Uno sguardo agli UPS

 

UPS Gruppo di continuità

 

Apparecchiature medicali, computer, data room, sistemi di segnalamento aereo e ferroviario… Ambiti che hanno la tassativa condizione di continuità per il loro corretto funzionamento, a prescindere dalla qualità dell’energia elettrica e dalla sua temporanea assenza.

Quando l’erogazione di energia elettrica subisce per qualsiasi motivo disturbi, sbalzi o interruzioni, la presenza di un UPS risulta fondamentale per proteggere le apparecchiature più vulnerabili o sensibili a un’alimentazione non consona.

La qualità di fornitura delle linee elettriche generalmente non si adatta a tutti i tipi di apparecchiature; picchi di tensione come anche frequenza non regolare, possono causare malfunzionamenti o addirittura interruzioni del lavoro. Come già anticipato la funzione dell’UPS deve essere quella di garantire, intervenendo in modo tempestivo, l’alimentazione ogni qualvolta dovessero presentarsi anomalie di erogazione, blackout e in molti casi fornire alle apparecchiature una qualità migliore di energia elettrica dopo opportune manipolazioni.

Gli UPS hanno diverse impostazioni a seconda del loro scopo: la durata dell’alimentazione di backup è determinata dalla potenza delle batterie.

Nel caso di impiego industriale, che comporta elevate potenze di assorbimento da parte dei carichi, si rende necessario l’utilizzo di gruppi elettrogeni ridondanti rispetto alla linea elettrica e che garantiscano la continuità di alimentazione a monte dell’UPS.

Anche in campo aerospaziale si fa ampio utilizzo di UPS, sfruttando però sistemi differenti come la generazione di energia attraverso batterie a volano (già sperimentate una ventina di anni fa in ambito automotive come alternativa al tradizionale KERS). A differenza delle tradizionali batterie, questa soluzione sfrutta l’energia cinetica ottenuta facendo ruotare un volano a un elevatissimo numero di giri (30.000 – 50.000 giri) convertendo l’inerzia in energia elettrica tramite un generatore.

Le batterie maggiormente impiegate dagli UPS sono al piombo o al nichel cadmio; queste ultime, data la loro caratteristica di perdita della capacità di carica se mantenute sempre collegate, necessitano di un ulteriore sistema che possa isolarle dal circuito una volta completato il ciclo di ricarica.

Le tipologie di alimentazione utilizzate dagli UPS comprendono monofase e trifase AC con output DC così come AC con uscita AC.

Allo scopo di fornire vari tipi di tensione e frequenza, all’interno degli UPS sono presenti filtri, AVR (regolatori automatici di tensione), isolamento galvanico ed altri accorgimenti volti a eliminare i normali difetti presenti nella linea in entrata dell’UPS e garantire il funzionamento in modo indipendente dalla linea elettrica a monte.

Con l’utilizzo di IGBT, MOSFET, transistor e condensatori combinati è possibile ottimizzare la forma di uscita della sinusoide di tensione, mitigando l’output degli inverter caratterizzato da curve a gradini che seppur possiedono ampiezza e frequenza corrette necessitano un andamento più livellato.

Tipologie

A seconda delle apparecchiature e delle loro condizioni di funzionamento esistono varie tipologie di UPS che, in relazione alla loro impostazione, possono intervenire in tempi infinitesimali (con un tempo di trasferimento compreso in un intervallo che va da 15 ms verso valori tendenti allo 0) nonché fornire in modo costante al carico una tipologia di frequenza e tensione migliore rispetto a quella in entrata.

Gli UPS on-line a doppia conversione adottano una tecnologia sempre più diffusa poiché la manipolazione dell’energia offre molta più stabilità rispetto agli UPS meno evoluti. Viene prelevata l’alimentazione esterna e trasformata AC/DC per alimentare il gruppo statico composto da batterie, per poi essere riconvertita DC/AC attraverso un inverter per il carico. Essi forniscono continuamente voltaggio e frequenza regolati, anche durante l’alimentazione normale. andando inoltre a intervenire sulla sinusoide di alimentazione in uscita stabilizzandola e ottimizzandola per l’apparecchiatura. Vengono anche chiamati VFI (voltage and frequency independent) poiché tensione e frequenza sono indipendenti fra input e output. Il loro impiego è adatto per tutti i sistemi che devono funzionare costantemente e che non tollerano sbalzi o interruzioni anche minime di alimentazione. Gli UPS VFI hanno generalmente un tempo di trasferimento tendente a pochissimi mS.

Stesso sistema per il tipo VI (voltage independent) a eccezione della frequenza fornita al carico: in questa tipologia di UPS la frequenza in entrata viene trasferita al carico senza subire manipolazioni. Avviene invece la trasformazione e riconversione regolata della tensione AC/DC/AC per il gruppo statico e per il carico. Questa soluzione permette di ottenere una tensione stabilizzata ma non è indicato per tutti i dispositivi sensibili alle variazioni di frequenza di linea. Mediamente il tempo di trasferimento è minore ai 10 ms.

Per i VFD (voltage and frequency dependent) l’alimentazione al carico avviene soltanto in caso di interruzione dell’alimentazione normale. Questa tipologia di UPS risulta la più semplice ed economica poiché rimane in stand-by mantenendo in carica soltanto il gruppo statico e fornendo direttamente voltaggio e frequenza dalla linea senza alcuna manipolazione. Il VFD ha un tempo di trasferimento più alto rispetto ai VFI e VI (maggiore di 10 ms) e può essere utilizzato per carichi che non risentono particolarmente degli sbalzi di alimentazione e che richiedono soltanto la continuità.

Schema semplificato di UPS a doppia conversione

 

 

 

Articolo scritto da Giardino delle Competenze
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