Theory :- 45 - UPS - Introduction , Types And Applications

 

What is a UPS? Put simply, a UPS is a device that:

1. Provides backup power when utility power fails, either long enough for critical equipment to shut down gracefully so that no data is lost, or long enough to keep required loads operational until a generator comes online.

2. Conditions incoming power so that all-too-common sags and surges don’t damage sensitive electronic gear.

યુપીએસ શું છે? સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, યુપીએસ એ એક ઉપકરણ છે જે:

1. જ્યારે યુટિલિટી પાવર નિષ્ફળ જાય ત્યારે બેકઅપ પાવર પૂરો પાડે છે, કાં તો જટિલ સાધનોને આકર્ષક રીતે બંધ કરવા માટે પૂરતા લાંબા સમય સુધી જેથી કોઈ ડેટા ખોવાઈ ન જાય, અથવા જ્યાં સુધી જનરેટર ઓનલાઈન ન આવે ત્યાં સુધી જરૂરી લોડને કાર્યરત રાખવા માટે પૂરતો સમય હોય.

2. ઇનકમિંગ પાવરની સ્થિતિ જેથી સર્વસામાન્ય સૅગ્સ અને સર્જેસ સંવેદનશીલ ઇલેક્ટ્રોનિક ગિયરને નુકસાન ન કરે.

An Uninterruptible Power Supply (UPS) is defined as a piece of electrical equipment which can be used as an immediate power source to the connected load when there is any failure in the main input power source.

એક અનટ્રપ્ટીબલ પાવર સપ્લાય (UPS) એ વિદ્યુત સાધનોના એક ભાગ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જેનો ઉપયોગ મુખ્ય ઇનપુટ પાવર સ્ત્રોતમાં કોઈ નિષ્ફળતા હોય ત્યારે કનેક્ટેડ લોડ માટે તાત્કાલિક પાવર સ્ત્રોત તરીકે થઈ શકે છે.

In a UPS, the energy is generally stored in flywheels, batteries, or super capacitors. When compared to other immediate power supply system, UPS have the advantage of immediate protection against the input power interruptions. It has very short on-battery run time; however this time is enough to safely shut down the connected apparatus (computers, telecommunication equipment etc) or to switch on a standby power source. UPS can be used as a protective device for some hardware which can cause serious damage or loss with a sudden power disruption. Uninterruptible power source, Battery backup and Flywheel back up are the other names often used for UPS. The available size of UPS units ranges from 200 VA which is used for a solo computer to several large units up to 46 MVA.

UPS માં, ઊર્જા સામાન્ય રીતે ફ્લાય વ્હીલ્સ, બેટરી અથવા સુપર કેપેસિટરમાં સંગ્રહિત થાય છે. જ્યારે અન્ય તાત્કાલિક પાવર સપ્લાય સિસ્ટમની સરખામણીમાં, UPS પાસે ઇનપુટ પાવર વિક્ષેપો સામે તાત્કાલિક રક્ષણનો ફાયદો છે. તે ખૂબ જ ટૂંકા ઓન-બેટરી રન ટાઈમ ધરાવે છે; જો કે આ સમય કનેક્ટેડ ઉપકરણ (કમ્પ્યુટર, ટેલિકોમ્યુનિકેશન સાધનો વગેરે) ને સુરક્ષિત રીતે બંધ કરવા અથવા સ્ટેન્ડબાય પાવર સ્ત્રોતને ચાલુ કરવા માટે પૂરતો છે. UPS નો ઉપયોગ કેટલાક હાર્ડવેર માટે રક્ષણાત્મક ઉપકરણ તરીકે થઈ શકે છે જે અચાનક પાવર વિક્ષેપ સાથે ગંભીર નુકસાન અથવા નુકસાનનું કારણ બની શકે છે. યુપીએસ માટે અવારનવાર ઉપયોગમાં લેવાતા અન્ય નામો છે જે અનઇન્ટ્રપ્ટીબલ પાવર સોર્સ, બેટરી બેકઅપ અને ફ્લાયવ્હીલ બેકઅપ છે. UPS એકમોનું ઉપલબ્ધ કદ 200 VA થી લઈને 46 MVA સુધીના ઘણા મોટા એકમો માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

Major Roles of UPS

When there is any failure in main power source, the UPS will supply the power for a short time. This is the prime role of UPS. In addition to that, it can also able to correct some general power problems related to utility services in varying degrees. The problems that can be corrected are voltage spike (sustained over voltage), Noise, Quick reduction in input voltage, Harmonic distortion and the instability of frequency in mains.

યુપીએસની મુખ્ય ભૂમિકાઓ

જ્યારે મુખ્ય પાવર સ્ત્રોતમાં કોઈ નિષ્ફળતા હોય, ત્યારે UPS ટૂંકા સમય માટે પાવર સપ્લાય કરશે. આ યુપીએસની મુખ્ય ભૂમિકા છે. તે ઉપરાંત, તે વિવિધ ડિગ્રીઓમાં ઉપયોગિતા સેવાઓ સંબંધિત કેટલીક સામાન્ય પાવર સમસ્યાઓને સુધારવામાં પણ સક્ષમ છે. જે સમસ્યાઓને સુધારી શકાય છે તેમાં વોલ્ટેજ સ્પાઇક (ઓવર વોલ્ટેજ ટકાઉ), અવાજ, ઇનપુટ વોલ્ટેજમાં ઝડપી ઘટાડો, હાર્મોનિક વિકૃતિ અને મેઇન્સમાં ફ્રીક્વન્સીની અસ્થિરતા છે.

Types of UPS

Generally, the UPS system is categorised into On-line UPS, Off- line UPS and Line interactive UPS. Other designs include Standby on-line hybrid, Standby[1]Ferro, Delta conversion On-Line.

યુપીએસના પ્રકાર

સામાન્ય રીતે, UPS સિસ્ટમને ઑન-લાઇન UPS, ઑફ-લાઇન UPS અને લાઇન ઇન્ટરેક્ટિવ UPSમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. અન્ય ડિઝાઇનમાં સ્ટેન્ડબાય ઓન-લાઇન હાઇબ્રિડ, સ્ટેન્ડબાય [1] ફેરો, ડેલ્ટા કન્વર્ઝન ઓન-લાઇનનો સમાવેશ થાય છે.

Off-line UPS

This UPS is also called as Standby UPS system which can give only the most basic features. Here, the primary source is the filtered AC mains (shown in solid path in figure 1). When the power breakage occurs, the transfer switch will select the backup source (shown in dashed path in figure 1). Thus we can clearly see that the stand by system will start working only when there is any failure in mains. In this system, the AC voltage is first rectified and stored in the storage battery connected to the rectifier.

When power breakage occurs, this DC voltage is converted to AC voltage by means of a power inverter, and is transferred to the load connected to it. This is the least expensive UPS system and it provides surge protection in addition to back up. The transfer time can be about 25 milliseconds which can be related to the time taken by the UPS system to detect the utility voltage that is lost. The block diagram is shown below.

ઑફ-લાઇન યુપીએસ

આ યુપીએસને સ્ટેન્ડબાય યુપીએસ સિસ્ટમ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે જે ફક્ત સૌથી મૂળભૂત સુવિધાઓ આપી શકે છે. અહીં, પ્રાથમિક સ્ત્રોત ફિલ્ટર કરેલ AC મેઇન્સ છે (આકૃતિ 1 માં ઘન પાથમાં દર્શાવેલ છે). જ્યારે પાવર બ્રેકેજ થાય છે, ત્યારે ટ્રાન્સફર સ્વીચ બેકઅપ સ્ત્રોતને પસંદ કરશે (આકૃતિ 1 માં ડેશેડ પાથમાં બતાવેલ છે). આમ આપણે સ્પષ્ટપણે જોઈ શકીએ છીએ કે સ્ટેન્ડ બાય સિસ્ટમ ત્યારે જ કામ કરવાનું શરૂ કરશે જ્યારે મેઈન્સમાં કોઈ નિષ્ફળતા હશે. આ સિસ્ટમમાં, એસી વોલ્ટેજને પહેલા સુધારીને રેક્ટિફાયર સાથે જોડાયેલ સ્ટોરેજ બેટરીમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે.

જ્યારે પાવર બ્રેકેજ થાય છે, ત્યારે આ DC વોલ્ટેજ પાવર ઇન્વર્ટર દ્વારા AC વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને તેની સાથે જોડાયેલા લોડમાં ટ્રાન્સફર થાય છે. આ સૌથી ઓછી ખર્ચાળ યુપીએસ સિસ્ટમ છે અને તે બેકઅપ ઉપરાંત વધારાની સુરક્ષા પૂરી પાડે છે. ટ્રાન્સફરનો સમય લગભગ 25 મિલિસેકન્ડનો હોઈ શકે છે જે યુપીએસ સિસ્ટમ દ્વારા ખોવાયેલા યુટિલિટી વોલ્ટેજને શોધવા માટે લેવામાં આવેલા સમય સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે. બ્લોક ડાયાગ્રામ નીચે દર્શાવેલ છે.

On-line UPS

In this type of UPS, double conversion method is used. Here, first the AC input is converted into DC by rectifying process for storing it in the rechargeable battery. This DC is converted into AC by the process of inversion and given to the load or equipment which it is connected (figure 2). This type of UPS is used where electrical isolation is mandatory. This system is a bit more costly due to the design of constantly running converters and cooling systems. Here, the rectifier which is powered with the normal AC current is directly driving the inverter. Hence it is also known as Double conversion UPS. The block diagram is shown below.

When there is any power failure, the rectifier have no role in the circuit and the steady power stored in the batteries which is connected to the inverter is given to the load by means of transfer switch. Once the power is restored, the rectifier begins to charge the batteries. To prevent the batteries from overheating due to the high power rectifier, the charging current is limited. During a main power breakdown, this UPS system operates with zero transfer time. The reason is that the backup source acts as a primary source and not the main AC input. But the presence of inrush current and large load step current can result in a transfer time of about 4-6 milliseconds in this system.

ઓનલાઈન યુપીએસ

આ પ્રકારના યુપીએસમાં, ડબલ કન્વર્ઝન પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. અહીં, પહેલા એસી ઇનપુટને રિચાર્જેબલ બેટરીમાં સ્ટોર કરવા માટેની પ્રક્રિયા સુધારીને ડીસીમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ ડીસીને વ્યુત્ક્રમની પ્રક્રિયા દ્વારા ACમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે અને તે જે લોડ અથવા સાધનો સાથે જોડાયેલ છે તેને આપવામાં આવે છે (આકૃતિ 2). આ પ્રકારના યુપીએસનો ઉપયોગ થાય છે જ્યાં વિદ્યુત અલગતા ફરજિયાત છે. સતત ચાલતા કન્વર્ટર અને કૂલિંગ સિસ્ટમની ડિઝાઇનને કારણે આ સિસ્ટમ થોડી વધુ ખર્ચાળ છે. અહીં, રેક્ટિફાયર જે સામાન્ય AC કરંટથી સંચાલિત છે તે સીધા ઇન્વર્ટરને ચલાવે છે. તેથી તેને ડબલ કન્વર્ઝન યુપીએસ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. બ્લોક ડાયાગ્રામ નીચે દર્શાવેલ છે.

જ્યારે પાવર નિષ્ફળતા હોય, ત્યારે સર્કિટમાં રેક્ટિફાયરની કોઈ ભૂમિકા હોતી નથી અને બેટરીમાં સંગ્રહિત સ્થિર શક્તિ જે ઇન્વર્ટર સાથે જોડાયેલ હોય છે તે ટ્રાન્સફર સ્વીચ દ્વારા લોડને આપવામાં આવે છે. એકવાર પાવર પુનઃસ્થાપિત થઈ જાય, રેક્ટિફાયર બેટરીને ચાર્જ કરવાનું શરૂ કરે છે. ઉચ્ચ પાવર રેક્ટિફાયરને કારણે બેટરીને વધુ ગરમ થવાથી રોકવા માટે, ચાર્જિંગ વર્તમાન મર્યાદિત છે. મુખ્ય પાવર બ્રેકડાઉન દરમિયાન, આ UPS સિસ્ટમ શૂન્ય ટ્રાન્સફર ટાઈમ સાથે કામ કરે છે. કારણ એ છે કે બેકઅપ સ્ત્રોત પ્રાથમિક સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરે છે અને મુખ્ય AC ઇનપુટ તરીકે નહીં. પરંતુ ઇનરશ કરંટ અને મોટા લોડ સ્ટેપ કરંટની હાજરી આ સિસ્ટમમાં લગભગ 4-6 મિલિસેકન્ડના ટ્રાન્સફર ટાઈમમાં પરિણમી શકે છે.

Line Interactive UPS

For small business and departmental servers and webs, line interactive UPS is used. This is more or less same as that of off-line UPS. The difference is the addition of tap changing transformer. Voltage regulation is done by this tap[1]changing transformer by changing the tap depending on input voltage. Additional filtering is provided in this UPS result in lower transient loss. The block diagram is shown below.

લાઇન ઇન્ટરેક્ટિવ યુપીએસ

નાના વ્યવસાય અને વિભાગીય સર્વર અને વેબ માટે, લાઇન ઇન્ટરેક્ટિવ UPS નો ઉપયોગ થાય છે. આ ઑફ-લાઇન UPS ની જેમ જ છે. તફાવત એ છે કે ટેપ બદલતા ટ્રાન્સફોર્મરનો ઉમેરો. આ નળ દ્વારા વોલ્ટેજ નિયમન કરવામાં આવે છે [1] ઇનપુટ વોલ્ટેજના આધારે નળને બદલીને ટ્રાન્સફોર્મર બદલીને. આ યુપીએસમાં વધારાનું ફિલ્ટરિંગ આપવામાં આવે છે જેનાથી ક્ષણિક નુકશાન ઓછું થાય છે. બ્લોક ડાયાગ્રામ નીચે દર્શાવેલ છે.

UPS Applications

Applications of a UPS include:  

• Data Centers
• Industries
• Telecommunications
• Hospitals
• Banks and insurance
• Some special projects (events)