ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ UPS




ความหมายของ UPS
UPS เป็นคำย่อมาจากคำว่า "Uninterruptible Power Supply" หรือ "เครื่องสำรองไฟฟ้า" ถ้าแปลตรงตัวหมายถึง แหล่ง
จ่ายพลังงานต่อเนื่อง อาจกล่าวได้ว่า UPS ก็คือ อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สามารถทำการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างต่อเนื่อง แม้ในเวลาที่เกิดไฟดับหรือเกิดปัญหาแรงดันไฟฟ้าผันผวนผิดปกติ โดย UPS จะทำการปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
UPS มีหน้าที่หลัก คือ ป้องกันความเสียหายที่สามารถเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์
และอุปกรณ์เชื่อมต่อ) อันมีสาเหตุจากความผิดปกติของพลังงานไฟฟ้า เช่น ไฟตก, ไฟดับ, ไฟกระชาก และไฟเกิน เป็นต้น รวมถึงมีหน้าที่ในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองจากแบตเตอรี่ให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเกิดปัญหาทางไฟฟ้า









ส่วนประกอบและหลักการทำงานของ UPS
ส่วนประกอบหลักของ UPS ประกอบไปด้วย
1. เครื่องประจุแบตเตอรี่ (Charger) หรือ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจาก AC เป็น DC (Rectifier) ทำหน้าที่รับกระแสไฟฟ้า AC จาก
ระบบจ่ายไฟ แปลงกระแสไฟฟ้า DC จากนั้นประจุเก็บไว้ในแบตเตอรี่
2. เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่รับกระแสไฟฟ้า DC จากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า AC เป็น DC หรือแบตเตอรี่
และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้า AC สำหรับใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
3. แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าสำรองไว้ใช้ในกรณีเกิดปัญหาทางไฟฟ้า โดยจะจ่ายกระแสไฟฟ้า DC ให้กับ
เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าในกรณีที่ไม่สามารถรับกระแสไฟฟ้า AC จากระบบจ่ายไฟได้
หลักการทำงานของ UPS ประกอบไปด้วย
โดยทั่วไปแล้ว เมื่อ UPS รับพลังงานไฟฟ้าเข้ามา ไม่ว่าคุณภาพไฟฟ้าจะเป็นอย่างไรก็จะสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟ
ฟ้าได้เป็นปกติ รวมถึงทำการจ่่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งหลักการของ UPS ก็คือใช้วิธีการแปลงไฟฟ้าจากกระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แล้วเก็บสำรองไว้ในแบตเตอรี่ส่วนหนึ่ง เมื่อเกิดปัญหาทางไฟฟ้า (เช่น ไฟดับ หรือ หรือคุณภาพไฟฟ้าผิดปกติ เป็นต้น) อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าที่รับมาได้ UPS ก็จะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่ให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) แล้วจึงจะจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าตามปกติ


ชนิดของ UPS สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้

1. Offline UPS หรือ Standby UPS

สภาวะไฟฟ้าปกติ อุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้าโดยตรง ในขณะเดียวกัน เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า
(Charger) จะทำการประจุกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ไปด้วย แต่เวลาที่ไฟฟ้าดับ แบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานไฟฟ้ากับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าและจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยใช้ตัวสับเปลี่ยน (Tranfer Switch) สำหรับเลือกแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าระหว่างระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) หรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter)
กรณี สภาวะไฟฟ้าปกติหรือกระแสไฟฟ้าผิดปกติเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นมากจน ตัวสับเปลี่ยน (Tranfer Switch) สลับแหล่งจ่ายไฟฟ้าไม่ทัน พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟ
ฟ้า (Load) จะมาจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ดังนั้น ถ้าคุณภาพไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าไม่ดี (เช่น ไฟตก, ไฟดับ, ไฟกระชาก, หรือมีสัญญาณรบกวน ฯลฯ) อุปกรณ์ไฟฟ้าก็จะได้รับพลังงานไฟฟ้าคุณภาพไม่ดีเช่นเดียวกัน เนื่องจาก UPS ชนิดนี้ถูกออกแบบให้ป้องกันกรณีเกิดไฟดับเพียงอย่างเดียวเท่านั้น ไม่สามารถป้องกันปัญหาแรงดันไฟฟ้าที่ผันผวนและสัญญาณรบกวนได้ จึงทำให้มีราคาถูกกว่า UPS ชนิดอื่นๆ และไม่เหมาะกับการใช้งานในบางพื้นที่ เช่น สถานที่ใกล้แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า อาทิ เขื่อน, สถานีไฟฟ้า, และสถานีไฟฟ้าย่อย เป็นต้น รวมถึงไม่เหมาะกับการใช้งานในประเทศไทยด้วย เนื่องจากเกิดไฟตกบ่อยครั้ง
ข้อดีและข้อเสีย ของ UPS ระบบนี้
ข้อดี : ราคาถูก ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา, ออกแบบง่าย ไม่ซับซ้อน, สามารถป้องกันปัญหาไฟดับได้เพียงอย่างเดียว และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่และ UPS สั้น
ข้อเสีย : ไม่สามารถแก้ไขปัญหาทางไฟฟ้า เช่น ไฟตก - ไฟเกินได้ และเมื่อมีความผิดปกติทางไฟฟ้าผ่านเข้าไปยัง UPS จะผ่านไปใ้ห้กับ Load ทันที ทำให้ Load เสียหายได้


2. Line Interactive UPS with Stabilizer หรือ Online Protection UPS

จากภาพแสดงการทำงาน จะพบว่า มีความคล้ายคลึงกับ Offline UPS มาก แต่จะมีส่วนที่เพิ่มขึ้นมา คือ ระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer / AVR) เพื่อป้องกันปัญหา
ทางไฟฟ้า ช่วยให้ UPS ไม่จำเป็นต้องจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองจากแบตเตอรี่ทุกครั้งที่ไฟตกหรือไฟเกิน ไม่มากนัก ในขณะที่สภาวะไฟฟ้าปกติ อุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้า โดยผ่านระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัตินี้ (Stabilizer / AVR) ซึ่งจะมีหน้าที่รักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ ป้องกันปัญหาไฟตก, ไฟเกิน และไฟกระชาก เป็นต้น พร้อมกันนี้ เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) ก็จะทำการประจุกระแสไฟฟ้าเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เมื่อไฟฟ้าดับจะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำการแปลงกระแสไฟฟ้าและจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) โดยใช้ตัวสับเปลี่ยน (Transfer Switch) สำหรับเลือกแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าระหว่างระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer / AVR) หรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ซึ่งจัดได้ว่าเป็น UPS ที่เหมาะกับการใช้งานในประเทศไทยมากที่สุด ราคาไม่แพงและคุณภาพไฟฟ้าที่ได้อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้
ข้อดีและข้อเสีย ของ UPS ระของ UPS ระบบนี้
ข้อดี : มีระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer / AVR) เพื่อป้องกันปัญหาไฟเกินและไฟตก และราคาเหมาะสำหรับการใช้งานทั่วๆ ไป มีขนาดกระทัดรัด น้ำหนักเบา
ข้อเสีย : ไม่สามารถแก้ปัญหาความผิดพลาดทางด้านความถี่ได้ และไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่มีความไวต่อคุณภาพของกระแสไฟฟ้ามากๆ เช่น เครื่องมือแพทย์/เครื่องจักร


3. True On-line UPS

จากภาพแสดงการทำงาน จะพบว่าระบบ True On-line UPS เป็น UPS ที่มีศักยภาพสูงสุด สามารถป้องกันปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี ไม่ว่าจะเป็น ไฟดับ, ไฟตก, ไฟเกิน
หรือสัญญาณรบกวนใดๆ 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
ข้อดีและข้อเสีย ของ UPS ระของ UPS ระบบนี้
ข้อดี : สามารถแก้ปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี และมีความเชื่อถือได้สูง, อุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) จะได้รับพลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง โดยไม่หยุดชะงัก, สามารถผลิต UPS ได้ทุก
ขนาด และสามารถตรวจเช็คเครื่อง UPS ได้โดยไม่ต้องปิดอุปกรณ์ต่อพ่วง (Load)
ข้อเสีย : การออกแบบยุ่งยาก และซับซ้อนมาก, มีขนาดใหญ่ และน้ำหนักมาก และมีราคาที่สูง