Sistemas de Alimentación Ininterrumpible (UPS) Electrónica Industrial A. Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez

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2 UPS Los sistemas de alimentación ininterrumpible (UPS por sus siglas en inglés) son los equipos más completos para eliminar los problemas de la red de alimentación. Sin embargo, son equipos que dependiendo de las funciones y capacidades, suelen ser costosos. De ahí que su selección, sobre todo cuando sea de potencia considerable, debe ser justificada en su totalidad.

3 Evolución de los UPS Años 60 s Años 60 s - 70 s Actualidad Batería, Motor de CC y generador de CA Batería, Inversor basado en electrónica de potencia Ambos esquemas son vigentes. Predomina el esquema con inversor

4 Elementos constitutivos Salida Red Rectificador Inversor Interruptor (electrónico o mecánico) Batería Esquema general a bloques de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida

5 Elementos constitutivos Rectificador: Batería: Inversor: Interruptor: Carga un banco de baterías para almacenamiento de energía. Celdas de almacenamiento de energía. Suministran energía ante una falla de la alimentación principal (50% del costo total). Convierte la tensión de corriente continua (CC) a corriente alterna (CA). Conmuta a la carga entre la salida del UPS y la red, o viceversa.

6 UPS en línea ( on line ) La carga es alimentada normalmente por el inversor Ventajas Salida libre de perturbaciones No hay perturbaciones por fallo y vuelta de red Desventajas Red La energía es tratada dos veces La confiabilidad disminuye (TMEF) Rectificador Batería Inversor El interruptor conmuta la carga a la red ante una falla del UPS o para fines de mantenimiento. Carga TMEF = 8000 hrs. sin conmutador a red

7 UPS fuera de línea ( off line o No break ) La carga es alimentada normalmente por la red Ventajas La energía pasa directamente de la red a la carga La confiabilidad del UPS aumenta y puede ser mayor que en un esquema on line Red Desventajas La carga recibe una alimentación de baja calidad La carga es sometida a perturbaciones y fallos Rectificador Batería Inversor El interruptor conmuta la carga al UPS ante una falla de la red. La velocidad de conmutación es importante Carga

8 Elementos de un UPS: bloque rectificador El objetivo básico del bloque rectificador es mantener cargadas las baterías para la función de respaldo Transformador de aislamiento Rectificador Filtro en CC Red Salida al inversor Fusible Tensión y corriente de referencia Regulador de tensión y corriente Batería

9 Elementos de un UPS: bloque rectificador Los componentes físicos de un rectificador son: diodos o SCR s, inductores y condensadores de CD. Inductor Diodo SCR Transformador Condensador Semiconductores de potencia: elementos activos Inductores, condensadores y transformadores: elementos pasivos

10 Elementos de un UPS: bloque rectificador como cargador de baterías Existen dos procesos básicos para la carga de baterías. Las baterías pueden representar el 50% del costo total. Carga simple Opción adecuada para baterías pequeñas. Se denomina también como carga por flotación. Consiste en fijar una tensión de referencia ligeramente superior a la tensión nominal de la batería (por ejemplo, para una batería de 12 V, se fija una referencia a 14 V), sin limitar la corriente de carga. La batería se carga a un grado inferior del óptimo.

11 Elementos de un UPS: bloque rectificador como cargador de baterías Carga compleja Opción adecuada para baterías medianas y grandes. Consta de tres regímenes sucesivos. a) Régimen de corriente constante Se limita la corriente que circula hacia la batería en un nivel constante, haciendo variar la tensión en terminales (10-20 % de los Amperes - hora). b) Régimen de tensión constante Se regula la tensión en terminales controlando la corriente circulando a la batería (15 V para batería de 12 V). c) Régimen de flotación Se mantiene a 14.4 V la batería, con una pequeña corriente circulando

12 Elementos de un UPS: bloque rectificador como cargador de baterías Carga compleja Tensión de batería El proceso de recarga compleja puede ser de 8 a 20 hrs. Tensión constante Baterías en almacenamiento deben de ser sometidas a procesos de carga - descarga periódicos (3 a 6 meses) Corriente de carga t 0 t 1 t 2 Corriente constante Flotación

13 Elementos de un UPS: baterías Baterías de plomo ácido libres de mantenimiento. Baja y mediana potencia Baterías de plomo ácido con electrolito. Mediana y alta potencia

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15 Elementos de un UPS: inversor A partir de la tensión en CC, se genera una salida en CA Inversor Filtro de CA Del rectificador y la batería Salida a la carga Fusible Control encendido / paro Control PWM Regulador de tensión de salida

16 Elementos de un UPS: inversor Los componentes físicos de un inversor: interruptores de potencia (SCR s, IGBT s o BJT s), inductores y condensadores de CD y CA. SCR BJT Inductor Condensador IGBT Semiconductores de potencia: elementos activos Inductores, condensadores y transformadores: elementos pasivos

17 Técnicas PWM Modulación de Anchura de Pulso (PWM por sus siglas en inglés) El objetivo es sintetizar un tensión senoidal a partir de la tensión de corriente continua, controlando la duración de pulsos alternos. Inversor monopulso La tensión de salida se regula a través de un solo pulso. Es ampliamente empleado por su sencillez. Es necesario emplear filtros de CA de baja frecuencia. Inversor multipulso La tensión de salida se regula a través de una serie de pulsos. Es una técnica más reciente que el monopulso, y son necesarios filtros de menor tamaño para la tensión de salida.

18 Técnicas PWM Inversor monopulso Inversor multipulso Tensión Tensión

19 Técnicas PWM Tensión PWM antes del filtro de salida Tensión de salida después del filtro de CA Formas de onda en un equipo monofásico trabajando con PWM multipulso

20 Necesidades de la aplicación: justificación económica Puntos importantes: Costo de un paro de funcionamiento Confiabilidad de la red eléctrica Aparatos y máquinas que necesitan un suministro garantizado Potencia Tiempo de respaldo Fuente de alimentación de reserva de larga duración Tiempo medio entre fallos requerido Tiempo medio de reparación requerido

21 Características de mercado Puntos importantes: Considerar si otro equipo más barato satisface las necesidades Que configuración satisface las necesidades con un costo mínimo Evaluar si el UPS responde a las necesidades de la aplicación Evaluar si el UPS puede trabajar con las perturbaciones presentes Rendimiento Coordinación con las cargas y protecciones Ampliación del UPS en caso necesario

22 Instalación Puntos importantes: Tamaño, peso, espacio necesario, resistencia del suelo Potencia necesaria de la acometida Instalación necesaria Cambio de sitio Ruta de instalación Nivel de ruido acústico producido Entorno Aire acondicionado necesario

23 Mantenimiento Puntos importantes: Responsabilidades del fabricante y/o proveedor Manuales proporcionados Garantía mínima de un año Responsabilidades del departamento de mantenimiento propio Rapidez de respuesta Repuestos

24 El funcionamiento adecuado de un UPS depende de varios puntos: Calidad del equipo Características de la red que lo alimenta Correcta instalación Adecuado mantenimiento Cargas que alimenta dentro de las características especificadas Para potencias superiores a 40 kva se recomienda realizar el proyecto de instalación en colaboración con un grupo de ingeniería especializada

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