در دنیای الکترونیک قدرت و سیستمهای تامین برق بدون وقفه (UPS)، THD یو پی اس یا Total Harmonic Distortion یکی از معیارهای حیاتی برای سنجش کیفیت خروجی است. اگر با تجهیزات حساسی مانند سرورها، دستگاههای پزشکی، یا سیستمهای صنعتی کار میکنید، درک مفهوم THD و انتخاب یو پی اس با THD پایین، کلید حفظ سلامت و طول عمر آن تجهیزات است. این مقاله به زبان ساده به بررسی چیستی، اهمیت و راههای کنترل THD در یو پی اس میپردازد.
THD یو پی اس (Total Harmonic Distortion) چیست؟
به زبان ساده، THD معیاری برای سنجش میزان “اعوجاج” یا “انحراف” شکل موج خروجی برق یو پی اس از شکل موج سینوسی ایدهال و خالص است. وقتی شکل موج خروجی یک یو پی اس کاملاً سینوسی نباشد، حاوی فرکانسهای ناخواستهای (هارمونیک ها) است که مضرب صحیحی از فرکانس اصلی (۵۰ یا ۶۰ هرتز) هستند. THD درصدی است که مجموع توان این هارمونیک های ناخواسته را با توان فرکانس اصلی مقایسه میکند.
فرمول ساده شده محاسبه THD:THD (%) = (√(I2² + I3² + I4² + ... + In²) / I₁) × 100
که در آن I₁ جریان فرکانس اصلی و I₂ تا In جریان هارمونیک ها هستند.
علل ایجاد هارمونیک در یو پی اس
منشأ اصلی هارمونیک ها در خروجی یو پی اس، معمولاً مربوط به طراحی مدار اینورتر (Inverter) است. اما مهمترین عامل، بارهای متصل به خروجی یو پی اس هستند که غیرخطی محسوب میشوند. این بارها شامل:
کامپیوترها و سرورها (منابع تغذیه سوییچمدرن)
درایوهای کنترل دور موتور (VFD)
منابع تغذیه بدون ترانس
سیستمهای روشنایی LED و فلورسنت
تجهیزات پزشکی مانند سی تی اسکن و ام آر آی
میشوند. این بارها جریان را به صورت پالسهایی کوتاه از شبکه میکشند که این امر باعث ایجاد اعوجاج شدید در شکل موج جریان و در نهایت ولتاژ میشود.
نمودار مقایسه شکل موج خروجی یو پی اس با سطوح مختلف THD
چرا THD پایین در یو پی اس مهم است؟
THD بالا میتواند عوارض جدی زیر را به دنبال داشته باشد:
گرمای بیش از حد و آسیب به تجهیزات: هارمونیک ها باعث گرمایش اضافی در ترانسفورماتورها، موتورها و کابلها میشوند که میتواند به کاهش عمر یا سوختن آنها منجر شود.
تریبپ کردن فیوزها و کلیدها: جریان هارمونیکی میتواند باعث عملکرد ناخواسته کلیدهای حفاظتی شود.
اختلال در عملکرد تجهیزات حساس: دستگاههایی مانند تجهیزات آزمایشگاهی یا پزشکی ممکن است با خطاهای محاسباتی یا عملکردی مواجه شوند.
کاهش راندمان سیستم (Power Factor): هارمونیک ها باعث کاهش ضریب توان واقعی سیستم میشوند که منجر به افزایش هزینه برق و اتلاف انرژی میگردد.
پیری زودرس خازنها: هارمونیک ها استرس زیادی به بانکهای خازنی وارد کرده و باعث انفجار یا خرابی زودرس آنها میشوند.
مقادیر استاندارد و قابل قبول THD یو پی اس
THD کمتر از ۵٪: ایدهآل برای تجهیزات بسیار حساس (سرورها، مراکز داده، تجهیزات پزشکی).
THD بین ۵٪ تا ۸٪: قابل قبول برای اکثر مصارف اداری و صنعتی.
THD بیشتر از ۸٪: معمولاً فقط برای بارهای کاملاً خطی و غیرحساس (مانند سیستمهای روشنایی قدیمی) توصیه میشود.
استاندارد معتبر IEEE 519 حد مجاز THD را در سیستمهای توزیع برق مشخص میکند.
راههای کاهش THD در سیستم یو پی اس
انتخاب یو پی اس با تکنولوژی اینورتر پیشرفته: یو پی اسهای آنلاین (Double Conversion) با طراحی Pulse Width Modulation (PWM) معمولاً کمترین THD (کمتر از ۲٪) را تولید میکنند.
استفاده از فیلتر هارمونیکی (Harmonic Filter): نصب فیلترهای فعال یا غیرفعال در ورودی یا خروجی یو پی اس.
استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله کننده (Isolation Transformer): این ترانسفورماتورها میتوانند در کاهش هارمونیک موثر باشند.
مدیریت بار و پخش کردن بارهای غیرخطی: از تجمع بارهای غیرخطی روی یک یو پی اس خودداری کنید.
سوالات متداول (FAQ) درباره THD یو پی اس
THD جریان (I-THD): معمولاً توسط بارهای غیرخطی تولید میشود.
THD ولتاژ (V-THD): معمولاً در اثر عبور جریان هارمونیکی از امپدانس شبکه ایجاد میشود.
برای تجهیزات، V-THD اهمیت بیشتری دارد زیرا ولتاژی که به دستگاه میرسد مخدوش است.
با استفاده از دستگاه آنالایزر کیفیت برق (Power Quality Analyzer) میتوان مقادیر دقیق THD و طیف هارمونیک ها را اندازهگیری کرد.
خیر. این مدلها معمولاً هنگام کار در حالت بایپس، برق شهری را با همان THD موجود به خروجی میدهند. تنها یو پی اسهای آنلاین هستند که در تمامی حالات، برق خروجی با THD پایین و کنترلشده ارائه میدهند.
به طور غیرمستقیم بله. از آنجا که THD بالا نشاندهنده اتلاف انرژی بیشتر و گرمایش است، میتواند بار اضافی روی اینورتر ایجاد کرده و در نهایت باعث کاهش راندمان و افزایش مصرف از باتری شود.
برندهای معتبری مانند ایپسون (Eaton)، اِیپیسی (APC by Schneider Electric)، جنرال الکتریک و سایبرپاور (CyberPower) در مدلهای آنلاین خود، یو پی اسهایی با THD بسیار پایین (کمتر از ۲٪) ارائه میدهند.
بارهای غیرخطی مانند موتورهای الکتریکی، سوئیچینگ پاور و تجهیزات الکتریکی قدیمی معمولاً باعث افزایش THD میشوند.
نتیجهگیری
درک مفهوم THD یو پی اس تنها یک بحث تخصصی نیست، بلکه یک ضرورت برای هر مدیر فنی، مسئول IT یا مهندسی است که با تجهیزات حساس و گرانقیمت سروکار دارد. سرمایهگذاری برای خرید یک یو پی اس با THD پایین، در واقع سرمایهگذاری برای محافظت از کل زیرساخت الکتریکی و الکترونیکی سازمان شماست. هنگام خرید یو پی اس حتماً به مشخصه Total Harmonic Distortion در دیتاشیت فنی دستگاه توجه ویژهای داشته باشید و برای تجهیزات حساس، همواره یو پی اس آنلاین با THD کمتر از ۳٪ را انتخاب کنید.
برای دریافت مشاوره تخصصی و انتخاب یو پی اس با THD مناسب، با کارشناسان ما تماس بگیرید:
