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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
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.
UPS
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
Batería, Motor de CC y
generador de CA
Años 60’s - 70’s
Actualidad
Años 60’s
Batería, Inversor basado en
electrónica de potencia
Ambos esquemas son vigentes.
Predomina el esquema con
inversor
Evolución de los UPS
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
Elementos constitutivos
Esquema general a bloques de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida
Salida
Rectificador
Interruptor
(electrónico o
mecánico)
Batería
Inversor
Red
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
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.
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
UPS en línea (“on line”)
La carga es alimentada
normalmente por el inversor
Salida libre de perturbaciones
No hay perturbaciones por fallo y vuelta
de red
La energía es tratada dos veces
La confiabilidad disminuye (TMEF)
Ventajas
Desventajas
•
•
•
•
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
Carga
Rectificador
Batería
Inversor
Red
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
UPS fuera de línea (“off line” o “No break”)
La carga es alimentada
normalmente por la red
•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”
•La carga recibe una alimentación de baja
calidad
•La carga es sometida a perturbaciones y
fallos
Ventajas
Desventajas
El interruptor conmuta la
carga al UPS ante una falla
de la red. La velocidad de
conmutación es importante
Carga
Rectificador
Batería
Inversor
Red
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Electrónica Industrial “A”
Elementos de un UPS: bloque rectificador
El objetivo básico del bloque rectificador es mantener cargadas
las baterías para la función de respaldo
Salida al
inversor Red
Batería
Transformador de
aislamiento Rectificador Filtro en CC
Regulador de
tensión y corriente
Tensión y
corriente de
referencia
Fusible
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Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez
Electrónica Industrial “A”
Elementos de un UPS: bloque rectificador
Los componentes físicos de un rectificador son: diodos o SCR’s,
inductores y condensadores de CD.
Inductores, condensadores y
transformadores: elementos
pasivos
Semiconductores de potencia:
elementos activos
Transformador
Condensador
Inductor
Diodo SCR
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Electrónica Industrial “A”
Elementos de un UPS: bloque rectificador como
cargador de baterías
• 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.
Existen dos procesos básicos para la carga de baterías. Las baterías
pueden representar el 50% del costo total.
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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
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Electrónica Industrial “A”
• Carga compleja Tensión de
batería
t 0
t 1
t 2
Corriente de
carga
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)
Corriente
constante
Tensión
constante
Flotación
Elementos de un UPS: bloque rectificador como
cargador de baterías
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Electrónica Industrial “A”
Elementos de un UPS: baterías
Baterías de plomo ácido con
electrolito. Mediana y alta potencia
Baterías de plomo ácido libres de
mantenimiento. Baja y mediana
potencia
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Electrónica Industrial “A”
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Electrónica Industrial “A”
Elementos de un UPS: inversor
A partir de la tensión en CC, se genera una salida en CA
Salida a la
carga
Inversor Filtro de CA
Regulador de
tensión de salida
Control encendido / paro
Fusible
Del rectificador
y la batería
Control PWM
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Electrónica Industrial “A”
Los componentes físicos de un inversor: interruptores de potencia
(SCR’s, IGBT’s o BJT’s), inductores y condensadores de CD y CA.
Inductores, condensadores y
transformadores: elementos
pasivos
Semiconductores de potencia:
elementos activos
Condensador Inductor
BJT SCR
IGBT
Elementos de un UPS: inversor
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Electrónica Industrial “A”
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
• Inversor multipulso
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.
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.
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Técnicas PWM
• Inversor monopulso • Inversor multipulso
Tensión Tensión
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Electrónica Industrial “A”
Técnicas PWM
Formas de onda en un equipo monofásico trabajando con
PWM multipulso
Tensión de salida después del filtro de
CA
Tensión PWM antes del filtro de salida
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Electrónica Industrial “A”
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
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Electrónica Industrial “A”
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
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Electrónica Industrial “A”
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
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Electrónica Industrial “A”
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
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Electrónica Industrial “A”
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