เครื่องสำรองไฟฟ้า ( UPS )
( Un-interruptible
Power Supply )
UPS คืออะไร
“ UPS ” เป็นอุปกรณ์ชนิดแหล่งจ่ายกำลังงานไฟฟ้าประเภทหนึ่ง
ที่ช่วยให้อุปกรณ์สามารถมีกำลังงานไฟฟ้าใช้ และ ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งได้มีการออกแบบใช้งานมาเป็นเวลานานแล้ว
แต่ในสมัยก่อนเราใช้งาน UPSเป็นอุปกรณ์เสริมพิเศษเพื่อแก้ไขคุณภาพกำลังไฟฟ้า (
Power Quality ) โดยมักจะมีการใช้เฉพาะงานที่จำเป็น เช่น
ในระบบเครื่องมินิคอมพิวเตอร์ ในเครื่องมือแพทย์
ในเครื่องมือวัดเก็บค่าที่ใช้เวลานาน เป็นต้น
และยังไม่เป็นที่รู้จักแพร่หลายมากนักเนื่องจากราคาสูง แต่ในปัจจุบันซึ่งนับได้ว่าเป็นยุคไอที
ได้มีการใช้งานเครื่องคอมพิวเตอร์จำนวนมากในระบบบริษัท และ
เครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลตามบ้านกันมากขึ้น
อีกทั้งปัจจัยทางด้านราคาที่ค่อนข้างต่ำของ UPS ในปัจจุบัน
ยิ่งส่งเสริมให้ความต้องการใช้งาน UPS มีเพิ่มมากขึ้น
ดังนั้นเมื่อพูดถึงคำว่า UPS เรากล่าวได้ว่าแทบจะไม่มีใครที่ไม่รู้จัก แต่สำหรับโครงสร้างและการทำงานของ UPSยังไม่เป็นที่รู้กันมากนัก
สำหรับ UPS ที่มีขายในตลาดที่แท้จริงแล้วมี 2
ระบบใหญ่ๆแบ่งตามลักษณะของแหล่งกำลังงานคือ 1. โรตารี่ UPS (
Rotary Uninterruptable Power Supply ) ซึ่งใช้พลังงานจากแหล่งน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า
และ 2. สเตติก UPS ( Static Uninterruptable Power Supply
) ซึ่งมีแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้า
สำหรับรายงานนี้เราจะพิจารณาถึง
สเตติก UPS เท่านั้น เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ใกล้ตัวและมีการใช้งานกันอยู่
ซึ่งมีหลายขนาด หลายยี่ห้อ อีกทั้งผลิตภายในประเทศ และนำเข้าจากต่างประเทศ
ทำให้มีราคาแตกต่างกันไป ตลอดจนมีการออกสินค้าใหม่ที่มีเทคนิคใหม่ๆออกสู่ตลาดเพิ่มขึ้นทุกวันทำให้ผู้ซื้อมีทางเลือกมากขึ้น
ในขณะเดียวกันก็สร้างความยุ่งยากในการตัดสินใจเลือกซื้ออยู่ไม่น้อย เนื่องจาก UPS ต่างยี่ห้อกันต่างก็ระบุคุณสมบัติ (
Specification )พื้นฐานที่ใกล้เคียงกันทั้ง อัตราวีเอ ( VA
) ระยะเวลาในการสำรองไฟฟ้า ( Back up Time
) และราคา เพราะเป็นคุณสมบัติที่ผู้ซื้อเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นในการเลือกใช้งานควรพิจารณาอย่างไร
จึงจะถูกต้องตรงตามวัตถุประสงค์ของผู้ใช้ เนื่องจาก สเตติกUPS นั้นโดยแท้จริงแล้วสามารถแบ่งออกได้อีกหลายประเภท ตามลักษณะของรูปคลื่น
และ โครงสร้างการทำงาน ซึ่งจะเหมาะสมกับการใช้งานกับอุปกรณ์ หรือ
ในสภาวะไฟฟ้าที่แตกต่างกันไป
เนื่องจากคุณสมบัติพื้นฐานของ UPS แต่ละรุ่นที่ผู้ผลิตแต่ละรายได้กำหนดออกมานั้นจะมุ่งเน้นที่อัตรา
วีเอ และ ระยะเวลาในการสำรองไฟ เป็นหลัก ทำให้การเลือกซื้อ UPS เพื่อใช้งานนั้น ผู้ซื้อส่วนใหญ่จึงมักจะเข้าใจว่าควรพิจารณาจากค่า อัตราวีเอ ระยะเวลาในการสำรองไฟ และราคาที่เหมาะสมก็เพียงพอ แต่ในความเป็นจริงแล้วเมื่อนำไปใช้งาน
ผู้ใช้บางท่านอาจจะพบว่า UPS ไม่สามารถทำงานได้ตรงกับความต้องการ
เช่น จ่ายกำลังงานไฟฟ้าได้ไม่เพียงพอ ไม่สามารถป้องกันสภาวะไฟกระชากได้ เป็นต้น ดังนั้นเราควรรู้จัก ชนิด โครงสร้าง และวิธีการทำงาน พอสังเขป เพื่อให้สามารถใช้เป็นความรู้ประกอบการตัดสินใจที่ถูกต้องมากขึ้น ซึ่งในรายงานนี้จะจำแนกชนิด และการทำงานของ UPS แต่ละแบบเพื่อพิจารณาความเหมาะสมในการเลือกใช้งานกับ เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องเสียง ระบบไฟฟ้าส่องสว่าง ฯลฯ
ก่อนอื่นเราจะทำความเข้าใจกับ เรื่องคุณภาพกำลังไฟฟ้า ( Power
Quality )และปัญหาที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้า ก่อนเป็นอันดับแรก
จากนั้นเราจะทำความเข้าใจเกี่ยวกับ นิยาม หรือคำจำกัดความ
บางส่วนที่มีอยู่ในระบบการสำรองไฟฟ้าทั่วๆไปคือ เครื่องสำรองไฟฟ้า ( UPS
) อินเวอร์เตอร์ ( Inverter ) อัตราวีเอ ( VA ) และ วัตต์ (
Watt ) ออน-ไลน์ ( On-Line ) ออฟ-ไลน์ ( Off-Line ) โหลด (
Load ) ระยะเวลาในการสำรองไฟ ( Back up Time
) เพื่อพิจารณาระบบ และการเลือกใช้ UPS ในการแก้ปัญหาคุณภาพกำลังไฟฟ้าต่อไป
คุณภาพกำลังไฟฟ้า ( Power Quality )
คุณภาพกำลังไฟฟ้า เป็นเรื่องของความแน่นอนในการจ่ายกำลังงานไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายหลัก ( การไฟฟ้า
) นิยามของคุณภาพไฟฟ้าตามมาตรฐาน IEC และ IEEE จะมีความหมายถึง ลักษณะของกระแสและแรงดัน และความถี่
ของแหล่งจ่ายไฟในสภาวะปกติที่ไม่ทำให้อุปกรณ์ หรือ เครื่องใช้ไฟฟ้า
มีการทำงานที่ผิดพลาด หรือ เสียหาย ในปัจจุบันเรื่องของคุณภาพกำลังไฟฟ้าเป็นที่สนใจและนำมาพิจารณากันมาก
เนื่องจากสาเหตุใหญ่ๆ คือ กระบวนการผลิตของภาคอุตสาหกรรมมีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีเทคโนโลยีสูงซึ่งมีความไวในการตอบสนองต่อคุณภาพกำลังไฟฟ้ามากกว่าในอดีต
โดยเฉพาะอุปกรณ์ประเภทอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ,การเพิ่มขึ้นของอุปกรณ์ไฟฟ้าในการปรับ/เพิ่มประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า
เช่น การต่อชุดตัวเก็บประจุ ( Capacitor Bank ) ซึ่งจะทำให้เกิดฮาร์มอนิกที่สูงมากขึ้นในระบบกำลัง , ระบบไฟฟ้าในปัจจุบันมีการต่อเชื่อมโยงถึงกัน
ถ้าส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบมีปัญหาหรือจ่ายฮาร์มอนิกเข้าสู่ระบบ จะทำให้อุปกรณ์
หรือระบบข้างเคียงได้รับผลกระทบด้วย , ตัวผู้ใช้ทราบถึงเรื่องของคุณภาพไฟฟ้ากันมากขึ้น
เพราะมีผลกระทบต่อการทำงานที่เป็นอยู่ เป็นต้น สำหรับปัญหาที่เกิดขึ้นกับระบบไฟฟ้าที่ทำให้คุณภาพกำลังงานไฟฟ้าเสียไปนั้นเราอาจจะแบ่งแยกสาเหตุออกได้หลายรูปแบบเช่น ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า ความผิดพลาดในระบบส่งกำลังของแหล่งจ่ายไฟฟ้าหลัก การทำงานของอุปกรณ์ ประเภทสวิตชิ่ง (
Switching ) การทำงานของอุปกรณ์ประเภทไม่เป็นเชิงเส้น การต่อกราวด์ ( Grounding ) ในระบบไม่ถูกต้อง เป็นต้น เมื่อเกิดปัญหาเกี่ยวกับคุณภาพของกำลังงานไฟฟ้าขึ้นย่อมจะทำให้ลักษณะของรูปคลื่น
แรงดัน กระแส ตลอดจนความถี่ของระบบไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป
ซึ่งปัญหาต่างๆที่เกิดขึ้นเราเรียกรวมว่าเป็น “ มลภาวะทางไฟฟ้า (
Electrical Pollution ) ” ดังนั้นเราสามารถนิยาม และพิจารณาถึงมลภาวะทางไฟฟ้าได้ดังนี้
มลภาวะทางไฟฟ้า (
Electrical Pollution ) คือปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้า
แล้วทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้า หรือ โหลด ไม่สามารถทำงานได้อย่างปกติ หรือ
อาจเกิดปัญหาให้โหลดเสียหายได้ โดย เราสามารถแบ่งมลภาวะทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในระบบสายส่งกำลังแบบ
220 โวลต์อาร์เอ็มเอส ( VRMS ) ความถี่ 50 เฮิรตซ์ (
Hertz ) ออกตามลักษณะได้ 10 ประเภทคือ
1. ไฟเกิน ( Over Voltage ) เป็นสภาวะที่แรงดันไฟฟ้ามีค่าสูงเพิ่มขึ้นเป็นระยะเวลานาน
โดยอาจจะมีสาเหตุต่างๆกัน เช่น เกิดจากตำแหน่งใช้งานที่ใกล้แหล่งจ่ายไฟฟ้า เกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เกิดจากการปลดโหลดขนาดใหญ่ออกจากระบบ การสวิตชิ่งตัวเก็บประจุเข้าระบบ หรือ การปรับ แทป ( Tab
) ของหม้อแปลงไม่เหมาะสม เป็นต้น โดย “ ลักษณะของแรงดันไฟเกินจะวัดได้จากการที่ค่าอาร์เอ็มเอส ( RMS
) ของแรงดันในสายกำลังมีค่าเกินกว่า 242 - 264 VRMS ในช่วงเวลานานกว่า 1 นาที ” ซึ่งจะมีผลกระทบต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต่อใช้งานอยู่ให้มีคุณภาพเสื่อมลง
และ มีอายุใช้งานสั้นลง
2. ไฟตก ( Under Voltage
) เป็นสภาวะที่แรงดันไฟฟ้ามีค่าลดต่ำลงเป็นระยะเวลานาน
โดยอาจจะเกิดได้จากหลายสภาวะ เช่น การใช้กำลังงานไฟฟ้าจากแหล่งกำลังงานสูง ตำแหน่งใช้งานอยู่ไกลจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า เกิดจากการต่อโหลดขนาดใหญ่เข้าสู่ระบบ
การสวิตชิ่งตัวเก็บประจุออกจากระบบ เป็นต้น โดย “ ลักษณะแรงดันไฟตกจะวัดได้จากการที่ค่าอาร์เอ็มเอส (
RMS ) ของแรงดันในสายกำลังมีค่าต่ำกว่า 176 - 198 VRMS ในช่วงเวลานานกว่า 1 นาที ” ซึ่งส่งผลให้เครื่องใช้ไฟฟ้าไม่สามารถทำงานได้ดี
หรือ อาจจะดึงกระแสสูงขึ้น ( Overload ) ทำให้เกิดความเสียหาย
หรือ อายุใช้งานสั้นลง
3. ไฟดับ ( Blackout หรือ Sustained Interruptions ) เป็นสภาวะที่แหล่งจ่ายกำลังงานทางไฟฟ้าหยุดจ่ายกำลังงานทำให้ไม่มีแรงดันปรากฏในสายกำลัง
โดยอาจจะมีสาเหตุเกิดมาจาก แหล่งจ่ายกำลังงานได้รับความเสียหาย
หรือ มีการลัดวงจรในสายกำลัง ทำให้อุปกรณ์ป้องกันมีการตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟออกถาวร
โดย “ ลักษณะแรงดันไฟดับจะวัดได้จากการที่ค่าอาร์เอ็มเอส (
RMS ) ของแรงดันในสายกำลังมีค่าลดลงเป็น 0 VRMS ในช่วงเวลานานกว่า 1 นาที ” ซึ่งจะส่งผลให้เครื่องใช้ไฟฟ้าหยุดทำงานทันที
ถ้าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์อาจจะสร้างความเสียหายแก่ข้อมูล หรือ
อุปกรณ์หน่วยความจำได้
4. ไฟกระชาก ( Surge หรือ Spike ) และ การออสซิลเลต ( Oscillate
) สภาวะไฟกระชากเป็นสภาวะที่แรงดันสูงขึ้นทันที
ซึ่งมักจะมีสาเหตุมาจากปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า
และมักเป็นสาเหตุให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายทันที
มีการแบ่งลักษณะไฟกระชากตามมาตรฐาน IEEE 1159-1995 ได้ดังตารางที่ 1
ตารางที่1
แสดงลักษณะของไฟกระชากตามมาตรฐาน IEEE 1159-1995
ชนิดของไฟกระชาก ( surge )
|
ระยะเวลาที่แรงดันเริ่มสูงขึ้น ( rise time )
|
ช่วงระยะเวลาที่เกิด ( duration )
|
แบบนาโนวินาที ( Nanosecond )
|
5
ns
|
<
50 ns
|
แบบไมโครวินาที ( Microsecond )
|
1 s
|
50
ns – 1 ms
|
แบบมิลลิวินาที
( Millisecond
)
|
0.1
ms
|
>
1 ms
|
ส่วนสภาวะการออสซิลเลตเป็นปรากฏการณ์ที่แรงดัน
หรือ กระแส มีค่าสูงอย่างทันทีทันใด
โดยมีการเปลี่ยนแปลงของรูปคลื่นทั้งขั้วบวกและลบ แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่
จากมาตรฐาน IEEE 1159-1995 มีการแบ่งการเกิดออสซิลเลตของสายกำลังในสภาวะชั่วครู่ตามขนาดของแรงดัน
และช่วงระยะเวลาที่เกิดขึ้นดังตารางที่ 2
ตารางที่ 2 แสดงลักษณะของการเกิดออสซิลเลตตามมาตรฐาน IEEE
1159-1995
ลักษณะการออสซิลเลต
|
ความถี่
|
ช่วงเวลาในการเกิด
|
ขนาดแรงดันเมื่อคิดตามแหล่งจ่าย
220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์
|
ความถี่ต่ำ ( Low Frequency )
|
<
5 kHz
|
0.3-50 ms
|
88
โวลต์
|
ความถี่ปานกลาง ( Medium Frequency )
|
5-500
kHz
|
5-20
ms
|
176
โวลต์
|
ความถี่สูง ( High Frequency )
|
0.5-5
MHz
|
0-5
ms
|
88
โวลต์
|
5. ไฟตกชั่วขณะ (
Voltage Sag ) เป็นปรากฏการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าขาดหายไปในช่วงเวลาสั้นๆ
ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นจากการใช้งานมอเตอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งต้องการกระแสสูงกว่าปกติประมาณ
10 เท่า ในขณะเริ่มทำงาน ทำให้มีผลกับอุปกรณ์ หรือ
เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการความต่อเนื่องของแรงดัน เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์
โดยอาจจะทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์หยุดทำงาน ( Hang ) หรือ เกิดการรีเซ็ต ( Reset ) ได้ โดย “ลักษณะไฟตกชั่วขณะจะคิดจากการที่แรงดันอาร์เอ็มเอสของสายกำลังมีค่าลดลงอยู่ระหว่าง
22 - 198 VRMS ในช่วงเวลาประมาณ 10 มิลิวินาที – 1 นาที ”
6. ไฟเกินชั่วขณะ ( Voltage Swell ) เป็นปรากฏการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ
ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นจากการใช้งานของชุดตัวเก็บประจุ ( Capacitor Bank
) ทำให้มีผลกับอุปกรณ์ หรือ
เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต้องการความต่อเนื่องของแรงดัน เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์
โดยอาจจะทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์หยุดทำงาน ( Hang ) หรือ เกิดการรีเซ็ต ( Reset ) ได้เช่นเดียวกัน
โดย “ลักษณะไฟเกินชั่วขณะจะคิดจากการที่แรงดันอาร์อ็มเอสของสายกำลังมีค่าเพิ่มขึ้นอยู่ระหว่าง
242 - 396 VRMS ในช่วงเวลาประมาณ 10 มิลิวินาที – 1 นาที ”
7. ไฟดับชั่วขณะ หรือ ไฟกระพริบ ( Short Interruption
) เป็นปรากฏการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าขาดหายไปในช่วงเวลาสั้นๆ
ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นจากการลัดวงจรภายในระบบ ทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำการตัดวงจรชั่วคราว
ทำให้อุปกรณ์ หรือ เครื่องใช้ไฟฟ้าหยุดทำงานได้ โดย “ ลักษณะไฟดับชั่วขณะจะคิดจากการที่แรงดันอาร์อ็มเอสของสายกำลังมีค่าลดลงต่ำกว่า
22 VRMS ในช่วงเวลาประมาณ 10 มิลิวินาที – 1 นาที ”
8. ความผิดเพี้ยนของรูปคลื่น ( Waveform Distortion
) เป็นปรากฏการณ์ที่ลักษณะของรูปคลื่นมีการเบี่ยงเบนไปจากไซน์
ซึ่งอาจจะเกิดจาก องค์ประกอบไฟตรง (
DC Offset ) ฮาร์มอนิก ( Harmonic
) คลื่นแบบน็อตช์ ( Notch ) สัญญาณรบกวน ( Noise ) และ
อินเตอร์ฮาร์มอนิก ( Interharmonic ) มักจะเกิดจากสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ( EMI
) หรือ สัญญาณวิทยุความถี่สูง ( RFI ) จากเครื่องใช้ไฟฟ้า หรือ ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น โหลดไม่เป็นเชิงเส้น
เครื่องเชื่อมไฟฟ้า สวิตช์ เครื่องส่งสัญญาณวิทยุกำลังสูง หรือ ฟ้าผ่า เป็นต้น
ซึ่งสัญญาณรบกวนจะถูกเหนี่ยวนำกับสายส่งกำลังทำให้สัญญาณแรงดันมีรูปคลื่นไม่เรียบสม่ำเสมอ
ทำให้เกิดความผิดพลาดในการประมวลผล หรือ การสื่อสารข้อมูลได้
ซึ่งเราอธิบายลักษณะความผิดเพี้ยนของรูปคลื่นแบบต่างๆได้ดังนี้
- องค์ประกอบไฟตรง (
DC Offset ) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดความไม่สมมาตรของรูปคลื่น
ทำให้ค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นมีค่าไม่เป็นศูนย์
ซึ่งก็คือค่าของแรงดันไฟตรงที่ปรากฏอยู่ในระบบ ผลของแรงดันไฟตรงนี้จะทำให้เกิดความสูญเสียในรูปความร้อนที่หม้อแปลงและ
ระบบส่งกำลังได้
- ฮาร์มอนิก ( Harmonic ) คือองค์ประกอบของสัญญาณที่มีรูปร่างเป็นไซน์ที่มีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่ที่สัญญาณหลักมูล ( fundamental
frequency ) เช่น ความถี่ในระบบไฟฟ้าบ้านเรามีค่า 50
เฮิรตซ์ ฮาร์มอนิกของสายกำลังจะมีค่าความถี่ต่างๆขึ้นอยู่กับอันดับของฮาร์มอนิก
เช่น ฮาร์มอนิกอันดับ3 ( 3th Harmonic ) จะมีความถี่เท่ากับ
150 เฮิรตซ์ ฮาร์มอนิกอันดับ 5 ( 5th
Harmonic )จะมีความถี่เท่ากับ 250 เฮิรตซ์ เป็นต้น
ซึ่งเมื่อมีองค์ประกอบที่ฮาร์มอนิกต่างๆปะปนเข้ามาในระบบจะส่งผลให้รูปคลื่นของแรงดัน
หรือ กระแส มีขนาดและเฟสเปลี่ยนไป หรือที่เราเรียกว่าเกิดความผิดเพี้ยนของรูปคลื่น (
Distortion Waveform ) นั่นเอง
มักจะเกิดในระบบไฟฟ้าที่มีการใช้งานโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น
ปรากฏการณ์เช่นนี้จะมีผลให้อุปกรณ์ไฟฟ้าบางประเภท หยุดทำงาน หรือทำงานผิดพลาด และ
อาจสร้างความเสียหายกับโหลด เช่น มอเตอร์ ได้
ถ้าองค์ประกอบของฮาร์มอนิกมีขนาดใหญ่มาก
- รูปคลื่นแบบน็อตช์ ( Notch ) เป็นสัญญาณรบกวนประเภทหนึ่งคล้ายกับสัญญาณรบกวนแบบทรานเซี้ยน (
Transient ) ที่มีการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง
มักจะเกิดจากการใช้งานวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีการสับเปลี่ยนกำลังงานจากแหล่งจ่าย
โดยอาจส่งผลรบกวนการทำงานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ อื่นๆ ให้ทำงานผิดพลาดได้
- สัญญาณรบกวน ( Noise ) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ และมีความถี่ต่ำกว่า 200 kHz ปะปนเข้ามาในสัญญาณของแรงดัน หรือ กระแสในสายกำลัง
ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นได้จากการที่ระบบไฟฟ้าไม่มีการต่อสายลงดิน (
grounding ) ที่ถูกต้องเหมาะสม
ซึ่งอาจเกิดร่วมกับความผิดพลาดทางไฟฟ้าแบบอื่นด้วย
ในขณะที่มีการใช้งานอุปกรณ์สวิตชิ่งอื่นๆในระบบ ผลของสัญญาณรบกวนอาจจะทำให้วงจรควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์
หรือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ทำงานผิดพลาด หรือ หยุดทำงานได้
- อินเตอร์ฮาร์มอนิก ( Interharmonic
) เป็นองค์ประกอบรูปไซน์ที่มีผลเช่นเดียวกันกับฮาร์มอนิก
เพียงแต่ความถี่ของสัญญาณรูปไซน์นั้นจะมีค่าไม่เป็นจำนวนเท่าของค่าความถี่หลักมูล (
fundamental frequency ) เช่น ที่ความถี่ 104 Hz ,
117 Hz , 157 Hz , 214 Hz เมื่อความถี่หลักมูลเท่ากับ 50
เฮิรตซ์ เป็นต้น
9. แรงดันกระเพื่อม (
Voltage Fluctuation ) เป็นปรากฏการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงของค่าแรงดันอย่างต่อเนื่องโดยอาจจะเกิดได้จากการเชื่อมไฟฟ้า ซึ่ง “ ค่าของแรงดันมีขนาดอยู่ระหว่าง
209 – 231 VRMS ” และ ผลกระทบต่อการทำงานของโหลดจะเกิดขึ้นได้มาก หรือ
น้อยขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันกระเพื่อมเอง
10. การเปลี่ยนความถี่ ( Frequency Variation
) เป็นปรากฏการณ์ที่ความถี่ของระบบไฟฟ้ามีค่าเปลี่ยนแปลงจาก
50 เฮิรตซ์ซึ่งมักจะมีผลมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ซึ่งจะมีผลกระทบต่อการทำงานของโหลดประเภทเชิงกลอย่างมาก
เนื่องจากมีการทำงานสัมพันธ์กับความถี่
การแบ่งประเภท UPS ในการใช้งาน
1. สแตนบายด์ UPS ( Standby UPS ) หรือ ออฟ-ไลน์ UPS ( Off-Line UPS ) เป็นเครื่องสำรองไฟฟ้าที่นิยมใช้กันมากที่สุดสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
โดยมีสวิตช์ถ่ายโอนกำลังงาน ( Transfer Switch ) ซึ่งมักจะใช้
รีเลย์ ในการส่งผ่านกำลังงานจากแหล่งจ่ายกำลังงานหลักไปสู่โหลดในสภาวะปกติ
และทำการประจุพลังงานเก็บไว้ในแบตเตอรี่
เมื่อเกิดมีความผิดพลาดที่แหล่งจ่ายกำลังงานหลัก
สวิตช์จะทำการเชื่อมต่อตัวอินเวอร์เตอร์ และ แบตเตอรี่
เพื่อสร้างแหล่งกำลังงานไฟสลับเทียมสำรองให้แก่โหลดดังแสดงแผนผังการทำงานได้ดังรูปที่
01
รูปที่ 01 แผนผังการทำงานของสแตนบายด์ UPS
อินเวอร์เตอร์ของ UPS ชนิดนี้
จะทำงานเพียงเฉพาะในขณะที่เกิดความผิดพลาดของกำลังงานในสายกำลังหลักเท่านั้น
จึงถูกตั้งชื่อว่าเป็นลักษณะ “ สแตนบายด์ ” และเนื่องจากในการสำรองไฟฟ้าให้แก่โหลด
สวิตช์จะมีการตัดสายกำลังหลักออกจากระบบ
เราจึงอาจเรียกการทำงานในลักษณะนี้ได้ว่าเป็นแบบ “ ออฟ-ไลน์ ” ข้อดีของ UPS ชนิดนี้คือมีประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และราคาถูก แต่มีข้อเสียซึ่งเกิดจากการใช้สวิตช์ถ่ายโอนกำลังงานทำให้เกิดระยะเวลาในการถ่ายโอนกำลังงาน (
Transfer Time ) ขึ้นทำให้ไม่สามารถป้องกันมลภาวะทางไฟฟ้าที่เกิดในระยะเวลาสั้นๆได้
จึงเหมาะสมที่จะใช้กับแหล่งพลังงานหลักที่มีมลภาวะทางไฟฟ้าไม่มาก
เช่นใช้ในการสำรองไฟฟ้าขณะไฟดับ เป็นต้น
2. ไลน์อินเตอร์แอกตีฟ UPS ( Line Interactive UPS
) เป็นเครื่องสำรองไฟฟ้าที่นิยมใช้กันมากในงานธุรกิจขนาดย่อม เช่น เวปเซอร์ฟเวอร์ ( Web Server
) เป็นต้น โครงสร้างของ UPS แบบนี้ตัวอินเวอร์เตอร์จะต่อเข้ากับด้านขาออกของUPS ตลอดเวลา
โดยการประจุแบตเตอรี่จะเกิดขึ้นในช่วงที่ระบบสายส่งกำลังหลักอยู่ในสภาวะปกติ
โดยผ่านการแปลงผันกำลังงานจากไฟสลับ-ไฟตรงด้วยตัวอินเวอร์เตอร์ และ
เมื่อสายส่งกำลังงานหลักมีปัญหาเกิดขึ้น
สวิตช์ถ่ายโอนกำลังงานจะเปิดออกทำให้กำลังงานจะถูกถ่ายเทจากแบตเตอรี่ผ่านอินเวอร์เตอร์ออกไปยังโหลด
ดังแสดงแผนผังการทำงานดังรูปที่ 02 จากการที่อินเวอร์เตอร์ต่อตรงเข้ากับด้านขาออกของ UPSตลอดเวลาเช่นนี้ย่อมทำให้มีการกรองสัญญาณไฟฟ้าอยู่
และ ยังช่วยลดปัญหาที่เกิดจากการสวิตช์ชั่วขณะ ดังเช่นที่เกิดในสแตนบายด์ UPS นอกจากนี้ตัวอินเวอร์เตอร์ยังเป็นตัวควบคุมเรกกูเลชั่น (
Regulation ) ด้วย
โดยจะมีการทำงานเพื่อแก้ไขเมื่อเกิดสภาวะไฟฟ้าตก ( Brownout ) ด้วยการบังคับให้ UPS ทำการถ่ายเทพลังงานจากแบตเตอรี่ออกมาทดแทน
ดังนั้น UPS ประเภทนี้จึงค่อนข้างเหมาะสมกับการใช้งานในพื้นที่ที่มีมลภาวะทางไฟฟ้าสูง
อย่างไรก็ตาม UPS ประเภทนี้จะต้องออกแบบให้พลังงานไฟฟ้าจากด้านขาเข้า (
AC ) จะยังคงสามารถส่งผ่านไปยังโหลดได้ถึงแม้ว่าจะเกิดความผิดพลาดขึ้นในตัวอินเวอร์เตอร์
ด้วยการแยกเส้นทางส่งกำลังออกจากกันเพื่อกำจัดแหล่งแรงดันที่มีปัญหาออกไป
ด้วยโครงสร้างลักษณะเช่นนี้ทำให้ UPS ประเภทนี้มีประสิทธิภาพมากอยู่แล้ว
และยังทำให้ระบบมีความน่าเชื่อถือสูงในการควบคุมและแก้ไขปัญหาสภาวะไฟตก ไฟเกิน
อีกด้วย นอกจากนี้เนื่องจากราคาที่ค่อนข้างต่ำทำให้ UPS ประเภทนี้ค่อนข้างโดดเด่นมากในระดับกำลังงานขนาด 500-5k VA
รูปที่ 02 แผนผังการทำงานของไลน์อินเตอร์แอกตีฟ UPS
3. True On-line UPS เป็น UPS ที่มีศักยภาพสูงสุด สามารถป้องกันปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี ไม่ว่าจะเป็น ไฟดับ, ไฟตก, ไฟเกินหรือสัญญาณรบกวนใดๆ และให้คุณภาพไฟฟ้าที่ดี กล่าวคือ เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) และเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) จะทำงานตลอดเวลา ไม่ว่าคุณภาพไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร ก็สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) ได้ตามปกติ ยกเว้นกรณีเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) เสีย จึงจะจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้า (แต่ไม่ควรใช้งานต่อไปหากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า {Inverter} เสีย) ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้ UPS ชนิดนี้มีราคาสูงกว่า UPS ชนิดอื่นๆ ดังแสดงแผนผังการทำงานดังรูปที่ 03
เมื่อเราทราบลักษณะของ UPS แต่ละประเภทแล้ว
เราจะสามารถเลือกใช้งานตามสภาพโหลดได้อย่างถูกต้องและเต็มประสิทธิภาพโดยพิจารณาตามลำดับดังนี้
1.
เลือกชนิด UPS ตามลักษณะของรูปคลื่นขาออก
ซึ่งปัจจัยหลักขึ้นอยู่กับว่าโหลดสามารถทำงานได้ดีกับรูปคลื่นแบบใด
เช่นในการสำรองไฟฟ้าให้กับระบบเครื่องเสียงควรใช้ UPS ที่มีรูปคลื่นไซน์ การใช้ UPSสำรองไฟฟ้ากับระบบมอเตอร์ เครื่องทำความเย็น ควรใช้ UPS ที่มีรูปคลื่นเป็นสี่เหลี่ยมแบบระดับขั้นเป็นอย่างน้อย เป็นต้น
2.
กำลังงาน และระยะเวลาในการสำรองไฟฟ้า
ซึ่งปัจจัยหลักของการเลือกจะขึ้นอยู่กับความต้องการของเวลาปฏิบัติการหลักจากมีปัญหาไฟฟ้าดับ
เนื่องจาก UPS จะกำหนดความสามารถในการจ่ายกำลังงานในหน่วยของ VAดังนั้นเราสามารถหาความเหมาะสมระหว่างโหลด และ UPS ได้จากสมการที่ (1) เช่น โหลดเป็นระบบคอมพิวเตอร์ที่มีค่า kp
= 0.8 และมีความต้องการกำลังงานรวมทั้งสิ้น 400 วัตต์
ดังนั้นเราต้องเลือกใช้ UPS ขนาด 500
VA เป็นอย่างน้อย และ
ต้องเปรียบเทียบกับข้อมูลของผู้ผลิตว่าที่กำลังงาน VA สูงสุดนั้น UPS สามารถสำรองไฟฟ้าได้เป็นเวลานานเท่าไร
( ระยะเวลาในการสำรองไฟนี้จะแปรผันตามค่าประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ของระบบ UPS เป็นหลัก ซึ่งเราไม่ต้องสนใจมากนัก )
3.
เลือกชนิด UPS ตามลักษณะการแปลงผัน
ซึ่งขั้นตอนนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างตามสภาพของมลภาวะทางไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟฟ้าหลัก ราคา ความต้องการความต่อเนื่องของกำลังงานที่โหลด
เช่น ในระบบไฟฟ้าใกล้สายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งมีมลภาวะทางไฟฟ้าหลายรูปแบบ
มีความจำเป็นต้องใช้ UPS ชนิดออน-ไลน์ ส่วนการใช้งานตามบ้านซึ่งมีผลในเรื่องไฟตก ไฟเกิน หรือไฟดับ ธรรมดา อาจจะใช้ UPS ชนิดออฟ-ไลน์ ก็เพียงพอ เป็นต้น
สำหรับ การเลือกใช้ UPS สำหรับระบบคอมพิวเตอร์
เป็นเรื่องที่สนใจกันมากในปัจจุบัน
เนื่องจากคอมพิวเตอร์มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย และ UPS สำหรับคอมพิวเตอร์ก็มีหลากหลายชนิด ในราคาที่แตกต่างกันดังที่กล่าวไว้ตอนต้นของบทความ ซึ่งหัวใจหลักในการเลือกได้มาจาก 3 ข้อข้างต้นคือ
ความสามารถในการจ่ายกำลังงาน VA ระยะเวลาที่ต้องการในการสำรองไฟฟ้า และ ราคา ถ้าเราต้องการสำรองไฟฟ้าในระยะเวลาสั้นๆเฉพาะเครื่องคอมพิวเตอร์
ไม่รวมจอภาพ ( monitor ) การเลือกใช้ UPS ขนาดเล็กก็น่าจะเป็นทางเลือกที่ดี ซึ่งเหมาะกับกับการใช้งานในระบบไฟฟ้าที่มีเครื่องปั่นไฟสำรอง (
UPS แบบโรตารี่ ) รองรับเมื่อแหล่งไฟฟ้าหลักดับ
เนื่องจากเราไม่ต้องทำการปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ แต่ถ้าเราต้องการใช้งานโดยให้ UPS สำรองไฟแก่จอภาพด้วยเพื่อทำการปิดระบบคอมพิวเตอร์เมื่อไฟดับ
เราจะต้องพิจารณาอย่างระมัดระวัง
เนื่องจากจอภาพเป็นอุปกรณ์ที่ต้องการกำลังงานทางไฟฟ้าสูง ( ประมาณ 40-60 % ของระบบคอมพิวเตอร์ขึ้นอยู่กับขนาดของจอภาพ )
ผู้ใช้บางท่านอาจจะมีความคิดว่า เราสามารถใช้ UPS ขนาดเล็ก เพื่อสำรองไฟฟ้าเฉพาะเครื่องคอมพิวเตอร์
แต่แยกจอภาพต่อตรงเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหลัก ในการทำงานปกติ จากนั้นเมื่อไฟฟ้าดับ
เราจึงย้ายปลั๊กจอภาพมาที่ UPSเพื่อทำการปิดเครื่องในระยะเวลาสั้นๆได้หรือไม่ วิธีการเช่นนี้ส่วนใหญ่จะไม่ค่อยประสบผลสำเร็จเนื่องจากว่า
จอภาพจะมีความต้องการกำลังงานสูงกว่าสภาวะปกติ เมื่อทำการเปิดครั้งแรก ทำให้ UPS ไม่สามารถจ่ายกำลังงานที่เพียงพอ อย่างไรก็ตามแนวความคิดนี้ได้ถูกนำมาพัฒนาใช้อยู่ใน UPS หลายรุ่น โดยระบบ UPS จะทำการต่อจอภาพเข้ากับระบบไฟฟ้าหลักก่อนในช่วงแรกของการทำงานซึ่งต้องการกำลังงานสูง
และเมื่อจอภาพทำงานในสภาวะปกติแล้ว ระบบจะใช้สวิตช์ เช่น รีเลย์ (
Relay ) เพื่อสับเปลี่ยนมาใช้พลังงานจากระบบเพื่อทำงานต่อไป
