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 สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้

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

                

รูปที่ 03   แผนผังการทำงานของ ทรู ออน-ไลน์ UPS

              

                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