تاریخچه اختراع یو پی اس

چه کسی منبع تغذیه بدون وقفه را اختراع کرد

در دنیای مدرن ما، جایی که تقریبا همه جنبه های زندگی ما را فناوری هدایت می کند، نمی توان اهمیت منبع تغذیه بدون وقفه و قابل اعتماد (UPS) را نادیده گرفت. سناریویی را تصور کنید که در آن سیستم های بحرانی و حیاتی به دلیل قطع برق ناگهانی خاموش می شوند و باعث از دست رفتن داده ها، اختلال و ضررهای مالی احتمالی می شوند. UPS دستگاهی ست که به منظور پر کردن شکاف بین قطعی برق و عملیات بی وقفه دستگاهها طراحی شده است. اما مغز متفکر پشت این اختراع مبتکرانه کیست؟ در این مقاله جامع، به بررسی تاریخچه و تکامل UPS می پردازیم و افراد و نوآوری هایی که منجر به وجود آمدن آن شده اند را بررسی می کنیم.

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) چیست؟

قبل از کاوش در تاریخچه UPS، ضروری است که بدانیم یو پی اس چیست. UPS یک منبع تغذیه بدون وقفه است. یک دستگاه الکترونیکی است که برای تامین برق کوتاه مدت در زمانی که منبع تغذیه اصلی از کار می افتد، طراحی شده است. علاوه بر این می تواند در برابر نوسانات ولتاژ محافظت کند و این اطمینان را به ما بدهد که دستگاههای متصل در هنگام نوسانات الکتریکی ایمن باقی می مانند و عملکرد درستی دارند.

تولد یو پی اس: اختراعات و نوآوری های اولیه

چه کسی منبع تغذیه بدون وقفه را اختراع کرد؟ منشا یو پی اس تا حدودی مبهم است و هیچ مخترع یا تاریخی روی آن مهر نشده است. با این حال، نیاز به یک منبع انرژی ثابت را می توان به اوایل قرن بیستم نسبت داد.

با رشد صنایع و پیشرفت تکنولوژی، نیاز به نیروی قابل اعتماد و مطمئن بسیار مهم شد. سیستم های اولیه UPS از یک موتور الکتریکی همراه با یک ژنراتور استفاده می کردند. وقتی قدرت ثابت بود، موتور کار می کرد، ژنراتور را می چرخاند و مجموعه ای از باتری ها را شارژ می کرد. در صورت قطع برق، باتری ها قدرت را به دست می گرفتند و از انرژی ذخیره شده برای چرخاندن ژنراتور و تامین برق استفاده می کردند.

این سیستم های چرخشی، حجیم، گران و دارای محدودیت هایی از نظر زمان اجرا بودند. با این حال آنها پیشرو چیزی بودند که امروزه به عنوان UPS می شناسیم و به عنوان راه حل اصلی برای تداوم برق در روزهای اولیه بودند.

روزهای اولیه: ظهور راه حل های پشتیبان گیری قدرت

قبل از ظهور یو پی اس مدرن، راه حل های پشتیبان برق، ابتدایی و در قابلیت های محدود بودند. سیستم های اولیه با استفاده از باتری ها و ژنراتورها برق موقت را در هنگام قطعی تامین می کردند. این تنظیمات عمدتا در برنامه های کاربردی حیاتی، مانند مراکز مخابراتی، بیمارستان ها و تاسیسات نظامی استفاده می شد. با این حال، آنها فاقد پیچیدگی و کارایی هستند که در UPS های مدرن می بینیم.

مخترع مبتکر: هارولد پی براون

داستان UPS ما را به اواخر دهه 1920 می برد. زمانی که هارولد پی. براون مهندس برق، چیزی را اختراع کرد که پیشرو منبع تغذیه بدون وقفه مدرن در نظر گرفته می شود. براون یکی از پیشگامان مهندسی برق، پیش از این به دلیل فعالیت هایش در زمینه هایی مانند بارش الکترواستاتیک و انتقال نیروی الکتریکی به خوبی شناخته شده بود. او در سال 1923 شرکت مهندسی اچ پی براون را تاسیس کرد که بعدها نقش مهمی در توسعه یو پی اس ایفا کرد.

در اواخر دهه 1920، براون در سال 1928 یک "دستگاه ذخیره انرژی الکتریکی" را به ثبت می رساند که می توان آن را نسخه اولیه UPS در نظر گرفت. اختراع او با هدف رسیدگی به چالش های ناشی از نوسانات و قطع برق که صنایع مختلف را تحت تاثیر قرار می دهد، انجام شد. سیستم براون شامل استفاده از باتری ها برای ذخیره انرژی الکتریکی در طول دوره های تامین برق عادی و رهاسازی آن در هنگام قطعی برق بود. در حالی که اختراع او یک گام پیشگام بود، فاقد برخی از ویژگی ها مانند تعویض خودکار و انتقال بدون درز برق که سیستم های UPS مدرن ارائه می دهند، بود.

تکامل در طول دهه ها: پیشرفت در فناوری UPS 

- دهه 1970-1960: ظهور ترانسفورماتورهای فرورزونانت

دوره ای که از دهه 1960 تا 1970 را در بر می گرفت، یک دوره دگرگون کننده برای فناوری منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) بود که با توسعه و ادغام ترانسفورماتورهای فرورزونانس مشخص شد. این ترانسفورماتورهای پیشرفته چندین مزیت را نسبت به پیشینیان خود داشتند.

مهمتر از همه، آنها در ارائه ولتاژ خروجی بسیار پایدارتر در مواجهه با ناهماهنگی ها و نوسانات توان، مهارت داشتند. چنین ثباتی بسیار مهم بود زیرا خطر آسیب احتمالی تجهیزات را به میزان قابل توجهی کاهش می داد و اطمینان می داد که دستگاههای الکترونیکی ظریف از افت ناگهانی ولتاژ در امان می مانند.

با این حال، در حالی که ترانسفورماتورهای فرورزونانت نشان دهنده پیشرفت در حوزه منبع تغذیه بودند، بدون اشکال هم نبودند. نسل های اولیه سیستم های UPS که این ترانسفورماتورها را در خود جای داده بودند، مشخصا بزرگ و دست و پا گیر بودند.

حجیم بودن فیزیکی آنها باعث می شود تا در فضاهای کوچک، چالش برانگیز باشند. علاوه بر اندازه آنها، این سیستم های UPS اولیه در مصرف انرژی کارآمدی خاصی نداشتند، که منجر به افزایش هزینه های عملیاتی می شد. علاوه بر این، آنها ظرفیت محدودی داشتند، به این معنی که نمی توانستند عملیات در مقیاس بزرگ یا با قدرت بالا را برای مدت طولانی پشتیبانی کنند. با گذشت سال ها، تولیدکنندگان به دنبال راههایی برای غلبه بر این محدودیت ها بودند و راه را برای قدم های بعدی در فناوری های UPS هموار می کردند.

- دهه 1980: تولد سیستم های یو پی اس مدرن

در دهه 1980، مرحله تحول سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) آغاز شد و پایه های راه حل های پیشرفته رایج در دنیای امروز را ایجاد کرد. این دهه شاهد تکثیر فناوری حالت جامد بود که قطعات مکانیکی قدیمی را با قطعات الکترونیکی جایگزین کرد و عملکرد کارآمدتر و کاهش سایش را تضمین کرد.

علاوه بر این، ادغام ریزپردازنده ها امکان کنترل، تشخیص و سازگاری بهتر سیستم های UPS را فراهم می آورد که منجر به افزایش عملکرد و سفارشی سازی کاربر می شود.

یکی دیگر از پیشرفت های مهم، معرفی سوئیچینگ فرکانس بالا بود. این جهش تکنولوژیکی در کاهش اندازه واحدهای یو پی اس و در عین حال افزایش کارایی آنها موثر بود. چنین گام های تکنولوژیکی با ترکیب ویژگی هایی مانند تنظیم خودکار ولتاژ (AVR) تکمیل شد. این فناوری ولتاژ خروجی ثابتی را بدون توجه به نوسانات ولتاژ ورودی حفظ می کرد و عملکردهای switchover خودکار، با انتقال فوری به برق پشتیبان در هنگام قطع برق اصلی، منبع تغذیه بدون وقفه را تضمین می کرد.

در طول این دهه محوری، شرکت های خاصی به عنوان رهبران و پیشگامان در بخش UPS ظاهر شدند که سهم آنها در چشم انداز UPS بسیار مهم بود. یکی از این نهادهای قابل توجه، APC (تبدیل قدرت آمریکایی) بود. APC نه تنها طرح های نوآورانه ای را معرفی کرد که هم کارآمد و هم از نظر زیبایی شناسی، جذاب بودند، بلکه بر توسعه رابط های کاربر پسند نیز تأکید داشتند.

این رویکرد درک و راه اندازی سیستم های UPS را برای افراد، حتی آنهایی که دانش فنی ندارند، آسان تر می کند. در نتیجه دستگاههای UPS نه تنها در موسسات تجاری، بلکه در خانه ها نیز جایگاه خود را پیدا کردند، که نشان دهنده گسترش قابل توجهی از دسترسی به بازار و پایگاه کاربران آنها بود. از طریق تلاش های آنها و سایر شرکت ها، دهه 1980 واقعاً به دهه ای تبدیل شد که دنیای سیستم های UPS را دوباره تعریف و مدرن کرد.

- دهه 1990 تا 2000: پیشرفت در فناوری باتری و یو پی اس آنلاین

از دهه 1990 تا اوایل دهه 2000، دنیای سیستم های UPS به لطف پیشرفت در فناوری باتری و معماری سیستم، تحت یک سری تغییرات دگرگون کننده قرار گرفت.

یکی از قابل توجه ترین نوآوری های این دوره، معرفی و پذیرش گسترده باتری های سرب اسیدی تنظیم شده با شیر (VRLA) که اغلب به عنوان باتری های سرب اسیدی «مهر شده» شناخته می‌شوند، از طراحی منحصربه‌فردی استفاده می‌کنند که در آن الکترولیت بی‌حرکت می‌شود، یا در ژل یا در یک تشک فیبری جذب می‌شود.

این امر حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری و کاهش خطر نشت را تضمین می کند و همچنین امکان قرار دادن گزینه های انعطاف پذیرتر را فراهم می کند. نتیجه نهایی، یک سیستم UPS با افزایش زمان اجرا، قابلیت اطمینان بیشتر و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری بود.

در کنار نوآوری های باتری، قلمرو سیستم های UPS شاهد ظهور یک طراحی جدید - UPS آنلاین بود. این طراحی با طرح های آماده به کار قبلی یا طرح های تعاملی خطی در تضاد بود. محور UPS آنلاین در فناوری تبدیل دوگانه آن نهفته است. سیستم‌های UPS آنلاین به‌جای تغییر به برق پشتیبان در هنگام قطع، پیوسته برق AC ورودی را به DC تبدیل می‌کنند و سپس آن را دوباره به AC تبدیل می‌کنند.

این فرآیند دو مرحله ای به عنوان یک بافر عمل می کند و تضمین می کند که توان خروجی، ثابت و عاری از هر گونه نوسان، اختلال یا نویز الکتریکی است. بنابراین، تجهیزات متصل همیشه یک منبع تغذیه خالص و تثبیت شده دریافت می‌کنند که از دستگاههای الکترونیکی حساس محافظت می‌کند و عملکرد بی‌وقفه را تضمین می‌کند.

ترکیب راه حل های باتری پیشرفته و تکثیر سیستم های UPS آنلاین در طول دهه 1990 و اوایل دهه 2000 نقش مهمی در تعیین معیارهای جدید برای راه حل های پشتیبان برق ایفا کردند که هم طول عمر و هم کیفیت تحویل برق را مورد توجه قرار می داد.

حال و آینده: Smart-UPS و فناوری های سبز

همانطور که ما در جریان های امروزی حرکت می کنیم و به افق آینده نگاه می کنیم، سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) به سرعت در حال تکامل هستند و هوشمندتر و دوستدار محیط زیست می شوند.

واحدهای مدرن Smart-UPS گواهی بر ادغام فناوری و ابزار هستند. این واحدها با ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند قابلیت‌های نظارت از راه دور تعبیه شده‌اند که به کاربران و مدیران اجازه می‌دهد تا عملکرد سیستم را از هر نقطه‌ای در جهان بررسی کنند.

این سیستم‌های UPS می‌توانند الگوهای مصرف برق را تجزیه و تحلیل کنند، مشکلات احتمالی را پیش‌بینی کنند و عملیات را برای اطمینان از عملکرد بهینه تنظیم کنند. ادغام با پلتفرم‌های مبتنی بر ابر، این قابلیت‌ها را بیشتر می‌کند و به‌روزرسانی‌های یکپارچه، ذخیره‌سازی داده‌ها و تجزیه و تحلیل‌های عمیق را امکان‌پذیر می‌سازد. چنین نوآوری‌هایی نه تنها طول عمر و کارایی واحدهای یو پی اس را افزایش می‌دهند، بلکه بینش‌هایی را برای نگهداری پیشگیرانه و بهینه‌سازی انرژی متناسب ارائه می‌دهند.

به موازات آن، با افزایش نگرانی ها در مورد تخریب محیط زیست و تاکید جهانی بر پایداری، صنعت UPS در حال تجربه یک تغییر پارادایم است. تمرکز فزاینده ای بر روی توسعه راه حل های انرژی کارآمد و سازگار با محیط زیست وجود دارد. سازندگان در حال بررسی پتانسیل باتری‌های لیتیوم یونی هستند که طول عمر بیشتر، زمان شارژ مجدد سریع‌تر و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری را در مقایسه با انواع باتری‌های سنتی ارائه می‌دهند.

علاوه بر این، علاقه فزاینده ای به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی یا بادی، برای تکمیل یا حتی تامین انرژی سیستم های UPS وجود دارد. این ابتکارات نه تنها ردپای کربن در عملیات UPS  را کاهش می‌دهد، بلکه کارایی و قابلیت اطمینان سیستم‌های پشتیبان برق را نیز تقویت می‌کند و راه را برای آینده‌ای پایدار و از نظر فناوری پیشرفته هموار می‌کند.

دنیای شگفت انگیز منابع تغذیه بدون وقفه

در اینجا، نگاهی به اجزا و عملکردهای کلیدی UPS می اندازیم.

- یکسو کننده:  مبدل توان هوشمند در قلب هر سیستم یو پی اس، یکسو کننده است، دستگاهی که مسئول تبدیل برق جریان متناوب ورودی (AC) به جریان مستقیم (DC) است. این برق DC یک هدف دوگانه دارد - باتری داخلی یو پی اس را شارژ می کند و همزمان برق اینورتر را تامین می کند. این فرآیند یکپارچه تضمین می کند که UPS آماده است تا هر زمان که قطع برق رخ دهد، وارد عمل شود.

- بانک باتری: مخزن نیرو و پشتیبان بانک باتری در یک سیستم UPS ، هم به عنوان یک مخزن برای ذخیره انرژی و هم به عنوان یک پشتیبان قابل اعتماد در صورت قطع برق عمل می کند. همانطور که یکسو کننده، باتری ها را با برق DC شارژ می کند، آنها انرژی می گیرند و در صورت نیاز آماده می شوند تا پتانسیل ذخیره شده خود را آزاد کنند. بانک باتری یک حلقه مهم در زنجیره UPS را تشکیل می دهد و یک بافر ضروری در برابر قطع ناگهانی برق ارائه می دهد.

- اینورتر: هنگامی که شبکه در معرض قطع برق قرار می گیرد و توان مجدداً تعریف می شود، اینورتر به عنوان یک جزء محوری سیستم UPS فعال می شود. نقش آن این است که برق DC ذخیره شده در باتری ها را دوباره به برق AC قابل استفاده تبدیل کند و انتقال یکپارچه به منبع انرژی باتری را تضمین کند. این عملیات، کلید حفظ منبع تغذیه مداوم برای دستگاه‌های متصل و محافظت از آنها در برابر اختلالات است.

- سوئیچ انتقال خودکار: کلید انتقال خودکار، وظیفه انتقال سریع و بدون درز در صورت قطع برق را به عهده دارد. یک دستگاه با ادراک بالا، لحظه ای که حس می کند برق شبکه ناپایدار یا در دسترس نیست، بدون از دست دادن ضربان، بار را از برق AC به برق تولید شده توسط باتری UPS منتقل می کند. این سوئیچ آنی تضمین می‌کند که دستگاههای الکترونیکی حساس و سیستم‌های حیاتی، بدون تأثیر نوسانات برق، فعال بمانند.

- تنظیم ولتاژ: تنظیم ولتاژ نقش مهمی در ارائه توان ثابت و قابل اعتماد به دستگاه‌های متصل دارد. نوسانات در سطوح ولتاژ می تواند اثرات مضری بر تجهیزات الکترونیکی داشته باشد و به طور بالقوه منجر به نقص یا از دست دادن داده ها شود. سیستم‌های  UPS از مکانیسم‌های تنظیم ولتاژ پیشرفته برای حفظ سطوح بهینه ولتاژ، محافظت از تجهیزات در برابر آسیب و ایجاد یک توان پایدار استفاده می‌کنند.

- مکانیسم بای پس: یک شبکه ایمنی برای پاسخگویی به سناریوهای تعمیر و نگهداری است. واحدهای UPS  اغلب دارای یک مکانیسم بای پس هستند. این ویژگی برق را از سیستم UPS  به منبع اصلی برق به صورت یکپارچه منتقل می کند، در واقع این مکانیسم اجزای داخلی که ممکن است نیاز به سرویس داشته باشند دور می زند و مستقیم به برق اصلی وصل می شود. این مکانیسم تضمین می کند که عملیات حیاتی بدون وقفه در حین انجام وظایف تعمیر و نگهداری ادامه می یابد.

شرکت های کلیدی پشت نوآوری های UPS

APC (American Power Conversion Corporation)

شرکت APC آمریکا به عنوان یک پیشگام در قلمروUPS ، سفر خود را در سال 1981 آغاز کرد. APC با تمرکز اولیه بر افزایش حفاظت از برق برای رایانه های شخصی، کمک قابل توجهی در جهت شکل دادن به چشم انداز فناوری منبع تغذیه بدون وقفه داشته است. در طول سال‌ها،APC  به دلیل قابلیت اطمینان و نوآوری شهرت پیدا کرده است و مجموعه‌ای از سیستم‌های UPS را ارائه می‌کند که برای محافظت از تداوم تجربیات محاسبات شخصی طراحی شده‌اند.

شرکت ایتون (Eaton Corporation)

شرکت ایتون که قاره ها و صنایع را در بر می گیرد، به عنوان یک نیروگاه چند ملیتی در مدیریت انرژی ظهور می کند. از ایرلند تا ایالات متحده، حضور ایتون در سطح جهانی طنین انداز می شود. در قلمرو پیچیده سیستم‌های UPS صنعتی، ایتون جایگاه برجسته‌ای را ایجاد کرده است و از تخصص خود برای ارائه راه‌حل‌های قوی برای حفاظت از انرژی حیاتی استفاده می‌کند. میراث غنی و مجموعه متنوع پیشنهادات شرکت بر تعهد پایدار آن به ارائه راه حل های برق بدون وقفه در سراسر حوزه های صنعتی تاکید دارد.

شرکت سایبر پاور (CyberPower)

CyberPower به عنوان یک نهاد برجسته و متخصص در سیستم‌های UPS که هم برای دفاتر خانگی و هم برای محیط‌های حرفه‌ای استفاده می‌شود، ظاهر می‌شود. نقطه قوت این برند در مجموعه ای همه کاره از گزینه های UPS نهفته است که به طور متفکرانه ای برای پاسخگویی به طیفی از نیازها، از محافظت از ایستگاه‌های کاری شخصی تا تقویت تنظیمات پیچیده حرفه‌ای، طراحی شده است. 

نتیجه گیری: 

منبع تغذیه اضطراری (UPS) از زمان پیدایش خود راه طولانی را پیموده است و از سیستم‌های پشتیبان برق ابتدایی گذشته به راه‌حل‌های پیچیده، کارآمد و هوشمندی که امروزه به آنها تکیه می‌کنیم، تکامل یافته است. نبوغ افرادی مانند هارولد پی. براون راه را برای ایجاد این فناوری ضروری هموار کرد و نسل‌های بعدی مهندسان و مبتکران بر این پایه بنا نهاده‌اند تا سیستم‌های UPS را که نقشی حیاتی در حفظ اتصال و پیشروی تکنولوژیکی ما ایفا می‌کنند، به ما ارائه دهند.

منابع:

• https://www.geeksforgeeks.org/ups-full-form/

• https://www.facilitygateway.com/history-of-the-uninterruptible-power-supply