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Sistemas de Alimentación Ininterrumpible (UPS)
Electrónica Industrial “A”
Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
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.
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
Elementos constitutivos
Salida
Red
Interruptor
(electrónico o
mecánico)
Inversor
Rectificador
Batería
Esquema general a bloques de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida
Elementos constitutivos
• Rectificador:
Carga un banco de baterías para almacenamiento de
energía.
•
Batería:
Celdas de almacenamiento de energía. Suministran
energía ante una falla de la alimentación principal (50%
del costo total).
•
Inversor:
Convierte la tensión de corriente continua (CC) a
corriente alterna (CA).
•
Interruptor:
Conmuta a la carga entre la salida del UPS y la red, o
viceversa.
UPS en línea (“on line”)
La carga es alimentada
normalmente por el inversor
Ventajas
Rectificador
Carga
Red
•Salida libre de perturbaciones
•No hay perturbaciones por fallo y vuelta
de red
Desventajas
•La energía es tratada dos veces
•La confiabilidad disminuye (TMEF)
Inversor
Batería
El interruptor conmuta la
carga a la red ante una falla del
UPS o para fines de
mantenimiento.
TMEF = 8000 hrs. sin conmutador a red
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”
Rectificador
Carga
Red
Desventajas
•La carga recibe una alimentación de baja
calidad
•La carga es sometida a perturbaciones y
fallos
Inversor
Batería
El interruptor conmuta la
carga al UPS ante una falla
de la red. La velocidad de
conmutación es importante
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
Salida al
inversor
Red
Fusible
Tensión y
corriente de
referencia
Regulador de
tensión y corriente
Batería
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
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.
•
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
•
Carga compleja
Tensión de
batería
Tensión
constante
El proceso de recarga compleja
puede ser de 8 a 20 hrs.
Baterías en almacenamiento
deben de ser sometidas a
procesos de carga - descarga
periódicos (3 a 6 meses)
t0
Corriente de
carga
t1
t2
Flotación
Corriente
constante
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
Elementos de un UPS: inversor
A partir de la tensión en CC, se genera una salida en CA
Inversor
Del rectificador
y la batería
Salida a la
carga
Fusible
Control
Control PWM
encendido / paro
Regulador de
tensión de salida
Filtro de CA
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
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.
Técnicas PWM
•
•
Inversor monopulso
Tensión
Tensión
Inversor multipulso
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
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
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
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
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
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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