تحقیق مقاله یو پی اس دلتا کانورژن

چگونگی کارکرد یوپی اس دلتا کانورژن و نحوه عملکرد اجزای داخلی آن :

پیش از آنکه به بیان نقاط تمایز و مزایای طراحی دلتا کانورژن بپردازیم ، چگونگی کارکرد این طراحی و وظایف کانورترها را در حالتهای متفاوت عملکرد مورد بررسی قرار می دهیم .

 جهت درک آسانتر وخصوصاً با توجه به وجود ترانسفورمری خاص (دلتا ترانسفور مر) در این طراحی ، ابتدا قوانین رگولاسیون ولتاژ و جریان ترانسفورمر را یادآوری می کنیم:

 1-ولتاژ سیم پیچ ثانویه یک ترانسفورمر تابع ضریب تناسب و ولتاژ سیم پیچ اولیه می باشد.

2- جریان سیم پیچ ثانویه یک ترانسفورمر تابع عکس ضریب تناسب و جریان سیم پیچ اولیه می باشد.

3- شکل موج جریان بوسیله مشخصه های جریان بار کنترل می شوند یعنی اگر بار خطی

( برای مثال بارمقاومتی ) در ثانویه داشته باشیم جریان سیم پیچ اولیه سینوسی و در صورت غیر خطی بودن بار ، جریان اولیه نیز غیر خطی خواهد بود.

دلتا ترانسفورمر یک ترانس ایزوله تکفاز است که نسبت تناسب آن در یوپی اس دلتاکانورژن اپیکو  2:1 میباشد . دردلتاکانورژن اتصال AC-AC   کانورترها از طریق دلتا ترانسفورمر ، بر قرار شده که اصطلاحا به این مسیر Pure power path  گفته می شود.

وجود ترانسفورمر ایزوله دیگری نیز در خروجی کانورتر اصلی ، از مزایای منحصر بفردیوپی اس های دلتا کانورژن اپیکو میباشد که در افزایش ضریب اطمینان و حذف مولفه های DC در خروجی سیستم بسیار موثر است .  نسبت تناسب این ترانس 10:1 میباشد.

برای مثال یک سیستم با خروجی 2.2KW /220VAC  ویک بار10 آمپری را در نظر می گیریم و در حالتهای متفاوت ، چگونگی کارکرد دلتا کانورژن را مورد بررسی قرار می دهیم .

درشکل زیر(شکل -1) منبع AC ورودی روشن و هر دو کانورتر خاموش است ، بدیهی است که با خاموش بودن استاتیک سوییچ اصلی و کانورترها انتقال توان به خروجی انجام نمیشود . 

 حال در شرایطی که دلتا کانورتر خاموش و منبع توان ورودی و استاتیک سوییچ اصلی و اینورتر اصلی روشن باشند به تحلیل مدار می پردازیم :

 بینیم توان خروجی توسط اینورتر اصلی و انرژی ذخیره شده باتری تامین می گردد ، اینورتر اصلی ولتاژ 220V  تنظیم شده ای ، همفاز با منبع ورودی تولید می کند.

به دلیل خاموش بودن دلتا اینورتر ، جریان ثانویه دلتا ترانسفورمر صفر بوده ، در نتیجه جریان سیم پیچ اولیه نیزصفر خواهد بود وتمامی توان مورد نیاز جهت تغذیه بار از انرژی ذخیره شده باتری و اینورتر اصلی حاصل می گردد ، بنابراین در می یابیم که تنها راه  تامین توان جهت تغذیه بار مصرفی از منبع AC ورودی ، روشن بودن دلتا کانورترمی باشد

بالانس توان در دلتا کانورژن :

قانون اول کیرشهف بیان میکند : مجموع جبری جریانهای هر گره درمدار معادل صفر است، در نقطه توازن توان Power balance point) (  نیز این مطلب صادق است .

یک سیستم با خروجی 2.2KW / 220VAC  نمایش داده شده است به عنوان مثال جهت تغذیه یک بار 10A و بافرض تلفات 10 درصدی سیستم ،در حالت عملکرد عادی که منبع توان ورودی دارای ولتاژ220v  می باشد ، از آنجاییکه اینورتر اصلی نیزجهت تثبیت ولتاژ 220v ±1% تنظیم شده است ، ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه دلتا ترانسفورمرکه تفاضل ولتاژ ورودی و خروجی است ،  صفر بوده و وضعیتی بی نظیرو کمترین تلفات را خواهیم داشت .  دلتا کانورتر باید جریان  22A (در ثانویه دلتا ترانسفورمر) راتامین نماید در نتیجه با توجه به ضریب تناسب دلتا ترانسفورمر در سیم پیچ اولیه 11A القا میگرددکه 2200W)10A) جهت بار مصرفی و (220*1A=220W)1A باقیمانده به سمت اینورتر اصلی جهت تلفات داخلی سیستم و شارژ باتریها بر می گردد، بدین ترتیب امکان عملکرد دوسویه در مسیرمیان اینورترها نیز فراهم می گردد . لازم به ذکر است که در این شرایط، هنگام عملکرد دوسویه ، از انرژی ذخیره شده باتری استفاده نمی شود .

بالانس توان رادر حالت افت ولتاژ ورودی مورد بررسی قرار می دهیم :

در شرایطی که ولتاژ ورودی 35% کاهش یابد، دلتا کانورتر باید جریان ورودی را به   16.923077A (2420/143=16.923077) افزایش دهد ، در نهایت 2200W (10A) جهت تغذیه بار مصرفی و جریان باقیمانده  (6.923A)به منظور تلفات داخلی(1A) و کنترل توان جاری شده میان اینورترها(5.9230A) بکارگرفته می شود .

در این حالت جهت بالانس توان در خروجی ، تبدیل توان در دلتا ترانسفورمر از ثانویه به اولیه صورت می گیرد و توان کنترل شده در حلقه ای متشکل از دلتا ترانسفورمر ،Pure power path ، ترانسفورمر ایزوله خروجی ، مسیر DC و اینورترها جاری می شود .

بالانس توان را در شرایط افزایش ولتاژ ورودی مورد بررسی قرار می دهیم :

در صورتی که ولتاژ ورودی 15% افزایش یابد، دلتا اینورتر باید به منظور نگهداری بالانس توان ، جریان ورودی را کاهش داده وهمانطور که درمدارات زیر(اشکال 7و8 ) نمایش داده شده است توان خروجی از دومسیر موازی به صورت زیر تامین می گردد .

بنابراین زمانیکه ولتاژ ورودی در مقدار نامی خود باشد ، توان دلتا ترانسفورمر صفر خواهد بود و در صورت پایین بودن ولتاژ ورودی جهت بالانس توان در خروجی ، توان از ثانویه به اولیه دلتا ترانسفورمر جاری می شود و در حالت عکس (افزایش ولتاژ ورودی ) توان از اولیه به ثانویه دلتا ترانسفورمر جریان می یابد و در نهایت بار مصرفی 100% توان مورد نیاز خود را در نقطه بالانس توان (power balance point) دریافت میکند . در حقیقت دلتا کانورتر وظیفه نگهداری بالانس توان در خروجی را به عهده دارد .

لازم به ذکر است که در تمامی شرایط فوق ، جریان دلتا کانورتر و ولتاژ خروجی اینورتر اصلی با شکل موج ولتاژ ورودی سنکرون میباشند . توانی که از منبع ورودی کشیده می شود معادل است با حاصل جمع توان بار مصرفی و تلفات داخلی دستگاه یوپی اس .

همان طور که قبلأ گفته شد دردلتاکانورژن اتصال AC-AC   کانورترها از طریق دلتا ترانسفورمر ، بر قرار شده که اصطلاحا به این مسیر Pure power path  گفته می شود ، در این طراحی کانورترها به صورت دوسویه عمل می کنند یعنی دلتا کانورتر و کانورتر اصلی توانایی تبدیل AC به DC  و DC به AC را بطور همزمان دارند.

با توضیح و تشریح مدارات بالا در می یابیم که توان مورد نیاز بار مستقیما از منبع AC ورودی تامین نمی شود بلکه این ارتباط از طریق امپدانس سیم پیچ اولیه دلتا ترانسفورمر (که در ثانویه بوسیله دلتا اینورتر کنترل می شود ) برقرار می شود در حقییقت ، کانورترها با عملکرد دوسویه و تصحیح نوسانات ومعایب در هر نقطه از شکل موج ولتاژ ورودی ، توانی با کیفیت مناسب رادر خروجی مهیا می سازند.

دلتا اینورتر(کانورتر) یک اینورتر جریان با تکنولوژی PWM است که جریانی کنترل شده ، سینوسی و همفاز با ولتاژمنبع ورودی تولید کرده و مانند یک منبع جریان متغیر در ثانویه دلتا ترانسفورمرعمل میکند و اولین وظیفه آن تنظیم جریان و توان ورودی و اصلاح ضریب توان ورودی است .

 دومین وظیفه کنترل و تنظیم جریان ورودی جهت تامین جریان شارژ و ولتاژ شناور (Float) با دقت 1/0 ولت جهت شارژ و نگهداری باتریهاست .اینورتر(کانورتر) اصلی نیز یک اینورتر ولتاژ  با تکنولوژی PWM است که وظیفه اولیه آن تنظیم و تثبیت ولتاژ در نقطه بالانس توان با تلرانس 1%± و همفاز با ولتاژ منبع ورودی  است .

 در صورت ایجاد خرابی در منبع توان ورودی ، مسیر جریان از باتری به خروجی برقرار شده ودر این حالت ، اینورتر اصلی با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری توان مورد نیاز در خروجی را فراهم می نماید  .در شرایطی که باتریها دشارژ شده و نیاز به شارژ مجدد دارند توانی حدود 10% توان نامی یوپی اس ، جهت شارژ باتریها مورد استفاده قرار می گیرد (در مثالهای پیشین ، باتریها شارژ و در ولتاژ شناور فرض شده اند .) مثلا در یک یوپی اس با توان 2.2KW توان شارژر ، حدود 220W(2200*0.1=220) خواهد بود .

در مدار شکل زیر(در حالت عملکرد عادی )، با فرض اینکه  بار مصرفی 10A و تلفات داخلی سیستم 10% توان نامی و باتریها نیز در حال شارژ شدن باشند بالانس توان را بررسی می کنیم:

همانطور که می بینیم مجموعاً 12A (2640W) از منبع AC ورودی کشیده می شود.

در حقیقت ، دلتا کانورتر وظیفه نگهداری و بالانس توان مورد نیاز بار ، شارژباتریها و تلفات داخلی سیستم را با تنظیم جریان ورودی بر عهده دارد، تنظیم ولتاژ خروجی نیز از وظایف کانورتر اصلی است

کاربرد یو پی اس ها

لوازم الکتریکی معمولا نسبت به نوسانات ولتاژ برق بسارحساس هستند.و همانطورکه می دانید نوسان ولتاژ دربرق شهر تقریبا یک امرروزمره است.کارخانجات تولیدکننده وسایل الکتریکی معمولا ازیک منبع تغذیه برای رفع این شکل استفاده می کنند.معمولا کاریک منبع تغذیه در این گونه وسایل جلوگیری ازنوسانات برق مخرب برای دستگاه می باشدولی زمانی که برق شهر قطع می شودازمنبع تغذیه هم کاری برنمی آید.اگر ازکامپیوتر تان زیاد استفاده می کنیداحتمالا تابحال برای شما هم پیش آمده که درهنگام کار با کامپیوتر تان برق قطع شده باشد.اگرانسان خوش شانسی هستید احتمالا هنوز کامپیوترتان درست کار       می کند البته دربیشتر موارد حداقل مادربرد کامپیوتر آسیب می بیند.اگر CPU نسوخته باشدبایدگفت هنوز هم نسبتا انسان خوش شانسی هستید.

امروزه با وجود مادربردهایی که خیلی هم گران نیستندمی توانید ازروشهای ارزان قیمت مختلفی برای حفاظت مادربرد کامپیوتر دربرابر مشکلات منبع تغذیه ( برق شهر) استفاده کنید.ولی هیچ روشی مانند استفاده از UPS ( Uninterruptible  Power   Supplies) یایک منیع تغذیه بدون وقفه نمی تواند از مادربرد یاسایر وسایل گران قیمت شما دربرابر مشکلات برق حفاظت کند. زمانیکه شمایک سرور یا کامپیوتر گران قیمت داریداهمیت وجود UPS بیشتر می شود.

UPS برای فیلتر نوسانات ناخواسته برق ورودی وکنترل ولتاژ آن دارای مدارات خاصی است.وبرای حل مشکل قطع برق یا افت بیش از حد ولتاژ ( افت ولتاژ برای بسیاری تجهیزات مضر است یا سبب ازکارافتادن موقت آنها می شود)ازباتری استفاده می کند. که کل این مجموعه راتغذیه پشتیبان می گویند. اما چگونه می توان یک UPS خوب انتخاب کرد.درجواب این سوال باید گفت این موضوع کاملا بستگی به میزان توانایی شمادرپرداخت می باشدوUPS رابرای چه منظوری مورد استفاده قرار می دهید.مصرف انرژی آنچه محافظت می کنید عامل دیگری است که درخرید UPS نقش مهمی ایفا می کندواحدی که بوسیله آن ظرفیت    UPS با مقدار انرژی که به شما می دهد بیان می شود عبارت است ازآمپر –ساعت

مثلا یک UPS پنچاه آمپرساعت می تواند دستگاه شمارا با جریان 2آمپر به مدت 25ساعت یابه جریان با 5آمپر به مدت10 ساعت تغذیه کند.توجه داشته باشید که میزان جریان را مصرف دستگاه تعیین می کندپس زمان تغذیه برای یک UPS مشخص به میزان مصرف دستگاه شمادارد.

بدیهی است درصورتی که زمان بحرانی که به یک منبع تغذیه ازUPS با آمپر – ساعت کمتر ودرنتیجه ارزانتر استفاده کنید.البته یک محدودیت هم در این زمینه وجود دارد وآن این است که جریان نامی UPS شماباید ازکل برق دستگاههای شما (به آمپر)بزرگترباشد.

نکته دیگری که باید به آن توجه کنید این است که هیچگاه ازیک محافظ لوازم برقی (مانند محافظ یخچال یا کامپیوتر) درخروجی یک UPS استفاده نکنید یابه عبارت دیگر زمانیکه ازUPS استفاده می کنید نبایداز محافظ ها به طور همزمان برای یک دستگاه استفاده کنیدچون باعث صدمه دیدن دستگاه شده وحتی ازنظر ایمنی شما هم می تواند خطرناک باشد.

معمولا قیمت UPS بازه ای بزرگ دارد تاکسانی که ازتوانایی مالی کمتری برخوردارند هم بتوانند آنرا تهیه کنند.البته طبیعی است که قیمت بالاتر کیفیت وامکانات بیشتری رابرای شما به همراه خواهدداشت

پی اس چیست؟