Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) Nedir? Nasıl Çalışır? Çeşitleri 

Kesintisiz güç kaynağı nedir: Sistem için önemli kritik yüklerin enerjisiz kaldığında devreye girer. Devreyi belirli bir süre besleyerek çok önemli bir görev üstlenmektedir.

Kesintisiz güç kaynakları, (İngilizce: Uninterruptible Power Supply – UPS). Elektrik enerjisi ile beslenen sistemleri hem elektrik yükünün bağlı bulunduğu şebekede oluşan elektrik akımındaki ani değişikler, gerilim düşmeleri, gerilim yükselmeleri, harmonikler gibi. gerilim dalgalanmalarına karşı korur. Hem de enerji kesintisi sırasında sistemin enerji  devamlılığını sağlar. Bu elektronik cihazlara kesintisiz güç kaynakları denir.

UPS Ne İşe Yarar?

Kesintisiz güç kaynakları (KGK, UPS), sürekli devrede olup şebeke gerilimi kesinti ve bozukluklarını yüke hiç hissettirmeden yükü besleyen veya şebeke gerilimi kesildiğinde Yedek enerji sağlamak için hemen devreye girerek yükü beslemeye devam eden bünyesinde depoladığı enerjiyi bir süreliğine sisteme aktararak işlemlerin aksamamasını sağlayan sistem veya güç kaynaklarıdır.

UPS elektriksel sistemleri besleyerek, şebekedeki anormal durumları düzelterek sisteme temiz ve kaliteli enerji aktarımı yapan cihazdır. KGK üç fazlı veya tek fazlı olabilir. Çok büyük güçteki yükleri korumada, hem kapasiteyi hem de güvenirliği arttırmak için birkaç adet KGK paralel olarak bağlanabilir.

Kesintisiz Güç Kaynağı İç Yapısı

Kesintisiz Güç Kaynağı Nasıl Çalışır?

Kesintisiz güç kaynağı (UPS) çalışma prensibi; Doğrultucu ünitesi, şebekeden gelen AC gerilimi önce doğrultucu ile DC gerilime çevirir. Doğrultucu hem eviriciye gerekli olan enerjiyi, hem de akü için gerekli olan DC gerilimi sağlar. Bu DC gerilim, akünün şarj edilmesinde kullanılır.

Akü ancak DC gerilimle şarj edilebilir. Doğrultucudan çıkan DC gerilim bu şekliyle bilgisayarın işine yaramaz. Çünkü bilgisayarlar AC gerilimle çalışırlar. Bundan dolayı burada devreye “evirici” girer. Eviricinin görevi, doğrultucudan sağlanan DC gerilimden, istenen standart efektif değerde ve frekansta, AC gerilim üretmektir.

UPS’ lerin bir kısmında, evirici güç katında oluşan bir arıza durumunda kritik yüklerin beslemesiz kalmaması için konulmuş “bypass anahtarı” olarak isimlendirilen bir sistem vardır. Evirici katında meydana gelecek bir arıza halinde gerilim kesintisiz olarak bypass kaynağına aktarılır.

Bypass anahtarı ile KGK, kendisine bağlı sisteme genel olarak şebeke gerilimini doğrudan iletir. Bypass anahtarı daha çok online UPS’ lerde kullanılır. Şebeke geriliminin kesilmesi yada sınır değerlerinin dışına çıkması halinde doğrultucu çalışmasını durdurur. Evirici böyle bir durumda doğrultucu ile şarj edilmiş olan aküden çektiği DC gerilimi, yine AC gerilime dönüştürerek bilgisayar sistemini belli bir süre daha kesintisiz olarak istenen değerde beslemeye devam eder. Bu süreye “destek süresi (runtime)” denilir. Destek süresi, bilgisayarın çekeceği yükün miktarına, KGK’ nın kapasitesine ve akü miktarına göre değişir. Tam yükle çalışan ortalama bir masaüstü sistemi için 5 ilâ 15 dakikalık bir destek süresi yeterlidir.

UPS içerisinde bulunan kontrol elektroniği ünitesi; şebeke, doğrultucu, akü ve eviriciyi devamlı denetleyerek bu birimlerin uyum içinde çalışmasını sağlar.

Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) Neden Kullanılır?

Endüstriyel tesislerin elektriksel yükünün büyük bir bölümünü elektrik motorları meydana getirmektedir. Eğer elektrik motorları çalışmazsa fabrikalarda üretim durabilir. Ayrıca denetim ve alarm sistemleri veya aydınlatma sistemleri, veri işleme, haberleşme sistemleri, bilgisayar sistemleri, tıbbi cihazlar, güvenlik gibi çok hassas yükler kesintilerden en fazla etkilendiği için elektriksel yüklerin de korunmaya ve yedek enerjinin sağlanması gereklidir. Bu yükler kritik yüklerdir. Örnek olarak bilgisayar beslemesindeki ani kesintiler kaydedilmemiş verilerin kaybolmasına sebep olur. Ayrıca bu kesintilerin kayıtlı verilere de zarar verebileceği bir gerçektir.

Kısa yada uzun süreli elektrik kesintileri oluştuğunda, elektriksel şebekesinde yüksek veya düşük gerilim, ani voltaj sıçramaları ve frekans değişimleri gibi durumlarda meydana gelmektedir. Bu durumda elektriksel sistemlerin korunması ve yedek enerji sağlanması gerekmektedir.

Yeterli koruması bulunmayan cihazların bu gibi durumlarda karşılaşacakları sorunlar:

• Güç kartları yanabilir.
• Ekranlar zarar görebilir.
• Hard disk’ e yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler kaybolabilir.
• Elektronik kartta yol (path) hataları ile karşılaşılabilir.
• Aniden enerji kesilirse hard diskte şifre koruması kullanılıyorsa ve oku/yaz sırasında şifre kayıp olabilir.
• Bilgisayar yazılım donanımın herhangi bir parçası zarara uğrayabilir.

Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS) İle Jeneratör Arasındaki Fark Nedir?

Bu güç kaynaklarının görevlerinin bilindiğinin aksine en büyük yanlışlardan biri jeneratörler ile karıştırılmalarıdır. Özel işletmelerde yada bir endüstriyel tesiste, enerji kesildiğinde jeneratör devreye girerek sisteme enerji verir. Enerji kesildiği zaman ile jeneratörün devreye girdiği zaman arasında bir süre vardır. Bu süre kısa ve uzun olabilmektedir.

Bu zaman sürecinde elektrikler kesildikten sonra devreye girer ve sistemi besler. Sistemdeki acil işleri tamamlar veya bilgisayar içindeki önemli dosyaları korur. 5-10 dakika içinde açık dosyaları kapatmak ve saklamak veya acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırır.

Bu süre içinde UPS, sistemi besler ve sistemdeki acil işleri tamamlar veya bilgisayarı içindeki önemli dosyaları korur. 5-10 dakika içinde açık dosyaları kapatmak ve saklamak veya acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırır.

Kesintisiz güç kaynakları jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamadıkları gibi kullanım amaçları da bu değildir. En iyi kesintisiz güç kaynağı devreye saniyeler içinde giren güç kaynağıdır. UPS’ ler sadece bilgisayar sistemleri için değil düzenli ve kesintisiz elektrik enerjisine ihtiyaç duyan bütün sistemler için vazgeçilmez bir ihtiyaçtır.

UPS’ ler Neden Önemlidir?

Bunlarda gücün sürekliliğini sağlamak için aküler kullanılmaktadır. Elektrik enerjisi kesildiğinde bilgisayar, kendisi için gerekli olan enerjiyi aküden sağlar ve çalışmasına devam eder. Akü ömrü 1 ile 5 yıl arası olup bu süre kullanıcıya, ortam ve çalışma şartlarına bağlıdır.

Elektriğin kesildiği an ile UPS’ den sisteme enerjinin verildiği an arasında geçen süreye “transfer süresi” denir. Transfer süresi ne kadar düşükse o kadar iyidir. Transfer süresi, UPS çeşidine göre 0 ms ile 20 ms arasında değişmektedir. Bu sürenin en fazla 4 ms olması beklenir.

UPS’ ler cihazları olumsuz şebeke şartlarından koruyan ve AC kesintisi sırasında kesintisiz enerji sağlayarak cihazların bilgi aktarma işlemlerinin sürekliliğine olanak veren bir elektrik-elektronik cihazdır.

• UPS şebekede oluşan parazitleri süzer ve kritik yükü etkilemeyecek duruma getirir. Böylece yük şebekede meydana gelen her tür elektriksel gürültüden temizlenmiş enerji ile beslenir.
• Cihazın içinde bulunan eviriciden elde edilen parazitlerden arındırılmış, voltajı ve frekansı ayarlı AC gerilim kritik yüke aktarılır. Böylece kritik yükün şebekedeki tolerans sınırları içindeki gerilim ve frekans değişimlerinden etkilenmesi önlenmiş olur.
• Şebeke kesintisi olduğu zaman kritik yük UPS’ den beslenmeye devam ettiği için kesintiden etkilenmez.
• UPS’ den kaliteli enerji ile beslenen cihazların şebeke düzensizliklerden oluşan arızalar önlemiş ve bu cihazların kullanım süreleri uzamış olur.

UPS Çeşitleri Nelerdir?

Kesintisiz güç kaynağı çeşitleri UPS, yapıları itibariyle 2 farklı çeşide sahiptir.

UPS çeşitleri kendi içerisinde yapılarına göre gruplara ayrılır;

• Statik UPS
• Dinamik UPS

UPS İçerisinde Bulunan Devreler Ne İş Yapar?

• Redresör: Aküyü şarj etmek için alternatif akımı doğru akıma çevirirler.
• Akü: Elektrik enerjisini depolayarak, kesinti anında devreye girer ve enerji verir.
• Inverter: Akü çıkışındaki doğru akımı alternatif akıma dönüştürür. Inverter UPS’ nin en önemli değişmez bir elemanıdır. Kare, adım veya sinüs dalga olarak anlatılan çıkışlar hep ınverter devresinin çıkışlarıdır (Bypass devresi çıkışları sinüstür).
• Statik Transfer Anahtarı: Mekanik anahtar (röle) ve yarı iletken anahtardan (SCR, Triyak) meydana gelir. Şebeke koşullarına göre konumlanır.
• Yüksek Gerilim Bastırıcı: Şebekeden oluşabilecek anlık yüksek gerilimi bastıracak cihazlar için tehlikeli olmayacak seviyelere indirir.
• Filtre: Şebekeden veya elektronik malzemelerden oluşabilecek bozuk işaretleri (gürültüleri) süzerek temiz bir çıkış işareti verir.
• Otomatik Voltaj Regülatörü (OVR, AVR): Otamatik voltaj regülatörü giriş voltajını regüle ederek artı-eksi tolerans dahilinde regüle edilmiş çıkış verir.
• Kontrol Devresi: Enerji, voltaj (voltage) ve yük durumunu izler.

Kesintisiz Güç Kaynağı Neden Kullanılır? Kullanımı Zorunlu Hale Getiren Şebeke Sorunları?

Kesintisiz güç kaynakları bilgi işlem sistemlerinde ve kişisel bilgisayarlarda şebekede bir arıza oluşması durumunda o esnada çalışılan bilginin kaybolmaması ve genel olarak cihazın şebekeden gelebilecek bozucu etkilere karşı korunması amacıyla kullanılır. Bu bozucu etkiler;

• Beklenmedik bir anda veya düzenli elektrik kesintileri
• Kapasite yetersizliğinden meydana gelen gerilim düşmeleri
• Yüksek gerilim değerlerinin yetersizliği
• Güç kalitesinin düşük olması
• Harmonik bozulmalar, kararsız frekans, ani gerilim sıçramaları
• Yüksek frekanslı makine kullanımına bağlı enerji sıkıntısı
• Endüstriyel alanların veya tesislerin çevresinde motor, makineler veya kaynak makinelerinin kullanılması, parazit ve gürültü.
• Yıldırım, fırtına ve elektrik şokları, deprem, tayfun gibi doğal afetler enerji problemlerine sebep olduğu için UPS’ ler kullanılır.

Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) Kullanımını Gerekli Hale Getiren Enerji Sorunları

Spike 

Şebeke voltajında ani yükselmedir. Bilgisayar çalışmalarını sekteye uğratabilecek hatta ekipmana zarar verebilecek yüksek genlikli anlık olaylardır. Spike farklı sebeplerden oluşabilir. En önemli bir sebep uzak bir yere ya da enerji iletim hatlarına düşen bir yıldırımdır.

Bunlar gerilimde büyük sıçramalara sebep olabilir. Spike meydana getiren diğer etkenler; büyük elektronik yüklerin ya da şebekenin açılıp kapanması ve statik deşarjdır. Spike sonucunda meydana gelebilecek en yıkıcı olay donanımın zarar görmesidir. Yüksek gerilim darbeleri mikroçip yollarında delikler açabilir. Bazen bu hasar hemen kendini gösterir; bazen de olaydan günler, haftalar boyunca kendini göstermez.

Surge

Bir periyottan uzun süren aşırı gerilimdir. Surge, büyük miktarda güç çeken hattaki bir cihazın aniden durması yada kapatılması sonucu meydana gelebilir. Şebekeler büyük yükleri hat dışında anahtarladıkları zaman surge meydana gelebilir. Bir surgenin büyüklüğünden daha çok süresi önemlidir. Uzun ya da çok sık surgeler bilgisayar donanımına zarar verebilir.

Sag

Sag (çöküntü) surgenin tersi yani zıttıdır. Bunlar uzun süreli, düşük gerilim halleridir. Topraklama hataları, yıldırım düşmesi, zayıf güç sistemleri, büyük elektriksel yüklerin ani start-upları gerilim çöküntülerinin nedenleridir. Çöküntüler, bilgisayarlara ciddi bir tehdit meydana getirebilir. Çöküntüler disk sürücüleri yavaşlatabilir, okuma hatlarına ve çökmelerine bile neden olabilir.

Gürültü

Normal sinüs dalganın üzerine binen çeşitli yüksek frekans darbeleri için kullanılan kollektif bir terimdir. Genliği birkaç mV’ den birkaç V’ ye kadar değişebilir. Özellikle tehlikeli bir sorun, radyo frekans (RF) gürültüsüdür.

RF gürültüsü, elektrik kabloları üzerinde dolaşan yüksek frekanslı sinyallerden meydana gelir. RF gürültüsü, yıldırım çarpması, radyo iletimleri ve bilgisayar kesintisiz güç kaynakları tarafından meydana gelebilir. Gürültü, hatalı data iletimine ve bilgisayar işlemi yazıcı veya terminal hatalarına neden olabilir. Sinüs dalga şeklinin bozulmasına sebep olur.

Brown-out

Şebeke voltajında uzun süreli bir düşmedir. Genel olarak yoğun iş saatlerinde oluşur. Dakikalar, bazen saatler süren uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Tepe akım isteği kapasitenin üzerinde olduğunda şebekeler tarafından yaratılırlar.

Brown-out, lojik devre ve disk sürücüleri düzgün çalışmaları için gerekli gerilimden yoksun bırakarak hatalı çalışmalarına yada donanım hasarlarına neden olurlar.

Black-out

Dakikalar, saatler bazen de günler boyu süren (0) sıfır gerilim durumlarıdır. Enerji dağıtım şebekesine, taşıyabileceğinden daha fazla yük bindirildikçe daha sık enerji kesintisi oluşur.

Black-out, kazalar, doğal afetler ve topraklama hatalarından meydana gelebilir. Tamamen gerilim yokluğudur ve bilgi kaybına sebep olur. En önemli etkisi sistem çökmelerine neden olmasıdır. Güç aniden kesildiği zaman disk sürücüler ya da diğer sistem bileşenleri zarar görebilir.

Harmonikler

Normal sinüs dalgada meydana gelen bozukluklardır. Harmonikler, gerisin geri AC hattına lineer olamayan yükler tarafından itilirler. Fotokopi ve fax makinaları, değişken hızlı motorlar, bilgisayarlar lineer olamayan yüklere örnek gösterilebilir.

Bu harmonikler, AC hattına bağlı diğer cihazların çalışmalarına engel teşkil edebilir. Harmonikler, donanım hasarlarına ve iletişim hatalarına neden olabilir. 3 fazlı sistemlerde trafo ve nötr iletkenlerin aşırı ısınıp yangın tehlikesi oluşturmasına neden olabilir.

UPS Kullanım Alanları

Hem hayati önem taşıyan kuruluş ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan UPS’ lerin kullanım alanları:

• Bilgisayarlar ve bilgisayar destekli otomasyon sistemleri
• Bilgisayar destekli üretim – amabalajlama tezgahları (metal işleme, tekstil, otomotiv gibi)
• Hava trafik kontrol merkezleri
• Tıbbi elektronik cihazlar, hastaneler
• Hava alanı aydınlatması
• Soğutma cihazları
• Isıtma sistemleri
• Haberleşme ve yayın kuruluşları
• Asansörler
• Elektronik kapılar
• Elektronik teraziler
• Acil durum aydınlatmaları ısıtma cihazları
• Barkod cihazları
• Yazar kasalar
• Askeri radar sistemleri
• Fotoğraf baskı cihazları
• CNC Tezgahları

KGK-UPS bu ihtiyaçları karşılayan statik elektronik cihazlardır. Güç kaynağı firmaları tarafından yapılan çeşitli marka ve performansta UPS imalatı yapılmaktadır. Fiyatları da gücüne, markasına, iç dizaynın özelliklerine göre değişmektedir.

UPS’ lar Hangi Cihazlar ile Kullanılır?

POS cihazı, ink-jet ve bubble, inkjet veya pen plotter, güvenlik sistemleri, jet yazıcı, terminal, faks makinesi, digitizer, fax-modem cihazı, scanner, telefon santrali, dot-matrix yazıcı ve bunun gibi her türlü elektronik cihaz kesintisiz güç kaynağına bağlanabilir.

Elektrikli ısıtıcılar, aydınlatma cihazları, lazer yazıcılar, fotokopi makineleri, soba, klima, vantilatör gibi cihazlar UPS’ ye bağlanmaz. Bu tür cihazlar daha çok rezistif yük meydana getirirler, kalkış akımları fazladır. Bundan dolayı UPS’ nin ısınmasına veya ilk açılış sırasında zarar görmesine neden olurlar.