مطالبی در رابطه با یو پی اس

اگر سر و کارتان بایو پی اس،اینورتریا منابع تغذیه متناوب باشد، حتمایو پی اسیکبار با واژه ی بار خطی و یا بار غیر خطی برخورد کرده اید. استاندارد IEC62040 بطور کلی بارها را به دو گروه خطی (Linear) و غیرخطی (NonLinear) طبقه بندی کرده است. به همین دلیل در مشخصات فنییو پی اسها اغلب این کلمات را مشاهده می کنیم. به عنوان مثال اغلب THD ولتاژ خروجی را یکبار برای بارهای خطی و یکبار برای بارهای غیرخطی مشخص می کنند. در این متن سعی داریم به بررسی تفاوت این دو نوع بار بپردازیم و بعضی از اشتباهات متداول در این زمینه را تا حد امکان بررسی نماییم.

یو پی استبریز

بارهای خطی

اگر به باری ولتاژ سینوسی بدهیم و جریان بار نیز سینوسی باشد، به آن ldquo;بار خطیrdquo; می گوییم. این یکیو پی استعریف ساده شده از بارهای خطی بود. دقت نمایید که حرفی از وجود اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ در میان نیست. اغلب وقتی صحبت از بارهای خطی به میان می آید همه به بارهای مقاومتی اشاره می کنند و بارهای سلفی یا خازنی را جزء بارهای غیر خطی طبقه بندی می نمایند. در صورتیکه چنین نیست! بارهای خازنییو پی اسو سلفی نیز خطی می باشند. زیرا اگر به آنها ولتاژ سینوسی متصل شود، جریانشان نیز سینوسی است و تنها با شکل موج ولتاژ اختلاف فاز دارد. به طور کلی هر ترکیبی از عناصر پسیو (متشکل از مقاومت، خازن و سلف) به عنوان یک بار خطی بشمار می رود. اگر خاصیت سلفی بار غالب باشد جریان آن پسفاز است.یو پی اسیعنی شکل موج جریان اندکی بعد از شکل موج ولتاژ می آید و در صورتیکه بار خازنی باشد شکل موج جریان اندکی قبل از شکل موج ولتاژ می آید. اگر هربار که سخن از پسفازی یا پیشفازی بار می آید حتما باید فرمولهای مداری را مرور کنید تا یادتان بیاید که کدام جریان در کدام بار قبل یا بعد از ولتاژ می آید یک راه حل ساده به نام قانون ldquo;CIVILrdquo; را به شما پیشنهاد می کنم!

این قانون ترتیب جریان و ولتاژ را در بارها یادآوری می کند. مطابق آن در بارهای خازنی(C) جریان (I) پیش از ولتاژ (V) می باشد، پس CIV. ولی در بارهای سلفی (L)، جریان (I) بعد از ولتاژ (V) است، پس VIL.

باتری یو پی اس

شکل 1: شکل موجهای جریان و ولتاژ در بارهای مقاومتی، سلفی و خازنییو پی اسبه همراه قانون CIVIL-برای مشاهده نوع بار را انتخاب نمایید.

آیا بارهای موتوری یا ترانسی نیز جزء بارهای خطی به شمار می آیند؟

پاسخ این سوالمثبتاست. زیرا هر دو این بارها نوعی بار سلفی می باشند و در صورت اعمال ولتاژ سینوسی به آنها جریانشان نیز سینوسی خواهد بود. اما نکته ظریفی برای این نوع از بارها وجود دارد. سلفها، ترانسها و موتورها (در صورت اعمال ولتاژ نامناسب به آنها) ممکن است اشباع شوند که در این صورت جریان آنها دیگر سینوسی نیست!

شکل 2 جریان یک ترانس اشباع شده را نشان می دهدیو پی اسکه با وجود ولتاژ ورودی سینوسی، جریان ترانس کاملا غیر سینوسی است. در این شرایط ترانسفورماتور یا موتور به عنوان بار غیر خطی طبقه بندی می شوند.

یو پی اس

شکل 2: ولتاژ، شار و جریان یک ترانس فورماتور در حالت اشباع

لیستی از بارهای خطی متداول در ادامه آورده شده است:

کلیه بارهای مقاومتی، لامپ های رشته ای، هیترهای مقاومتی، موتورها، فنها، ترانسها، خازنهای اصلاح ضریب قدرت و...

بارهای غیرخطی:

برخلاف بارهای خطی، اگر به این بارها ولتاژ سینوسی اعمال شود، جریانشان غیر سینوسی خواهد بود. شکل زیر، جریان و ولتاژ یک بار غیرخطی را نشان می دهد.

شکل 3: شکل موج ولتاژ سینوسی اعمال شده به یک بار غیر خطییو پی اسو جریان کشیده شده توسط آنشاید جالب باشد بدانید برخلاف آنچه به نظر می رسد دنیای ما توسط بارهای غیرخطی احاطه شده است! به عنوان مثال تمام منابع تغذیه سوییچینگ جزء بارهای غیر خطی به شمار می روند. این یعنی کامپیوتر، پرینتر، اسکنر، تلویزیون، رادیو، ماکروویو، LED و LCDها،شارژرموبایل، تمامی لامپهای کمیو پی اسمصرف،یو پی اسها و یا تمامی کانورترها و مبدلهایی که مدارات تصحیح شکل موج جریان ورودی ندارند، رکتیفایرهای دیودییو پی اسیا تریستوری و بسیاری دیگر از لوازم و ادوات اطراف ما، همگی جزء بارهای غیر خطی به حساب می آیند. وجه مشترکیو پی استمام این بارها، استفاده از ادوات اکتیو (نیمه هادیهایی مثل دیود، تریستور، IGBT یا ماسفت و...) بجای قطعات پسیو (مقاومت، سلف یا خازن) در ورودی شان است.

اما چرا استفاده از عناصر نیمه هادی باعث غیر سینوسی شدن شکل جریان ورودی می شود؟

برای پاسخ به این سوال، یک مدار ساده یکسوساز را بررسی می کنیم. لازم است بدانید تقریبا ورودی تمامی مدارات تغذیه سوییچینگیو پی اسبه نوعی دارای یکرکتیفایرمی باشد. به همین دلیل ماهیت غیر خطی جریان ورودی در تمامی آنها تقریبا یکسان است. مطابق شکل 4، یک یکسوساز تمام موج را در نظر بگیرید که یک بار مقاومتی با خازن آن موازی شده است. این بار به تدریج خازن را تخلیه کرده و ولتاژ آنرا کاهشیو پی اسمی دهد. اگر ولتاژ سینوسی به ورودی این یکسوساز متصل کنیم، تا هنگامی که ولتاژ ورودی از ولتاژ خازن کمتر است دیودها اجازه عبور جریان را نمی دهند، اما به محض آنکه ولتاژ ورودی از ولتاژ خازن بیشتر شد، دیودها هدایت کرده و با کشیده شدن جریان لحظه ای از ورودی، خازن راشارژمی کنند. هنگامیکه مجددا ولتاژ خازن از ولتاژ سینوسی ورودی بیشتر شود، دیودها دیگر هدایت نکرده و جریان ورودی قطع می گردد. به همین دلیل است که در شکل 5 می بینیم شکل موج جریان (نمودار سبز رنگ) در ابتدای سیکل قطع بوده، سپس ناگهان هدایت کرده و مجددا قطع می شود.

شکل 4: مدار یکسوساز تمام موج با بار مقاومتی

شکل5: شکل موجهای ولتاژ ورودی، جریان ورودی و ولتاژ خازن یکسوساز تمام موج.

ماهیت غیرخطی جریان، لحظه ای بودن و در نتیجه ضربه ای بودن آن، پیک بالاتر آن نسبت به جریان مشابه سینوسی، بالاتر بودن کرستیو پی اسفاکتور (برای آشنایی بیشتر با پارامتر Crest Factor به اینجا مراجعه کنید) و بالا بودن قابلیو پی اسملاحظه ی هارمونیک آن نسبت به یک جریان سینوسی (برای آشنایی با مفاهیم هارمونیک و THDبه اینجا مراجعه کنید)، بارهای غیرخطی را برای هر منبع تغذیه ای نامناسب می نماید. به همین دلیل استاندارد IEC 62040-3 توجه بسیاری به بارهای غیرخطی دارد و تستیو پی اسبا بارهای غیرخطی را به یک الزامیو پی اسبرای هر سازنده ای بدل نموده است. جالب است بدانید اکثر بارهایی که بهیو پی اسمتصل می شود غیر خطی هستند. فرضا یک سایت کامپیوتر را در نظر بگیریدسرور، پرینتر، اسکنر، پلاتر و کلیه کامپیوترهای موجود در سایت بدلیل استفاده از مدارات تغذیه سوییچینگ تماما غیرخطی به حساب می آیند.

شاید این سوال برایتان مطرح شود که با توجه به ماهیت نامناسب جریان بارهای غیرخطی، چگونه می توان تشخیص داد که یک یو پی اس مورد نظر می تواند تغذیه بارهای غیرخطی را بخوبی تامین نماید؟ پاسخ این سوال را می بایست در جدول مشخصات فنییو پی اسجستجو نمایید. مطابق استاندارد، سازندگان مکلف به ارائه پارامتری به عنوان THD یا در صد اعوجاج ولتاژ خروجییوپی اسبه خریدار هستند. اگر بخواهیم تعریف ساده ای از این پارامتر داشته باشیم به این معنی است که با اعمال بار کامل خطی یا غیر خطی، چه مقدار کیفیت شکل موج ولتاژ خروجییو پی اسکاهش می یاید. هر چه عدد THD ولتاژ کمتر باشد نشان گر کیفیت بهتریو پی اساست. طبق استاندارد، بهتر است این عدد کمتر از 8 باشد.

یو پی اس

شکل 6: نمایش THD ولتاژ خروجی یکیو پی اسدر جدول مشخصات فنی آن

همانطور که انتظار داشتیم ماهیت ضربه ای بارهای غیر خطی باعث می شود که کیفیت ولتاژ خروجی یو پی اسدر بارهای غیرخطی نسبت به بارهای خطی کاهش یابد، یا به عبارتی THD ولتاژ آن در بارهای غیرخطی بالاتر باشد. برای دسترسی به اطلاعات فنی دقیق تر در خصوص مفهوم THD لطفا به اینجا مراجعه فرمایید.

در جدول زیر مقایسه بین بارهای خطی و غیر خطی آورده شده است:

آیتم بارهای خطی بارهای غیرخطییو پی اس

1 در صورت اعمال ولتاژ سینوسی، شکل موج جریان بار سینوسی است در صورت اعمال ولتاژ سینوسی، شکل موج جریان بار سینوسی نیست

2 کرست فاکتور جریان همواره 1.41 است. کرست فاکتور بار بیشتر از 2 است.

3 امپدانس بار براحتی بر اساس قانون اهم قابل محاسبهیو پی اساست. امپدانس بار براحتی بر اساس قانون اهم قابل محاسبه نیست.

4 شکل موج جریان بدون هارمونیک است. شکل موج جریان دارای هارمونیک بالا است.

5 بدلیل ماهیت سینوسی جریان، مشکل کمتری براییو پی اسایجاد می کند بدلیل ماهیت ضربه ای و پیک بالاتر جریان نسبتیو پی اسبه جریان سینوسی، باعث کاهش کیفیت نسبی ولتاژ خروجییو پی اسمی شود.