میزان کارایی UPS با تقسیم توان بار IT به کل توان ورودی مرکز داده تعیین می شود. میزان کارایی به صورت درصد بیان می شود.
به عنوان مثال ، اگر توان مصرفی بار تجهیزات IT به مقدار 300 کیلووات (300KW) و مقدار کل ورودی یو پی اس 320 کیلووات (320KW )باشد ، سیستم UPS معادل93٪ راندمان (Efficiency) در نظر گرفته می شود.
مثال تصویر ذیل ، اندازه گیری های کارایی UPS بر روی نمودار رسم شده و یک خط روند در منحنی در نقاط مختلف از نظر مقدار Load بر روی ups را نشان میدهد , در اینجا شکل منحنی کارایی UPS را مشاهده می کنیم.
بالاترین نقطه منحنی با بیشترین بازده در محور Y و بالاترین سطح بار در محور X قرار دارد. در این منحنی ، حداکثر کارایی UPS مقدار راندمان 93٪ است. به منظور مشخص کردن یو پی اس در سطح بار واقع بینانه ، مشتری باید کارایی یو پی اس را در یک سطح بار مشترک مانند 30٪ که در این منحنی 89٪ کارآمد است پیدا کند یا آزمایش کند. در مواردی که یک مرکز داده از UPS های اضافی مانند 2N استفاده می کند ، به دلیل تقسیم بار در هر دو UPS ، بازده UPS ها حتی بیشتر کاهش می یابد. این مقدار بار ،راندمان ups را به 82٪ کاهش می دهد.
در مشخصات اعلامی UPS اگر فقط یک عدد بعنوان راندمان UPS یا بار نامی وجود داشته باشد تقریباً به طور قطع این عدد در مقدار بار 100٪ یا Full Load ذکر شده است. تولیدکنندگان یو پی اس بهره وری یو پی اس را با بار 100٪ نقل می کنند زیرا در این مقدار بار، نشان دهنده بهترین بازدهی UPS است که یو پی اس میتواند بدست آورد. در حالیکه متأسفانه، تعداد بسیار کمی از مشتریان از مزایای این کارایی بهره مند می شوند ، زیرا هرگز UPS به 100٪ بار نمی رسد. خرید یو پی اس بر اساس کارایی اعلام شده در پلاک مشخصات آن مانند خرید اتومبیلی است که ملاک خرید و شاخصه آن در حداکثر بازده سوخت در بزرگراه بوده ولی از آن برای رانندگی در شهر استفاده کنید.
اتلاف برق در سیستم یو پی اس
اتلاف برق UPS زمانی اتفاق می افتد که برق موجود در UPS به طور کامل به بارهای مرکز داده تحویل داده نشود.
در تصویر بالا مقدار متعییر راندمان یو پی اس با اشتباه در انتخاب توان ورودی UPS را نشان می دهد به این نحو که که مصرف برق به بارهای IT که توسط میله های سبز ، و تلفات داخلی UPS را با میله های قرمز نشان داده شده است. در بار 0٪ ، تمام توان ورودی توسط UPS استفاده می شود و بنابراین از دست دادن “بدون بار” The no-load portion نامیده می شود. این نوع اتلاف مستقل از بار است و به منبع تغذیه ups و مواردی مانند ترانسفورماتور ، خازن ، مدار منطقی و کارت ارتباطی داخل UPS مربوط می شود. قسمت بدون بار از دست دادن از صفر تا بار کامل ثابت می ماند.با اضافه شدن بار بیشتر به یو پی اس ، تلفات متناسب ایجاد می شود. این به دلیل مقدار بیشتری از توان است که باید توسط اجزای مختلف در مسیر برق UPS “پردازش” شود. تلفات سوئیچینگ از ترانزیستورها و مقاومت در برابر خازن ها و سلف ها ، همگی به تلفات متناسب کمک می کنند.تلفات قانون مربع زمانی اتفاق می افتد که جریان الکتریکی که از اجزای UPS عبور می کند افزایش یابد. تلفات توان تلف شده به شکل گرما متناسب با مربع جریان است. تلفات قانون مربع Square-law losses در بارهای بالاتر UPS قابل توجه میباشد.ماهیت مقایسه کارایی دو یا چند یو پی اس به این معنی است که فقط تلفات آنها ارزیابی می شود. منحنی کارایی به تنهایی می تواند شاخصه مهمی در یو پی اس باشد از جمله: متناسب سازی تلفات ups ،وضعیت بدون بار و مربع در همچنین در حالت تمام سطوح بار.
بهبود کارایی و افزایش راندمان در یو پی اس های بزرگ
یک تولید کننده UPS می تواند کارایی را در زمینه تلفات قانون بدون بار و راندمان متناسب بهبود بخشد. برای این کار ، تولیدکنندگان سه فاکتور اصلی را لحاظ میکنند :
1-فناوری Technology
2-توپولوژی Topology
3- ماژولار بودن Modularity
با درک چگونگی تأثیر این عوامل بر کارایی و راندمان ups ، مهندسان مشخص می توانند سیستم های UPS را با هزینه های عملیاتی کمتر شناسایی کنند.
فناوری Technology یو پی اس های توان بالا.
در سیستم های UPS بزرگ و توان بالا با تبدیل بین جریان متناوب ، (AC) و جریان مستقیم ، (DC) کار می کنند. بخشی از این فرایند تبدیل نیرو ، سوئیچینگ سریع خاموش است که به دلیل مقاومت الکتریکی ذاتی ، منجر به اتلاف برق به شکل گرما می شود. حتی وقتی سوئیچ باز است ، به دلیل نشت جریان ، همیشه مقدار کمی از اتلاف انرژی بشکل از دست دادن گرما وجود دارد.تا اواسط دهه 1990 ، فرآیند سوئیچینگ توسط یکسو کننده های کنترل شده با سیلیکون یا SCR انجام می شد. این یکسوسازها از قابلیت سوئیچینگ پرقدرت / ولتاژ بالا برخوردار بودند و نسبتاً ارزان قیمت بودند. یک نقطه ضعف در SCR این بود که آنها در زمان کوتاهی خراب می شوند ، که باعث اتصال کوتاه در مهمترین نقطه UPS – در مسیر گذرگاه DC می شود. برای جبران کردن ، مدارها و دستگاه های محافظتی باید اضافه شوند تا از گذرگاه DC در برابر این حالت خرابی محافظت شود که به نوبه خود، منجر به اضافه شدن اجزای بیشتری می شود که ممکن است ریسک خرابی را افزایش دهد و همچنین ،مشکل دیگر روشن شدن این SCR ها با یک سیگنال 1-2 ولتی به دروازه آسان بود ، اما خاموش کردن آنها دشوار بود ، و به یک سنسور ولتاژ بایاس معکوس نیاز داشت.
ترانزیستورها اما این مشکل را ندارند – برای روشن و خاموش شدن آنها به انرژی کمتری نیاز دارند. اساساً وقتی سیگنال گیت وجود دارد “روشن” هستند و در صورت نبودن “خاموش” هستند. ترانزیستورهای دو قطبی گیت جدا شده یا IGBT ، جایگزین SCR ها به عنوان مکانیزم استاندارد سوئیچینگ شده اند. IGBT قادر به سرعت بالاتر و کنترل قدرت بالاتر است که اجازه می دهد فرایند تبدیل نیرو در “حالت مدولاسیون پهنای پهنای فرکانس بالا” (PWM) کار کند. این قطعات اجزای فیلتر مورد نیاز را کاهش می دهد و منجر به بهبود کارایی در جدیدترین نسل محصولات UPS می شود کنترل های DSP بسیار هوشمندتر هستند ، می توانند با سرعت بسیار بیشتری کار کنند و بنابراین به بهبود کارایی کمک می کنند. کنترل های DSP نیز در مقایسه با مدارهای آنالوگ دارای اجزای کمتری هستند.کنترل های پیشرفته تر DSP می توانند از طریق سوئیچینگ تطبیقی هوشمند ، کارایی را بهبود بخشند ، جایی که کلیدهای اصلی فرکانس بالا می توانند دقت ولتاژ خروجی را با انتقال سوئیچ کمتر حفظ کنند. کنترل های DSP نسبت به کنترلر های تولید قبلی به انرژی بسیار کمتری نیاز دارند و می توانند هنگام پشتیبانی از بارهای سبک تر ، با کاهش میزان انتقال سوئیچ تنظیم شوند.
توپولوژی Topology در ups های توان بالا.
توپولوژی های UPS نحوه اتصال داخلی اجزای قدرت UPS را تعریف می کنند. تولیدکنندگان می توانند از توپولوژی به عنوان ابزاری برای کاهش تلفات برای یک برنامه خاص یا دامنه اندازه استفاده کنند.
در سیستم های بزرگ UPS از دو توپولوژی اصلی استفاده می شود:
1-Double Conversion On-Line
2- Delta Conversion On-Line
در مورد سیستم های UPS آنلاین دلتا Delta Conversion ، کارایی عمدتا با کاهش تلفات در حالت بدون بار و همچنین با کاهش تلفات قانون مربع مطرح میشود. در ups های تبدیل دلتا آنلاین از ترانسفورماتور ورودی استفاده می کند و ولتاژ خروجی UPS می تواند بدون نیاز به تبدیل تمام برق ورودی ups به DC و دوباره تبدیل آن به AC که در مدل Double conversion Online انجام می شود، کاملاً تنظیم و کنترل شود.یک روش ساده برای درک بهره وری انرژی در توپولوژی تبدیل دلتا ، در نظر گرفتن انرژی مورد نیاز برای عبور از یک دره است. فناوری Delta Conversion با استفاده از یک پل فقط با حمل بار تفاوت (دلتا) بین نقطه شروع و عبور از میابر پل و رسیدن به نقطه پایان باعث صرفه جویی در انرژی می شود. یو پی اس دو مبدل On-Line برق را به ولتاژ DC تبدیل کرده و دوباره به ولتاژ AC برمی گرداند که مانند عبور از پایین دره و صعود مجدد برای رسیدن به طرف دیگر است.
یو پی اس های Double Conversion On-Line جریان هارمونیک ورودی بالایی را تولید می کنند که باعث گرم شدن مضاعف سیم کشی بالادست و ترانسفورماتورها است. به منظور به حداقل رساندن این جریان ، فیلترهای ورودی به طرح های تبدیل مضاعف اضافه می شوند ، اثر تأسف آور افزودن فیلترها این است که آنها با تنظیم ولتاژ ژنراتور موتور تداخل پیدا می کنند در حالیکه این فیلترهای ورودی در ups های تبدیل دلتا Delta Conversion مورد نیاز نیستند.
ماژولار بودن Modularity
همانطور که در منحنی کارایی ups های توان بالا و مقیاس بزرگ نشان داده شده است ، هرچه یو پی اس به ظرفیت بار کامل خود نزدیک شود ، کارآیی آن بیشتر خواهد بود. ماژولار بودن ups به کاربران امکان تهیه و استفاده دقیق توان مورد مصرف سیستم UPS را تا حد امکان نزدیک مقدار مصرف و یا نسبت به بار ،فراهم می آورد. به عبارت دیگر ، این امکان را به یو پی اس می دهد تا حد امکان درست روی منحنی بهره وری کامل کار کند.
این امر با استفاده از مولفه های قدرت مدولار به همان روشی که در بخشهای فناوری سرورهای تیغه Blade Server را خریداری می کنند و سپس به مرور سرورهای Blade مورد نیاز را در شاسی نصب می کنند ، بدست می آید تا به میزان پردازش مورد نیاز برنامه برسد. هرچه سرور های Blade بیشتری به فریم وارد می شوند ، به یک دستگاه محاسباتی قدرتمندتر تبدیل می شود.حال ، یک سیستم UPS را تصور کنید که از پاور ماژول Power Module به همان شیوه استفاده می کند. به عنوان مثال ، فرض کنید یک شاسی UPS توانایی ارتقا تا تولید 1 مگاوات نیرو را داشته باشد و با افزایش بار بر روی سیستم UPS ،پاور ماژول ها را می توان به سیستم اضافه کرد تا متناسب با ظرفیت خروجی مورد نظر ups باشد.در این شرایط UPS می تواند از 200 کیلو وات تا 1 مگاوات را در شرایط افزایش بار و مصرف ارتقا توان پیدا کند در نتیجه فایده این معماری این است که از هزینه زیاد در سرمایه اولیه اجتناب می شود و راندمان دستگاه یو پی اس افزایش یافته و فقط اجزایی که بلافاصله مورد نیاز هستند خریداری می شوند – و UPS در سطح بار بیشتری کار می کند زیرا راندمان بالای UPS با سطح بار واقعی مطابقت بیشتری دارد ، که نتیجه آن در راندمان بالاتر و کاهش هزینه میباشد.