کاربرد و دلایل استفاده از یو پی اس برای دستگاه برش لیزر و CNC
بخش ۱: مقدمه – چرا UPS برای ماشین‌آلات دقیق ضروری است؟
در دنیای تولید صنعتی مدرن، دقت، تکرارپذیری و کیفیت نهایی محصول کاملاً وابسته به پایداری تغذیه الکتریکی تجهیزات است. دستگاه‌های برش لیزر و CNC به‌عنوان قلب تپنده بسیاری از کارگاه‌ها و خطوط تولید، نیازمند تغذیه‌ای عاری از نوسانات، افت ولتاژ، نویز و قطع ناگهانی برق هستند.
برق شهری در ایران و بسیاری از کشورهای در حال توسعه، به دلایل زیر از نظر کیفیت توان با استانداردهای بین‌المللی فاصله دارد:
- افت ولتاژ (Voltage Sag) هنگام راه‌اندازی بارهای سنگین مثل موتورهای صنعتی.
- نوسان فرکانس به‌خصوص در ساعات اوج مصرف.
- وجود هارمونیک‌های زیاد (THD بالا) به‌علت استفاده گسترده از منابع تغذیه سوئیچینگ و بارهای غیرخطی.
- قطع‌های لحظه‌ای یا طولانی‌مدت که می‌تواند کل پروسه تولید را مختل کند.
قطع ناگهانی برق در حین کار با CNC یا لیزر، می‌تواند باعث شود:
- قطعه‌کار نیمه‌تمام و غیرقابل استفاده شود.
- ابزار یا لنز آسیب ببیند.
- هم‌محوری مکانیکی دستگاه از تنظیم خارج شود.
- دیتای برنامه در کنترلر از بین برود یا خراب شود.
این موارد باعث هزینه‌های مستقیم (تعمیر دستگاه، ضایعات محصول) و هزینه‌های غیرمستقیم (توقف خط تولید، تأخیر تحویل سفارش) می‌شوند. به همین دلیل استفاده از UPS صنعتی Online برای چنین ماشین‌آلاتی یک سرمایه‌گذاری ضروری است نه یک انتخاب اختیاری.
بخش ۲: شناخت ساختار الکتریکی و مکانیکی CNC و لیزر
برای درک نیاز به UPS، باید اجزای حساس این دستگاه‌ها را بشناسیم.
۱. بخش کنترل (Control Unit)
شامل کامپیوتر صنعتی یا کنترلر اختصاصی (مثل Fanuc، Siemens، Syntec و …) که پردازش فرمان‌ها و ارسال پالس به درایوها را انجام می‌دهد.
- حساسیت: افت ولتاژ ۱۰٪ می‌تواند باعث ریست شدن کامل کنترلر شود.
۲. درایوها و موتورهای سروو/استپر
این موتورها با ولتاژ DC یا AC کار می‌کنند و برای هر محور (X, Y, Z و گاهی محور چهارم A یا چرخشی) استفاده می‌شوند.
- حساسیت: ولتاژ بیش از حد می‌تواند ماژول IGBT را بسوزاند.
۳. منبع لیزر (Laser Source)
در دستگاه لیزر CO₂ یا فایبر، منبع لیزر به ولتاژ ثابت و بدون ریپل نیاز دارد.
- حساسیت: حتی یک Surge کوتاه می‌تواند منبع لیزر فایبر را از کار بیندازد.
۴. سیستم خنک‌کاری
چیلر یا واترکولینگ در لیزرها، و فن‌ها یا پمپ‌ها در CNC برای جلوگیری از داغ شدن قطعات استفاده می‌شود.
- حساسیت: قطع برق می‌تواند باعث داغی بیش از حد و آسیب دائمی شود.
بخش ۳: مبانی کیفیت توان (Power Quality)
کیفیت توان به معنای ثبات و صحت پارامترهای برق است. مشکلات کیفیت توان عبارتند از:
Sag (افت ولتاژ لحظه‌ای)
علت: شروع به کار موتورهای صنعتی یا افت لحظه‌ای در شبکه
اثر: توقف ناگهانی CNC وسط کار
Swell (افزایش ولتاژ لحظه‌ای)
علت: قطع ناگهانی یک بار بزرگ در شبکه
اثر: سوختن بخش تغذیه الکترونیکی
Surge (ولتاژ ضربه‌ای)
علت: رعدوبرق، سوئیچینگ ترانس‌ها
اثر: آسیب تراشه‌های حساس کنترلر
Harmonics (اعوجاج هارمونیکی)
علت: منابع تغذیه سوئیچینگ و اینورترها
اثر: گرم شدن بیش از حد و خطا در سیستم کنترل
بخش ۴: انواع UPS و انتخاب مناسب برای CNC و لیزر
UPSها سه نوع اصلی دارند:
چرا Online؟
- برق ورودی AC → تبدیل به DC → دوباره به AC با ولتاژ و فرکانس ثابت
- خروجی کاملاً جدا از نوسانات شبکه
بخش ۵: پارامترهای کلیدی انتخاب UPS برای CNC/لیزر
ظرفیت توان (kVA/kW)
باید ۲۰ تا ۳۰٪ بالاتر از توان نامی دستگاه باشد.
ضریب توان (Power Factor)
PF بالا (۰٫۹ یا بیشتر) به معنای استفاده بهینه از توان UPS است.
Crest Factor
برای CNC و لیزر باید حداقل ۳:۱ باشد تا بتواند پیک جریان را تحمل کند.
THD خروجی
باید کمتر از ۳٪ باشد تا نویز روی سیگنال موتور ایجاد نشود.
بخش ۶: محاسبات نمونه انتخاب UPS
فرض کنیم:
- CNC: ۲٫۵kW
- لیزر فایبر: ۳kW
- توان کل: ۵٫۵kW
- ضریب اطمینان ۳۰٪ → توان UPS = ۷٫۱۵kW → حدود ۸kVA
اگر باتری ۱۹۲V و ۴۰Ah باشد:
بخش ۷: ملاحظات نصب
- نصب در اتاق خنک (۲۵ درجه یا کمتر)
- تهویه قوی برای جلوگیری از گرم شدن IGBT
- جلوگیری از ورود گرد و غبار فلزی
- کابل‌کشی با مقطع مناسب و استاندارد IEC 60364
- اتصال زمین (ارت) کمتر از ۲ اهم
- فاصله مناسب از دستگاه‌های دارای نویز مغناطیسی (مثل جوشکاری)
- تست ماهانه باتری
- تمیز نگه داشتن فیلترهای هوا
بخش ۸: ارتینگ و حذف نویز
- اتصال زمین مستقل با مقاومت کمتر از ۲ اهم
- استفاده از کابل شیلددار برای سیگنال‌های انکودر موتور
بخش ۹: نگهداری UPS
- تست دوره‌ای باتری با دستگاه تستر داخلی UPS
- تمیز کردن فیلترها هر ۳ ماه
- به‌روزرسانی Firmware کنترلر UPS
بخش ۱۰: استانداردها
- IEC 62040: استاندارد UPS
- IEEE 519: محدودیت هارمونیک
- IEC 61000: الزامات EMC
بخش ۱۱: مقایسه UPS با استابلایزر و ژنراتور
بخش ۱۲: جمع‌بندی
برای CNC و لیزر، UPS آنلاین با ظرفیت مناسب، باتری باکیفیت و نصب اصولی نه‌تنها از خرابی جلوگیری می‌کند بلکه عمر دستگاه و دقت کار را افزایش می‌دهد.
اولین دیدگاه را ثبت کنید