر همیشه روشن و به خروجی وصل است، فیلترینگ بیشتر و گذرای کلیدزنی کمتری نسبت به نوع آفلاین دارد.
ویژگی مهم این نوع، ترانسفورماتور تنظیم ولتاژ (AVR) با تغییر تپ است. وقتی ولتاژ ورودی کم یا زیاد می‌شود، AVR با تغییر تپ ترانسفورماتور، ولتاژ خروجی را در محدوده مجاز نگه می‌دارد. این قابلیت در شرایط افت ولتاژ مهم است، چون بدون آن، یوپیاس مدام روی باتری میرود؛ استفاده مکرر از باتری می‌تواند باعث خرابی زودهنگام آن شود. همچنین می‌توان اینورتر را طوری طراحی کرد که اگر خراب شد، برق ورودی همچنان به بار برسد؛ یعنی عملاً دو مسیر مستقل برای برق وجود دارد.
هزینه کم، اندازه کوچک، موج خروجی سینوسی، راندمان و قابلیت اطمینان بالا، به‌علاوه توانایی اصلاح ولتاژ کم یا زیاد، این نوع را به نوع غالب در محدوده ۰٫۵ تا ۵ کیلوولتآمپر تبدیل کرده است.
کلاس IEC: VI-SS-31. AVR ولتاژ را تنظیم میکند اما فرکانس تنظیم نمی‌شود، پس VI است. موج خروجی در هر دو حالت سینوسی است (SS). انتقال به باتری نزدیک به ۱۰ میلیثانیه طول میکشد، اما اینورتر تغییر ناگهانی بار را خوب تحمل میکند؛ پس کلاس دینامیکی ۳۱ است.
در مثال APC: تا وقتی ولتاژ ورودی در محدوده ±۱۰٪ است، AVR خاموش است و راندمان در بیشترین مقدار است. بیرون از این محدوده، یوپیاس در حالت عادی می‌ماند و با AVR ولتاژ را کم یا زیاد میکند. وقتی انحراف از توان جبران AVR بیشتر شود (مثلاً بیش از ±۲۰٪)، یوپیاس روی باتری میرود.
۳. یوپیاس آنلاین با تبدیل ترکیبی (Hybrid Conversion)
تبدیل ترکیبی فناوری نسبتاً جدیدی است که هدفش رسیدن به عملکرد الکتریکی نزدیک به تبدیل دوگانه، با چگالی توان بیشتر است. این نوع برای محافظت از تعداد کمی سرور حساس و تجهیزات شبکه در محیط‌های فشرده Edge مناسب است.
- حالت عادی آنلاین: مسیر برق از یک «مبدل ترکیبی» (یکسوساز و اینورتر یکپارچه) می‌گذرد. این طرح ولتاژ را تنظیم میکند، اما برای کم کردن تعداد قطعات، از تنظیم فرکانس صرف‌نظر شده است. هنگام قطع برق، بخش یکسوساز خاموش می‌شود و اینورتر از باتری تغذیه میکند. چون مسیر برق عوض نمی‌شود، هیچ کلیدی عمل نمی‌کند و زمان انتقال صفر است. کلاس IEC در این حالت VI-SS-11 است.
- حالت بایپس: بار از کلید بایپس استاتیک تغذیه می‌شود و مبدل فقط با توان کم باتری را شارژ میکند و آماده نگه می‌دارد. این کار راندمان را بالا می‌برد و به خاطر حرارت و تنش کمتر، عمر دستگاه را افزایش می‌دهد. کلاس IEC در این حالت VFD-SS-31 است.
۴. یوپیاس آنلاین با تبدیل دوگانه (Double Conversion)
یو‌پی‌اس‌های تبدیل دوگانه محبوب‌ترین نوع در توان‌های بالای ۱۰ کیلوولتآمپر هستند و معمولاً برای محافظت از تعداد زیادی سرور حیاتی، تجهیزات ذخیره‌سازی و شبکه به کار می‌روند.
حالت عادی آنلاین
مسیر برق تا بار از یکسوساز با اصلاح ضریب توان (PFC) و سپس اینورتر می‌گذرد، نه از کلید انتقال. وقتی برق ورودی قطع شود، یکسوساز خاموش می‌شود و اینورتر از باتری تغذیه میکند. چون مسیر برق تغییر نمی‌کند، زمان انتقال صفر است. در این حالت، یوپیاس جریانی سینوسی از برق ورودی میکشد و ولتاژی سینوسی با اعوجاج کم، دامنه و فرکانس نامی به بار می‌دهد؛ یعنی عملکرد الکتریکی تقریباً ایده‌آل. کلاس IEC: VFI-SS-11.
حالت بایپس (Eco-mode)
بار از کلید بایپس استاتیک تغذیه می‌شود، یکسوساز فقط با توان کم باتری را شارژ میکند و اینورتر آماده‌به‌کار است. راندمان بالا میرود و عمر دستگاه به خاطر حرارت و تنش کمتر بیشتر می‌شود، اما ولتاژ و فرکانس دیگر تنظیم نمیشوند و هنگام قطع برق نزدیک به ۱۰ میلیثانیه طول میکشد تا اینورتر بار را بگیرد. کلاس IEC: VFD-SS-31.
حالت بایپس با اصلاح ضریب توان (PFC Bypass)
مسیر اصلی برق همچنان بایپس است، اما اینورتر روشن می‌ماند و جریان لازم را تأمین میکند تا برق ورودی فقط جریان سینوسی با ضریب توان بالا ببیند. به این ترتیب معایب اصلی حالت بایپس معمولی برطرف می‌شود: زمان انتقال به صفر میرسد و جریان ورودی اصلاح‌شده است، در حالی که راندمان تقریباً به همان اندازه بالا می‌ماند. کلاس IEC: VFD-SS-11. APC این حالت را در محصولات خود با نام ECOnversion ارائه میکند.
زمان انتقال و کلاس‌های دینامیکی به زبان ساده
| کلاس | حداکثر قطعی ولتاژ خروجی | بار مناسب طبق APC |
|---|---|---|
| کلاس ۳ | ۱۰ میلیثانیه | بیشتر تجهیزات IT عمومی |
| کلاس ۲ | ۱ میلیثانیه | بیشتر بارهای حیاتی IT |
| کلاس ۱ | بدون قطعی | حساسترین بارهای حیاتی IT |
مقایسه مزایا و محدودیت‌ها
| نوع | مزایا | محدودیت‌ها | جمعبندی APC |
|---|---|---|---|
| آفلاین | هزینه کم، راندمان خیلی بالا، اندازه کوچک | در افت ولتاژ روی باتری میرود؛ بالای ۲ kVA کاربردی نیست | بهترین ارزش برای کامپیوتر شخصی |
| لایناینتراکتیو | قابلیت اطمینان بالا، راندمان خیلی بالا، کار در محدوده وسیع ولتاژ ورودی به کمک AVR | بالای ۵ kVA کاربردی نیست | رایج‌ترین نوع یوپیاس؛ ایده‌آل برای سرورهای رک یا پراکنده |
| آنلاین ترکیبی | تنظیم عالی ولتاژ، چگالی توان بالا، زمان انتقال صفر، اصلاح ضریب توان، حالت راندمان بالا | بالای ۵ kVA کاربردی نیست | صرفه‌جویی در فضای رک، سازگاری و حفاظت عالی از بار |
| آنلاین تبدیل دوگانه | تنظیم عالی ولتاژ، موازی‌سازی آسان، حالت‌های راندمان بالا | زیر ۵ kVA گران است | استاندارد صنعت برای کاربردهای حیاتی؛ مناسب طراحی‌های افزونه |
APC در همین مقاله به چند روند صنعت هم اشاره میکند: بیشتر یو‌پی‌اس‌های امروزی دیگر ترانسفورماتور داخلی طرح‌های قدیمی را ندارند، که راندمان را بالا برده و وزن، اندازه و مصرف مواد را کم کرده است. حالت‌های راندمان بالا هم نمونه دیگری از بهینه‌سازی انرژی هستند که البته مزایا و هزینه‌هایی دارند.
کدام نوع برای شما مناسب است؟
- کامپیوتر شخصی و بارهای تکی کم‌اهمیت در محلی با برق پایدار: آفلاین.
- چند سرور و سوئیچ شبکه، اتاق سرور کوچک، برقی که افت و افزایش ولتاژ دارد: لایناینتراکتیو یا آنلاین.
- بارهای حساس و حیاتی، کیفیت برق ضعیف، یا نیاز به تنظیم فرکانس: آنلاین تبدیل دوگانه.
- توان بالای ۱۰ کیلوولتآمپر و طراحی‌های افزونه (N+1 و 2N): آنلاین تبدیل دوگانه. درباره افزونگی، مقاله پیکربندی‌های یوپیاس را ببینید.
بعد از انتخاب نوع، نوبت انتخاب توان است. برای آن، مقاله تفاوت VA و وات در یوپیاس را بخوانید.
پرسش‌های متداول
فرق یوپیاس آنلاین و لایناینتراکتیو چیست؟
در لایناینتراکتیو، برق شهر در حالت عادی (با تنظیم ولتاژ توسط ترانسفورماتور AVR) مستقیم به بار میرسد و هنگام قطع برق، با زمان انتقالی نزدیک به ۱۰ میلیثانیه روی باتری میرود؛ این نوع ولتاژ را تنظیم میکند اما فرکانس را نه (کلاس VI-SS-31). در آنلاین تبدیل دوگانه، برق همیشه از یکسوساز و اینورتر عبور میکند، پس ولتاژ و فرکانس هر دو تنظیم میشوند و هنگام قطع برق هیچ وقفهای رخ نمیدهد (کلاس VFI-SS-11).
زمان انتقال (Transfer Time) چقدر مهم است؟
طبق استاندارد IEC 62040-3، کلاس ۳ (تا ۱۰ میلیثانیه قطعی) برای اغلب تجهیزات IT عمومی قابل قبول است، کلاس ۲ (تا ۱ میلیثانیه) برای بیشتر بارهای حیاتی و کلاس ۱ (بدون قطعی) برای حساسترین بارهای حیاتی.
حالت Eco-mode در یوپیاس آنلاین چیست؟
در این حالت راندمان بالا، یوپیاس بار را از مسیر بایپس تغذیه میکند تا تلفات و حرارت کم شود. در این حالت کلاس عملکرد به VFD-SS-31 میرسد، یعنی ولتاژ و فرکانس تنظیم نمیشوند و هنگام قطع برق حدود ۱۰ میلیثانیه طول میکشد تا اینورتر بار را بگیرد. حالت PFC Bypass (در APC با نام ECOnversion) این زمان را به صفر میرساند.
برای کامپیوتر خانگی کدام یوپیاس کافی است؟
طبق جمعبندی APC، یوپیاس آفلاین (Standby) برای کامپیوتر شخصی بهترین ارزش را دارد؛ ارزان، کوچک و پرراندمان است، اما در افت ولتاژ روی باتری میرود و بالای ۲ کیلوولتآمپر کاربردی نیست.
منابع
این مقاله ترجمه کامل نیست؛ خلاصه و بازنویسی فارسی مطالب منبع است. اعداد و جدول‌ها از همان منبع نقل شده‌اند.
