ساختمان و ساختار UPS به زبان ساده

ارسال توسط کارشناس پارسانور

در دنیای امروز که بسیاری از تجهیزات حیاتی به برق وابسته‌اند، قطعی ناگهانی یا نوسانات برق می‌تواند خسارت‌های بزرگی ایجاد کند. راهکار اصلی برای این مشکل، استفاده از UPS (منبع تغذیه بدون وقفه) است. اما UPS دقیقاً از چه بخش‌هایی تشکیل شده و چگونه کار می‌کند؟ در این مقاله از وب‌سایت پارسانور به‌زبان ساده به بررسی ساختمان و ساختار UPS می‌پردازیم.

UPS یا Uninterruptible Power Supply دستگاهی است که هنگام قطع برق، به‌طور خودکار برق مورد نیاز تجهیزات را تأمین می‌کند. علاوه بر این، UPS نوسانات برق شهر را هم اصلاح کرده و ولتاژی پایدار به دستگاه‌ها می‌رساند.

ساختمان UPS از چه اجزایی تشکیل شده است؟

۱. باتری (Battery Bank)

قلب UPS محسوب می‌شود.
وظیفه ذخیره انرژی الکتریکی را بر عهده دارد.
ظرفیت باتری (Ah) تعیین می‌کند که UPS چند دقیقه یا ساعت می‌تواند برق پشتیبان فراهم کند.
باتری‌ها معمولاً از نوع سرب-اسید سیلد (VRLA) یا لیتیومی هستند.

هر UPS یک ولتاژ ورودی DC مشخص دارد که باید باتری مطابق آن انتخاب شود:

UPS کوچک خانگی: معمولاً ۱۲ ولت (یک باتری ۱۲V/7Ah یا 9Ah)
UPS‌های اداری و نیمه‌صنعتی: ۲۴ ولت یا ۴۸ ولت (دو یا چهار باتری ۱۲ ولت سری شده)
UPS صنعتی بزرگ: ۹۶ ولت، ۱۹۲ ولت یا بیشتر (تعداد زیادی باتری ۱۲ ولت در سری)

🔑 نکته مهم: ولتاژ کل باتری‌ها باید دقیقاً با ولتاژ طراحی UPS یکسان باشد.

ظرفیت باتری (Ah)

ظرفیت باتری تعیین می‌کند که UPS چه مدت می‌تواند برق پشتیبان بدهد.

ظرفیت باتری با واحد آمپر ساعت (Ah) مشخص می‌شود.
هرچه ظرفیت بیشتر باشد، مدت زمان پشتیبانی UPS هم طولانی‌تر خواهد بود.

نحوه محاسبه ظرفیت باتری برای UPS

$ظرفیت باتری (Ah) = \frac{توان مصرفی (W) × زمان پشتیبانی (ساعت)}{ولتاژ باتری (V) × ضریب بازده (≈0.8)}$

$ظرفیت باتری (A h) = ولتاژباتری ( V ) \times ضریببازده ( \approx 0.8 ) توانمصرفی ( W ) \times زمانپشتیبانی ( ساعت )$

بار مصرفی: 400 وات (مثلاً چند کامپیوتر و مودم)
زمان مورد نیاز: 2 ساعت
ولتاژ باتری UPS: 12 ولت
ظرفیت باتری = (400 × 2) ÷ (12 × 0.8) ≈ 83Ah

یعنی باید یک باتری حدود 100Ah انتخاب کنید.

نوع باتری مورد استفاده در UPS

UPSها معمولاً از این نوع باتری‌ها استفاده می‌کنند:

سرب-اسید سیلد (VRLA): رایج‌ترین نوع، بدون نیاز به نگهداری (Maintenance Free).
AGM و ژل: طول عمر بالاتر و مقاومت بهتر در برابر دشارژ عمیق.
لیتیومی: جدیدتر، سبک‌تر، با چرخه عمر بیشتر اما قیمت بالاتر.

عوامل مهم در انتخاب باتری UPS

زمان پشتیبانی مورد انتظار (Backup Time): چند دقیقه یا چند ساعت؟
توان بار مصرفی: تعداد و نوع دستگاه‌هایی که باید روشن بمانند.
فضای نصب: تعداد باتری‌ها متناسب با فضای رک یا کابینت UPS.
چرخه عمر و کیفیت: برند معتبر، تعداد دفعات شارژ و دشارژ قابل تحمل.
شرایط محیطی: دما و رطوبت روی طول عمر باتری تأثیر مستقیم دارند.

۲. شارژر (Battery Charger)

وظیفه شارژ مداوم باتری‌ها را دارد.
زمانی که برق شهر وصل است، شارژر انرژی لازم را به باتری‌ها منتقل می‌کند.
شارژر باید هوشمند باشد تا از شارژ بیش از حد یا ناقص باتری جلوگیری کند.

مقاله انتخاب بهترین شارژر را بخوانید.

۳. اینورتر (Inverter)

مهم‌ترین بخش UPS است.
وظیفه تبدیل برق DC باتری به برق AC شهری (۲۲۰ ولت / ۵۰Hz) را دارد.
کیفیت اینورتر تعیین می‌کند که خروجی UPS چقدر پایدار و بدون نویز باشد.
اینورتر در زمان قطع برق بلافاصله وارد عمل می‌شود تا هیچ وقفه‌ای در تغذیه تجهیزات ایجاد نشود.

۴. رکتیفایر (Rectifier)

رکتیفایر یا یکسوکننده، بخشی از UPS است که وظیفه دارد برق متناوب (AC) شهر را به برق مستقیم (DC) تبدیل کند.
این برق DC سپس برای دو کار اصلی استفاده می‌شود:

شارژ کردن باتری‌ها
تغذیه مستقیم اینورتر برای تأمین خروجی UPS

به عبارت ساده: رکتیفایر پلی است میان برق شهر و سیستم داخلی UPS.

وظایف اصلی رکتیفایر در UPS

تبدیل AC به DC:
- برق ورودی شهری (220V AC در ایران) به برق DC تبدیل می‌شود تا هم با باتری‌ها سازگار شود و هم به اینورتر منتقل گردد.
شارژ باتری‌ها:
- رکتیفایر انرژی لازم را به شارژر می‌دهد تا باتری‌ها همیشه پر باشند.
تأمین انرژی اینورتر:
- در حالت عادی (وقتی برق شهر وصل است)، UPS فقط از باتری استفاده نمی‌کند.
- رکتیفایر برق DC مورد نیاز اینورتر را فراهم می‌کند تا برق AC پایدار به دستگاه‌ها برسد.
تثبیت و فیلترینگ ولتاژ:
- رکتیفایر علاوه بر تبدیل، وظیفه صاف کردن (Filtering) جریان و حذف نویزها را هم برعهده دارد.
- این کار باعث می‌شود برق خروجی به دستگاه‌ها کاملاً پایدار و بدون نوسان باشد.

انواع رکتیفایر در UPS

دیودی (Diode Rectifier):
- ساده‌ترین نوع، با راندمان بالا.
- معمولاً در UPS‌های ساده و کوچک استفاده می‌شود.
تریستوری (Thyristor Rectifier):
- امکان کنترل ولتاژ و جریان خروجی.
- مناسب UPS‌های بزرگ صنعتی.
IGBT Rectifier (مدرن):
- استفاده از ترانزیستورهای قدرت (IGBT).
- راندمان بالا، نویز کم و قابلیت اصلاح ضریب توان (PFC).
- در UPS‌های آنلاین جدید رایج است.

نقش رکتیفایر در عملکرد UPS

وقتی برق شهر وجود دارد:
- رکتیفایر برق را به DC تبدیل می‌کند.
- این DC برای شارژ باتری‌ها و تغذیه اینورتر استفاده می‌شود.
وقتی برق قطع می‌شود:
- رکتیفایر دیگر نقشی ندارد چون منبع AC وجود ندارد.
- باتری وارد مدار می‌شود و اینورتر برق پشتیبان را تولید می‌کند.

چرا رکتیفایر مهم است؟

- بدون رکتیفایر، باتری‌ها شارژ نمی‌شوند.
- اگر کیفیت رکتیفایر پایین باشد، برق خروجی UPS پر از نویز و ناپایدار خواهد بود.
- در UPSهای صنعتی مدرن، رکتیفایرهای IGBT باعث افزایش راندمان و کاهش هدررفت انرژی می‌شوند.

۵. استاتیک سوئیچ (Static Switch)

یک کلید الکترونیکی پرسرعت است.
وظیفه دارد در شرایط بحرانی (خرابی اینورتر یا اضافه‌بار) به‌سرعت برق شهر را جایگزین برق UPS کند.
این فرآیند در کسری از ثانیه انجام می‌شود و مانع خاموشی تجهیزات می‌گردد.

۶. فیلترها و مدارهای حفاظتی

UPS‌ها مجهز به فیلترهای EMI/RFI هستند تا نویزها و اعوجاج برق را حذف کنند.
مدارهای حفاظتی شامل:
- محافظت در برابر اتصال کوتاه
- محافظت اضافه‌ولتاژ و اضافه‌جریان
- جلوگیری از دشارژ عمیق باتری

ساختار عملکرد UPS به زبان ساده

در حالت عادی:
- برق شهر وارد UPS می‌شود.
- رکتیفایر برق AC را به DC تبدیل می‌کند.
- باتری شارژ می‌شود و هم‌زمان برق تثبیت‌شده از طریق اینورتر به دستگاه‌ها می‌رسد.
در زمان قطع برق:
- باتری به‌سرعت وارد مدار می‌شود.
- اینورتر برق DC باتری را به AC تبدیل می‌کند.
- تجهیزات بدون هیچ‌گونه وقفه به کار خود ادامه می‌دهند.
پس از بازگشت برق شهر:
- UPS مجدداً برق شهر را وارد مدار می‌کند.
- باتری‌ها شروع به شارژ مجدد می‌کنند.

چرا شناخت ساختمان UPS مهم است؟

انتخاب درست ظرفیت UPS بدون دانستن اجزای آن امکان‌پذیر نیست.
درک نحوه عملکرد باتری، شارژر و اینورتر باعث می‌شود بتوانید مدل مناسب کاربرد خود (خانگی، اداری یا صنعتی) را انتخاب کنید.
آشنایی با اجزا کمک می‌کند هنگام خرابی یا آلارم دستگاه، سریع‌تر مشکل را پیدا کنید.

UPS مجموعه‌ای از اجزای کلیدی شامل باتری، شارژر، اینورتر، رکتیفایر و استاتیک سوئیچ است که با همکاری یکدیگر، برق پایدار و بدون وقفه را فراهم می‌کنند. آشنایی با ساختمان UPS به شما کمک می‌کند بهترین انتخاب را برای نیازهای خود داشته باشید.

👉 برای دریافت مشاوره رایگان و مشاهده محصولات UPS، همین حالا به بخش UPS و تجهیزات ذخیره انرژی در سایت پارسانور مراجعه کنید.