مقایسه طراحی UPS بدون ترانسفورماتور و با ترانسفورماتور

زمانی که طراحی UPS بدون ترانس در سال‌های ابتدایی قرن حاضر موردتوجه عموم قرار گرفت، با اندازه کوچک و هزینه کم جایگاه خود را در بازار UPS به دست آورد. به نظر می‌رسد ضربه بزرگی به بازار UPS مبتنی بر ترانسفورماتور معمولی واردشده باشد، بااین‌حال، UPS مبتنی بر ترانسفورماتور کاملاً بی‌فایده نیست، برعکس، برای برخی از کاربردها بسیار حیاتی و بدون جایگزین است. در این مقاله تفاوت بین UPS مبتنی بر ترانسفورماتور و UPS بدون ترانسفورماتور بررسی خواهد شد.

چرا طراحی UPS از ترانسفورماتور به ترانسفورمر تبدیل می‌شود؟

دلیل استفاده از ترانسفورماتور داخلی در سیستم UPS اولیه، فناوری اینورتر توان است که در طراحی UPS استفاده‌شده است. در روزهای اولیه، اینورتر بر اساس دیودها / تریستورهای کنترل‌شده با سیلیکون بود تا خروجی موج سینوسی را از طریق فیلتر تولید کند. در حالت تبدیل دوگانه، سیستم UPS با ترانسفورماتورهای جداسازی به‌طور سنتی از توپولوژی‌های یکسو کننده تریستور ۶ یا ۱۲ پالسی استفاده می‌کند. دستگاه‌های تغذیه هنگام تأمین از DC خاموش نمی‌شوند و ازآنجایی‌که سرعت سوئیچینگ دستگاه‌های قدرت کم است، برای تولید شکل موج موردنظر به یک ترانسفورماتور نیاز دارد. با پیشرفت تکنولوژی، اگرچه ترانزیستورها برای تأمین و خاموش شدن بدون تهیه مدارهای اضافی تولید می‌شوند، ولتاژهای عملیاتی برای رسیدن به جریان بالا سوئیچ، صرف می‌شوند. برای کمک به افزایش ولتاژ خروجی UPS برای تأمین بار بحرانی با همان ولتاژ ورودی، ترانسفورماتور نیز لازم است.

شکل ۱: نمودار UPS مبتنی بر ترانسفورماتور

برای پیشرفت بیشتر در دستگاه‌های سوئیچینگ قدرت، ترانزیستور دوقطبی عایق دار (IGBT) استفاده می‌شود. اینورترهای UPS مبتنی بر فناوری IGBT با استفاده از مدولاسیون عرض پالس موج سینوسی موردنظر را تولید می‌کنند و استفاده از ترانسفورماتور بزرگ و فیلتر را از بین می‌برند. با طراحی IGBT، UPS بدون ترانس در تبدیل مستقیم DC به AC مؤثرتر است که به ولتاژ خروجی پایدارتری کمک می‌کند.

شکل ۲: نمودار UPS بدون ترانسفورماتور

تفاوت‌های فنی بین UPS مبتنی بر ترانسفورماتور و UPS بدون ترانسفورماتور

مهم‌ترین تمایز بین UPS مبتنی بر ترانسفورماتور و UPS بدون ترانسفورماتور وجود اجزای ترانسفورماتور است. برای آگاهی بهتر از ویژگی‌های فنی و عملکرد آن‌ها، مقایسه زیر در مورد ویژگی‌های فنی ذکرشده است.

کدام‌یک بهتر است: UPS مبتنی بر ترانسفورماتور یا UPS بدون ترانسفورماتور؟

با اشاره به تفاوت‌های فنی بین UPS بدون ترانسفورماتور و UPS مبتنی بر ترانسفورماتور، بخش زیر دو طرح UPS را ازنظر مصرف‌کنندگان مقایسه کرده و مزایای آن‌ها را روشن می‌کند.

سازگاری: UPS بدون ترانسفورماتور انعطاف‌پذیری بیشتری را در انطباق با نیازهای نامشخص آینده فراهم می‌کند. اندازه UPS بدون ترانس معمولاً کوچک‌تر از یک مبدل ترانسفورماتور دارای درجه قدرت برابر است و برای گسترش در یک فضای خاص راحت‌تر است. علاوه بر این، در حال حاضر، UPS بزرگ بدون ترانسفورماتور طراحی مدو لار را در یک بسته جمع‌وجور اتخاذ می‌کند تا در صورت عدم اطمینان از نیاز کل بار یا در صورت نیازهای آینده ظرفیت، به‌راحتی اضافه شود.

قابلیت اطمینان: UPS بدون ترانسفورماتور قادر به جدا کردن خطاهای داخلی مانند یک ترانسفورماتور نیست. اگرچه این مشکل با افزودن یک ترانسفورماتور جداسازی قابل‌حل است، اما ممکن است به نقاط خرابی دیگر و نرخ خدمات بالاتر واحد منجر شود. با بهره‌گیری از ترانسفورماتور جداسازی در طراحی UPS مبتنی بر ترانسفورماتور، افزایش قابلیت اطمینان اتصال DC و سال‌ها تجربه کاربرد و نوآوری‌های فناوری، UPS مبتنی بر ترانس از قابلیت اطمینان و استحکام بالاتری برخوردار است.

دردسترس‌بودن: به‌طورکلی UPS مبتنی بر ترانسفورماتور ضمن ساده‌سازی کنترل جریان خطا، به‌ویژه برای مراکز داده باقدرت بالا و سایر برنامه‌های حیاتی، بالاترین میزان دسترسی را فراهم می‌کند. امروزه طراحی‌های بدون ترانسفورماتور نیز دردسترس‌بودن آن‌ها را تا سطح معقولی بهبود می‌بخشد، اما در مقایسه با مدل‌های مبتنی بر ترانسفورماتور، کمتر است؛ بنابراین UPS بدون ترانسفورماتور برای مشاغل کوچک و متوسط که دردسترس‌بودن مهم‌ترین نگرانی نیست، عملی تر است.

دوام باتری: عمر باتری به ریپل AC بر روی باتری متصل است. به دلیل ولتاژ بالا در UPS بدون ترانس، به‌طورکلی، یک مبدل اضافی نیز در طراحی بدون ترانسفورماتور اضافه‌شده است که کنترل دقیق باتری‌ها و یک مدار DC تمیز و بدون امواج را فراهم می‌کند؛ بنابراین عمر باتری UPS بدون ترانس از یک ترانسفورماتور بیشتر است و می‌تواند تا ۱۲ سال هم برسد.

هزینه: در مورد هزینه واحدهای برق UPS ، هزینه اولیه و هزینه عملیاتی هر دو موردنیاز است تا در نظر گرفته شود. به دلیل عدم نصب ترانس در داخل آن، UPS بدون ترانسفورماتور طبیعی است که قیمت کمتری نسبت به مدل‌های مبتنی بر ترانس داشته باشد. UPS بدون ترانسفورماتور همچنین دارای ابعاد کوچک‌تر نسبت به UPS مبتنی بر ترانسفورماتور است که باعث کاهش نیاز به فضای اضافی در مرکز داده می‌شود. هزینه‌های عملیاتی شامل هزینه‌های عملیاتی برای تأمین برق، هزینه‌های نگهداری و سایر موارد است که واحدهای UPS بدون ترانسفورماتور کارایی بالاتری را نشان می‌دهند، درنتیجه تلفات برق کاهش می‌یابد.

هزینه: در مورد هزینه واحدهای برق UPS ، هزینه اولیه و هزینه عملیاتی هر دو موردنیاز است تا در نظر گرفته شود. به دلیل عدم نصب ترانس در داخل آن، UPS بدون ترانسفورماتور طبیعی است که قیمت کمتری نسبت به مدل‌های مبتنی بر ترانس داشته باشد. UPS بدون ترانسفورماتور همچنین دارای ابعاد کوچک‌تر نسبت به UPS مبتنی بر ترانسفورماتور است که باعث کاهش نیاز به فضای اضافی در مرکز داده می‌شود. هزینه‌های عملیاتی شامل هزینه‌های عملیاتی برای تأمین برق، هزینه‌های نگهداری و سایر موارد است که واحدهای UPS بدون ترانسفورماتور کارایی بالاتری را نشان می‌دهند، درنتیجه تلفات برق کاهش می‌یابد.

خلاصه

هر دو طرح UPS مبتنی بر ترانسفورماتور و UPSبدون ترانسفورماتور ویژگی‌های اساسی را ارائه می‌دهند و ویژگی‌های اصلی آن‌ها را حفظ می‌کنند. واضح است که این روزها UPS بدون ترانس بر بازار حاکم است UPS بدون ترانس با اکثر الزامات طراحی منبع تغذیه امروزی مطابقت دارد، اما برای کاربردهایی که به بالاترین اطمینان و ایمنی مانند زمینه‌های پزشکی نیاز دارند، UPS مبتنی بر ترانسفورماتور بهترین انتخاب است