Kesintisiz Güç Kaynakları; UPS

UPS’ler (Uninterruptible Power Supply) kesintisiz güç kaynaklarıdır. Elektriğe bağlı cihazları, elektrikte oluşabilecek herhangi bir kısa veya uzun süreli kesintilerden,  gerilim dalgalanmasından ve harmoniklerden korumak için kullanılmaktadır.  Yükü bu değişimlerden korur ve yükün sağlıklı ve kesintisiz çalışmasını sağlar.

UPS yapısı beş bölümden oluşmaktadır.
1) Şarj Ünitesi: Akülerin şarj edilmesini sağlar ve inverter için DC güç üretir.
2) Inverter Ünitesi: Akülerin ve şarj ünitesinin sağladığı DC gerilimi 220 V AC’ye çevirir.
3) Aküler: Enerji kesildiğinde inverter’in ihtiyaç duyduğu DC gerilimi üretir.
4) Static By-Pass: Aşırı yük ya da herhangi bir arıza anında bağlı olduğu yükü kesintiye uğratmadan şebekeye aktarılmasını sağlar.
5) RS-232 / USB haberleşme birimi: Kesintisiz güç kaynağıyla ilgili bilgilerin bilgisayar ekranında izlenmesine yarar.

UPS Çeşitleri Nelerdir?

UPS, yapısına göre iki farklı çeşiti vardır;
– Dinamik UPS
– Statik UPS

Dinamik UPS

Dinamik UPS’ler herhangi bir arıza durumunda yükü hareketli parçalarla besleyen UPS sistemleridir. Dinamik UPS’ler genelde yüksek güç uygulamalarında kullanılırlar ve bir alternatör grubu ile birlikte çalışırlar. Çıkış motoru içerir ve bu özelliği sayesinde çıkan sinüs çok daha iyi seviyededir.  Endüstriyel  tesislerde bu cihazlar kullanılmaktadır.
Uygulama Alanları; Elektrik enerjisinin kesintisinde ciddi iş ve zaman kayıpları yaşanabilecek kamuya açık ve endüstriyel otomasyon merkezlerinde dinamik UPS’ler kullanılmaktadır. Örneğin; hastaneler, stadyumlar, veri iletişim merkezleri, sanayi, havaalanları, metrolar vb. gibi büyük ve güçlü makinelerin olduğu merkezler, enerji üretim merkezleri vb. 

Statik UPS

Statik UPS, “statik” olarak adlandırılır çünkü güç yolu boyunca hareketli parçası yoktur. Statik UPS, acil durum kaynağı olarak yalnızca akü gücüne dayanan katı hal sistemidir. Statik bir UPS, bir doğrultucu, evirici ve bir enerji depolama cihazından, yani bir veya daha fazla aküden oluşur. Statik UPS’nin içindeki doğrultucu, gelen şebeke AC akımını DC’ye dönüştürür ve evirici, yükü beslemek için DC’yi temiz sinüs dalgası AC’ye dönüştürür. DC akımı, “enerji depolama” ortamı ile arayüz oluşturur. Modern statik UPS sistemleri, yaklaşık 220 VA ile 1 MVA üzeri arasında değişen değerlerle üretilir.  220 VA ile 1 MVA arasında değişen statik UPS’ler, dahili bileşenler paralelleştirilmeden yapılmıştır.
1 MVA’dan yüksek çıkışa sahip UPS, bazı paralel dahili bileşenlerle üretilmiştir ve bu da güvenilirliğin azalmasına neden olur.

UPS’ler temel olarak 3 farklı özelliğe sahiptir.
Bunlar;
1) Eviricinin sürekli devrede olduğu beklemesiz olarak çalışan On-Line UPS’ler,
2) Şebeke etkileşimli olarak çalışan Line Interactive UPS’lerdir,
3) Eviricinin sadece şebeke arızası durumunda yükü beslediği, beklemeli olarak çalışan Off Line UPS ‘ler,

1) On-Line UPS

On-line UPS, normal çalışmada doğrultucu ve invertör  aracılığıyla AC yüküne güç sağlayan ve elektrik kesintisi sırasında AC gücü sağlamak için bir invertör kullanan bir UPS türüdür. Bu nedenle, çıkış güç kaynağı her zaman AÇIK  kalır ve anahtarlamaya gerek yoktur. Dolayısıyla, kaynakları arasında geçişte zaman gecikmesi yoktur.
Normal çalışma sırasında, bir redresör kullanarak AC beslemesini AC şebekesinden DC’ye dönüştürür ve bir şarj kontrol devresi kullanarak pili şarj eder. Aynı zamanda, şarj edilmiş bataryadan gelen DC gücü, AC çıkışını beslemek için bir invertör kullanılarak AC’ye dönüştürülür.
Güç kesintisi durumunda, UPS, AC şebekesinden akım çekmeyi durdurur ve akünün şarj edilmesini durdurur. Ancak AC yükü, İnvertör aracılığıyla sürekli olarak aküden akım çekecektir.
Bu nedenle, on-line UPS, güç kaynağını değiştirirken sıfır zaman gecikmesine sahiptir. Normal çalışması sırasında bile AÇIK kaldığı için on-line (çevrimiçi) UPS olarak adlandırılır.

AC yükün çektiği akım sürekli olarak tüm devresinden geçtiği için sistemin sıcaklığı artar. Bu nedenle, daha büyük ısı alıcılarına ve yüksek sıcaklığa dayanabilen bileşenlere ihtiyaç duyar ve çok uzun süre akım akışını tolere edebilir. Böyle bir gereksinim nedeniyle, on-line UPS’lerin maliyeti artar.
Öte yandan,  kaynaklar arasında geçiş sırasında gecikme olmadığından yüksek kaliteli çıktı sunar. Çıkışı AC şebekesinden tamamen izole eder. Bu nedenle AC şebekesindeki bozulmalara veya dalgalanmalara karşı korumaya yardımcı olur.

On-line UPS’lerin kullanım alanlar;

On-line güç kaynakları veri merkezleri, küçük-orta ofisler, telekom, ulaşım sektörü, sağlık sektörü, endüstriyel uygulamalar gibi büyük çaplı makinelerde kullanılan kesintisiz güç kaynaklarıdır.

2) Off-Line UPS

Off-line  UPS, normal çalışmada AC şebekesinden AC yüküne doğrudan güç sağlayan ve AC yükünü DC bataryadan beslemek için bir invertör kullanan bir UPS türüdür. İki ayrı besleme hattı olduğundan, çıkış beslemesi iki kaynak arasında değiştirilmelidir.
Off-line bir UPS’nin anahtarlama hızı 2-5ms arasındadır ve bu da hassas ekipmanların sorunsuz çalışmasını sağlayacak kadar hızlı değildir.
Normal çalışma sırasında, AC şebekesinden gelen güç, statik bir transfer anahtarı aracılığıyla doğrudan çıkışa sağlanır. Aynı zamanda AC, bir şarj kontrol cihazı kullanarak pili şarj etmek için bir redresör kullanılarak DC’ye dönüştürülür. Ancak on-line UPS’in aksine, inverter, birincil besleme kesilene kadar aküden akım çekmez. Birincil besleme kesildiğinde, akü şarjı durdurur ve statik anahtar, çıkış hattını çok hızlı bir şekilde inverter tarafına aktarır. Aynı zamanda, invertör, daha sonra AC yüküne sağlanan aküden akım çekmeye başlar. Normal çalışma sırasında AC hattından akım çekerken kapalı kaldığı için off-line UPS olarak bilinir.

Off-line UPS çoğunlukla normal çalışmada kapalı kalır ve bu nedenle bileşenlerin sıcaklığı düşük kalır. Bu nedenle, daha küçük ısı emiciler gerektirir ve daha düşük toleranslı bileşenler kullanılabilir, bu da off-line  UPS’in toplam maliyetini düşürür. Normal çalışmasında kapalı kaldığı ve bataryayı sürekli kullanmadığı için sistemin verimi artar.
Ancak off-line UPS’in dezavantajı, doğrudan sağlanan AC’nin yükten tamamen izole edilmemesidir. Bu nedenle, yük ve kaynak arasında herhangi bir koruma yoktur ve AC şebekesindeki bozulma veya dalgalanmalara bağlı yüke zarar verebilir.

3) Line-Interactive UPS

Line-Interactive  UPS sistemleri, hem güç koşullandırma hem de pil yedeklemesi sağlar. Bu kaynaklar özellikle kesintilerin nadir olduğu ancak güç dalgalanmalarının yaygın olduğu alanlarda etkilidir.
Line-Interactive  UPS ile inverter, çıkışın bir parçasıdır ve her zaman açıktır. Inverter, AC girişi normalken pili şarj etmek için ters yönde çalışabilir ve kesinti  olduğunda, filtreleme ve voltaj regülasyonu sağlayan pil gücüne geçebilir.
AC giriş gücü kesildiğinde, ünitenin transfer anahtarı açılır ve güç aküden UPS çıkışına akar. Inverter her zaman açık ve çıkışa bağlıyken, hat etkileşimli UPS ek filtreleme sağlar ve yedek bir UPS ile karşılaştırıldığında daha düşük anahtarlama geçişleri sağlar.

Avantajları

–  Line-Interactive UPS’ler Off-Line UPS’lerden daha iyi bir çıkış gerilim regülasyonuna sahiptir.
– Şebeke gerilimi varsa inverter ünitesi yalnızca şebekenin 220 V AC’den düşük veya yüksek olan kısmını dengeleyecek kadar güç harcadığı için giriş kaybı çok düşük olacaktır. Bu özellik, line-Interactive UPS’lerin On-Line UPS’lere göre en önemli farkıdır.
– Şebeke konumunda çalışırken akülerini kullanmadığı için akülerin kullanım ömrünü arttırmaktadır.  UPS şebeke konumunda çalışırken aküler şarjda kalır.
– Şarj üniteleri daha küçük güçte imal edildiği için daha küçük boyutta olurlar.

Dezavantajları

– Şebeke izolasyonu yoktur. Şebeke konumunda çalışırken şebeke gerilimini ayarladığı için giriş çıkışa kısa devredir ve girişte oluşan gerilim düşme ve yükselmeleri kısa bir süre için çıkışa yansır.
– Regülasyon ünitelerinin gerilim değişimlerine cevap süreleri vardır. Bu cevap süreleri her ne kadar kısa olsa da şebekedeki yüksek frekanslı elektriksel gürültüleri ve ani gerilim değişimlerini dengelemeye yeterli olmaz.
– Şebekeden invertere geçen kısa bir kesinti oluşur. 
– Line-Interactive UPS’lerin şebeke konumundaki regülasyon sınırları belli cihazlarda yeterli olmamaktadır.
– Yüksek güçlerde üretilemezler. Yapıları gereği 2 kVA’dan daha yüksek güçlerde imal edildiklerinde röleli geçişlerinden ve dalga şekillerinden dolayı problem çıkarabilmektedirler.
– Şarj ünitesinin gücü düşük olduğu için şarj süresi uzundur. Sık sık elektrik kesintisi olan yerlerde verimli çalışamazlar.

Kullanım alanları;

– Ev ve işyerlerindeki kişisel bilgisayarlar.
– Düşük kapasiteli kartlı geçiş ve kapı kontrol sistemleri.
– Elektronik terazi, yazar kasalar ve pos cihazları.
– Acil aydınlatma üniteleri.
– Şebeke izolasyonu gerektirmeyen ve aşırı kritik olmayan düşük güçlü sistemlerin beslemelerinde kullanılabilir.

Kaynakça:

– https://download.schneider-electric.com
– http://www.emo.org.tr
– https://tr.wikipedia.org