با توجه به اینکه انرژی ظاهری در یو پی اس ups مشخصه اصلی این سیستم می باشد (ولت- آمپر) در حالیکه منابع تغذیه تجهیزات مصرف کننده با انرژی واقعی (وات) مشخص می گردند به زبان ساده و قابل فهم از تعاریف اولیه برای توضیح این مطلب استفاده می کنیم. میتوان با الکتریسیته کار انجام داد که در فیزیک از آن بعنوان انتقال انرژی از یک جسم به جسم دیگر در اثر اعمال نیرو یاد شده است. در واقع هر وقت که شما مداری داشته باشید که در آن الکتریسیته جریان دارد و عملی را با آن انجام میدهید به لحاظ فیزیکی “کار” انجام داده اید. واحد کار و انرژی در سیستم متریک “ژول” میباشد.
“تعریف انرژی” به عبارت ساده انرژی عبارت است از سرعت انجام کار.
هر چه انرژی شما در یک سیستم بیشتر باشد کار بیشتری در زمان یکسان انجام خواهد شد.
در زبان الکتریسیته، افزایش انرژی موجب توانایی کار الکتریکی بیشتر در زمان یکسان خواهد شد.(برای مثال وجود وسایل برقی بیشتری در مدار، چرخش سریعتر یک موتور یا راه اندازی یک پردازشگر سریعتر و…)
انرژی، سرعت انجام کار است، یک وات مساوی با انجام یک ژول کار در زمان یک ثانیه خواهد بود.
(Power (W) = Work (J) / Time (seconds
متناظراً مقدار انرژی مصرف شده توسط یک وسیله عبارت از میزان وات مصرفی در زمان مصرف آن برحسب ثانیه است.
(Work (J) = Power (W) * Time (seconds
محاسبه انرژی الکتریکی بسته به نوع الکتریسیته میتواند بسیار ساده یا بسیار پیچیده باشد.
در اینجا انرژی مصرفی برحسب وات صرفاً برای تولید ولتاژ(برحسب ولت) و جریان مدار(برحسب آمپر) میباشد.
(P (W) = V (V) * I (A
یک فرمول بسیار ساده و قابل درک. وقتی که الکترونها با نیروی بیشتری رانده میشوند (ولتاژ بیشتر) و همینطور وقتی تعداد بیشتری الکترون در واحد زمان وجود داشته باشد (جریان بیشتر) کار بیشتری انجام خواهد شد.
از آنجا که P=V*I و I=V/R بنابراین، فرمول فوق را بطریق P=V²/R نیز میتوان بیان کرد.
برای مثال اگر یک مدار ساده 5 ولتی و یک مقاومت 20 اهمی داشته باشیم، جریان عبوری از مدار 250 میلی آمپر خواهد بود و انرژی کلی 5*0.250=1.25w میباشد
حال اگر ولتاژ را دو برابر کنیم (10 ولت) انرژی مصرفی دو برابر نخواهد شد بلکه چهار برابر میشود زیرا دو برابر شدن ولتاژ در حالیکه مقاومت ثابت مانده است جریان را دو برابر خواهد کرد. انرژی کلی در این حالت 5 وات میباشد.
یک سیگنال جریان متناوب، موج ولتاژی است که بین یک مقدار مثبت و منفی در نوسان است و موج جریان نیز با آن حرکت میکند.
اگر چه بعضی اوقات جریان و ولتاژ همزمان به نقطه اوج نمیرسند.
اختلاف زمانی بین جریان و ولتاژ در یک سیکل را “فاز” آن میگویند که برحسب درجه بیان میشود.( زیرا سیکل یک موج سینوسی مشابه یک دایره است)
360 درجه یک سیکل کامل است، 180 درجه نصف سیکل و…
نوع بارهایی که در مسیر واقع شده اند عامل اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ را تعیین میکنند.
بارهای ساده مانند لامپهای حبابی، گرمکن های المنت دار و نظایر آن، بارهای مقاومتی نامیده میشوند. این بارها باعث میشوند که فاز بین جریان و ولتاژ نزدیک صفر باشد. وقتی که زاویه فاز صفر باشد ولتاژ و جریانی که به بار اعمال میشود مساوی با ولتاژ و جریانی است که توسط بار مورد استفاده قرار میگیرد.
نمایش جریان و مقاومت برای یک بار کاملاً مقاومتی (الکتریسیته 220 ولت متناوب) صفر درجه است. زاویه فاز بین ولتاژ و جریان تقریباً دقت کنید که ولتاژ و جریان با هم به نقطه اوج میرسند.
بارهای دیگر بخصوص مواردی مانند موتورهای الکتریکی، بارهای واکنشی (Reactive) خوانده میشوند.
این بارها مانند خازنها و القا کننده ها باعث مقاومت در جاری شدن الکتریسیته متناوب میشوند.(اختلاف فازی تا 90 درجه بین جریان و ولتاژ ایجاد کنند)
نمایشی از ولتاژ و جریان یک موج 220 ولت متناوب که یک بار خالص واکنشی را پوشش میدهد (تئوری). جریان نسبت به ولتاژ حدود 90 درجه تاخیر دارد (همچنین ممکن است ولتاژ نسبت به جریان 90 درجه تاخیر داشته باشد) توجه کنید که هرگاه ولتاژ یا جریان به نقطه اوج برسد دیگری در نقطه صفر قرار دارد.
اگر زاویه فاز بین جریان و ولتاژ 90 درجه باشد، هرگاه ولتاژ در نقطه ماکزیمم باشد (چه مثبت و چه منفی) جریان در نقطه صفر قرار دارد و برعکس. این، بدترین حالت ممکن است که معمولاً در دنیای واقعی اتفاق نمی افتد زیرا بارهای واقعی هرگز کاملاً واکنشی (Reactive) نمی باشند. یک وضعیت متداول این است که این زاویه حدود 45 درجه باشد.
نمایش یک موج 220 ولت متناوب که یک بار(قسمتی مقاومتی و قسمتی واکنشی) را پوشش میدهد. جریان نسبت به ولتاژ 45 درجه تاخیر فاز دارد که این امر، بار را به یک بار القایی تبدیل کرده است. اگر بار از نوع خازنی بود، جریان نسبت به ولتاژ تقدیم فاز داشت (برعکس حالت قبل).
با ضرب کردن ولتاژ و جریانی که به دستگاه اعمال میشود که به آن انرژی ظاهری میگویند.(برحسب ولت- آمپر اندازه گیری میشود)
(Apparent Power (VA) = V (V) * I (A
انرژی ظاهری در انواع یو پی اس ups معرف ولتاژ و جریانی است که به دستگاه فرستاده میشود و مورد استفاده اش اندازه گیری جریان و ولتاژ شرکتی که انرژی الکتریکی را ارسال میدارد، تعیین گرمای تولید شده توسط تجهیزات مورد استفاده و همچنین تعیین اندازه سیمها و دیگر تجهیزات میباشد.
اندازه واقعی انرژی که توسط بار مصرف میشود “انرژی واقعی” و یا فقط انرژی نامیده میشود.( برحسب وات اندازه گیری میشود )
رابطه بین انرژی و انرژی ظاهری در یو پی اس ups با فرمول زیر بیان میشود:
(P (W) = cosine (phase) * Apparent Power (VA
که در آن “کسینوس” تابع مثلثاتی میباشد. کسینوس فاز “ضریب قدرت” بار نیز نامیده میشود.
فرض کنید میخواهیم منبع تغذیه ای را با ولتاژ 220 ولت و جریان 1.2 آمپر راه اندازی کنیم. انرژی ظاهری در یو پی اس ups عبارت از 1.2*220=104 ولت- آمپر خواهد بود. اگر فرض کنیم که ولتاژ و جریان منبع تغذیه 50 درجه اختلاف فاز دارند بنابراین ضریب قدرتcosine(50º)=0.643 خواهد بود (برخی اوقات به درصد بیان میشود %64.3) بنابراین مقدار انرژی واقعی بار، 170w خواهد بود.
