UPS ONLINE DOBLE CONVERSION

Sistema de Alimentación Ininterrumpida ( UPS )

Los UPS actúan como interface entre la red eléctrica comercial y la carga critica; sensible a las perturbaciones eléctricas.

El UPS tiene la función de suministrar continuamente , a la carga crítica, una alimentación eléctrica estabilizada d alta calidad e independiente de la tensión eléctrica comercial.

Existente tres tipo de tecnologías de UPS :

• Dinámicos : Almacenan la energía en volantes de Inercia.
• Estáticos    : Equipos de electrónica de potencia que utilizan baterías como  fuentes de energía.
• Híbridos    : Como su nombre lo indica es una combinación de las anteriores. Sustituye las baterías de los UPS estáticos por volantes de Inercia.

De los diferentes tecnologías de UPS existentes, los UPS estáticos son los más instalados.

¿ Por qué la solución más implantada a los problemas de calidad de energía son los UPS estáticos ?.

•  Porque se puede aumentar de potencia y fiabiliad , como  colocando UPS en paralelo.
• Autonomía configurable entre algunos minutos hasta varias horas
• Rendimiento elevado, alta eficiencia.
• Densidad energética elevada
• Facilidad de instalación e integración en cualquier entorno.
• Rango de potencias entre VA hasta MVA

UPS estático NORMA- IEC 62040-3

La norma internacional IEC 62040-3 ( anexo B) , define 03 tipos de UPS:

• UPS Doble Conversión On-Line
• UPS Interactivo
• UPS Stand-by

En este artículo vamos a hablar de los UPS de Doble Conversión OnLine o En línea, el cual  tiene la características de alimentar  con energía estabilizada , a la  carga crítica,  en forma independiente del estado que tenga la red eléctrica comercial.  La energía eléctrica comercial ingresa y es acondicionada por el filtro de entrada EMI (2), luego el booster/ rectificador (3) la transforma en corriente continua y la divide, una parte la destina a sostener la carga de las baterías y la otra alimentara al Ondulador (4), el Ondulador genera la onda de salida que alimentara la carga, el booster es el encargado de separar la línea de la carga (una de las características distintivas de las UPS OnLine), se observa la presencia del by-pas (5) que se utiliza para cuando falla el camino de transferencia energética descrita antes, se observa que el circuito de baterías esta en stand-by. De hecho existe un circuito de control que supervisa y comanda todas las operaciones de la UPS, y es el que decide en que momento y circunstancia deberá utilizarle la energía de baterías o la proveniente de la línea. Esta configuración es la misma para UPS de entrada y salida monofásicas, entrada salida trifásica o entrada trifásica y salida monofásica Veamos mas en detalle cada elemento interviniente en estas UPS.

El Rectificador (Boost) de una UPS OnLine doble conversión transforma la energía alterna de la entrada en un voltaje de continua que alimentara al inversor a plena carga y sostiene al cargador de baterías. El cargador de baterías esta separado del rectificador, este sistema administra la carga o recarga de las baterías, evitando que voltajes de ripples residuales alimenten las baterías, protege las baterías y monitorea todos los parámetros de las baterías (capacidad, temperatura, eficiencia, voltaje y corriente ) Además el rectificador incluye otros elementos de suma importancia, entre ellos el filtro de línea que cumple dos funciones, el primero evita que ruido presente en la línea penetre en la UPS y el segundo que el ruido generado en el proceso de rectificación se reinyecte en la línea.

El Cargador de baterías (H), tal cual se deduce es el encargado de que la energía almacenada en las baterías sea la máxima posible y este disponible en el momento que sea necesario. Las características esenciales de estos cargadores de baterías son:

• Corriente controlada, limitan la máxima corriente de carga al 10% (habitualmente)
• Son del tipo fondo-flote, es decir carga la batería a “fondo”, que esta determinado por el valor de tensión al que llega la batería, y luego la sostiene a “flote” dándole pequeñas dosis de corriente que compensen la autodescarga de la misma.
• Están compensados en temperatura, es decir de acuerdo a la temperatura a la cual esta sometido el banco corrigen el valor de la tensión de fondo. En forma complementaria en algunos cargadores se puede ajustar a la características de las baterías, esto es ajustable entre 2 y 10mV por °C por elemento.
• Tienen el fin de la descarga programable, para adaptarse mejor a los bancos de baterías para largas o cortas autonomías.
• Realizan testeos del estado de las baterías, cada vez que estas se descargan profundamente.
• En los casos de UPS de alta potencia o de bancos de baterías grandes, estos cargadores están hechos con tecnología switching, lo cual hace que se deban extremar otros cuidados, estos son:
– Bajo contenido residual de corriente alterna.
– Bajo contenido residual de voltaje de corriente alterna.
– Elevada estabilidad en el voltaje de salida.

El Ondulador (C) de la UPS es el encargado de convertir el voltaje de corriente continua provisto por el rectificador o por las baterías en una onda de 50 o 60 Hz perfectamente senoidal. Puede ser monofásica o trifásico, de acuerdo a como sea la UPS. Esta controlado por un Procesador digital de señal (DSP – Digital Signal Processor), equipado con transistores IGBT (Insulate Gate Bipolar Transistor) capaces de manejar la alta frecuencia resultante del PWM (Pulse Width Modulation) que es la técnica mediante la cual se convierte la Corrientes Continua (CC) en Corriente Alterna (CA). El Ondulador o convertidor contiene:

– El convertidor propiamente dicho, monofásico o trifásico (según el caso). Dicho inversor funciona basado en la tecnología Pulse Width Modulation (PWM). Recordemos que para el caso de una UPS trifásica el ondulador se encargara de generar las ondas con sus correspondientes desfasajes de 120 grados.
– Un oscilador sincronizado con la frecuencia de la red principal. Y que es capaz de adoptar su propia frecuencia, si la de la red principal no existe o esta fuera de tolerancia.
– Comandado digitalmente por micro-controladores de tecnología DSP, lo cual redunda en una administración de al ta performance, obteniendo como resultados:

*  Precisión en el voltaje, particularmente importante para alimentar cargas no lineales
*  Eficiencia elevada
*  Confiabilidad

Alguna de las principales características son:

• Alimenta cargas no lineales que tienen hasta un factor de cresta 3 (el factor de cresta es la relación entre la corriente eficaz y la corriente de pico) con una muy baja distorsión del voltaje. De hecho alimenta cargas lineales.
• Excelente performance dinámica frente a un impacto de carga.
• Tiene costos operativos reducidos derivados de su alta eficiencia.
• Elevada confiabilidad derivada de la simpleza de los circuitos de control.
• Bajo nivel de ruido sonoro: < 49 dBA.
• Tensión de salida programable por el usuario.
• Capacidad de conectarse en paralelo con otros inversores similares.