Qué es UPS? (introducción) UPS: Sistema de Fuerza ininterrumpible.

Sistema de Fuerza ininterrumpible. Qué es??? por: Ing. Miguel Angel Estrada Vidales mestrada@intercable.com.mx Monterrey, N.L. México

Un Sistema de Fuerza Ininterrumpible es un equipo cuya función principal es evitar una interrupción de voltaje en la carga a proteger.

Son varios los nombres que recibe este tipo de equipos, a continuación enumero los más comunes:

- UPS: Son las iniciales en inglés, "Uninterrumptible Power Supply" - No Break: Que significa sin interrupción - SFI: Por Sistema de Fuerza Ininterrumpible - SAI: Por Sistema de Alimentación Ininterrumpible

En el diagrama a bloques anterior, observamos el voltaje de alimentación del UPS y la "Batería", ambas son las dos fuentes de energía para la salida del UPS.

El UPS tomará energía de la Batería, en caso de que haya ausencia del voltaje de entrada y de esta manera se podrá seguir dando voltaje a la Carga.

La "Carga" esta constituida por los aparatos a ser alimentados por el voltaje de salida de UPS y de los cuales no deseamos se interrumpa la energía.

Ejemplos de cargas serían:

- Computadoras - Equipo médico - Equipo de Telecomunicaciones - Conmutadores telefónicos - Cajeros automáticos de Bancos - Equipos de radar en aeropuertos - Sistemas contra incendios - etc.

El Inversor en un UPS. El Inversor

Del diagrama a bloques anterior observamos que en caso de ausencia de voltaje a la Entrada del UPS, el UPS toma energía de la batería y sigue alimentando la "Carga".

Pero la Batería es de "Corriente Directa" y en la carga necesita ser "Corriente Alterna"

Es aquí donde toma importancia un elemento que se encuentra en todo tipo de UPS y este es el "Inversor".

El inversor se encarga de tomar la corriente directa de la batería y la convierte en corriente alterna para alimentar la carga.

Esta corriente alterna obviamente tiene que ser de voltaje de 120 voltios (para el caso de México) y a una frecuencia de 60 Hz. (También para el caso de México)

En el diagrama de arriba, observamos que hay cuatro transistores bipolares en configuración de Puente Inversor.

Cuando se encienden los transistores Q1 y Q4 simultáneamente el voltaje en los terminales de salida es +/-

Ahora si apagamos los transistores Q1 y Q4 y encendemos Q2 y Q3, logramos que el voltaje en los terminales de salida sea -/+.

Es así como se logra la alternancia en polaridades.

El Inversor en un UPS. Onda de salida

El Inversor - Frecuencia y Forma de onda de la salida

Si este cambio de polaridad se efectúa 60 veces por segundo, estaremos generando un voltaje de 12v de corriente alterna a 60Hz.

De tal manera que la forma de onda del voltaje generado sería:

Las señales de disparo de los transistores pueden ser generadas a partir de un circuito oscilador de 60 Hz. De tal manera que en el circuito positivo se mande encender los transistores Q1 y D4 y cuando la señal sea cero, se encienden los transistores Q2 y Q3.

Este voltaje generado de 12 vca. si lo alimentamos a un transformador de 12:120, nos daría en secundario del transformador 120 vca.

Como comentario final del Inversor, la forma de onda cuadrada generada de ejemplo, no es recomendada para usarse en equipo electrónico ya que puede provocar calentamiento excesivo a los componentes de ciertos equipos y su correspondiente daño prematuro.

Para equipo electrónico o de cómputo, es mejor utilizar la forma de onda "cuasisenoidal" o la forma Senoidal, las cuales abordaremos más a fondo cuando hablemos específicamente del Inversor

La batería en el UPS La Batería. Tipos En el diagrama de bloques del UPS, se muestra una batería la cual es la que alimenta el inversor para generar la corriente alterna de 120 v para, en caso de ausencia de voltaje de la energía comercial, poder seguir alimentando la carga.

Hay diversos tipos de baterías y se las llama generalmente de acuerdo a lo materiales que se utilizan para la construcción.

Las hay de un solo uso como por ejemplo:

Zinc-Carbón - Alcalinas - Litio - etc.

También las hay recargables, las cuales una vez que se descargan pueden ser recargadas una vez más conectándoles un voltaje ligeramente superior al voltaje nominal de la batería.

Ejemplos de baterías recargables:

Nickel-Cadmio - Plomo-Acido - Alcalina recargable - Tipo Gel

En si una batería o "celda" consiste de dos placas metálicas separadas por un electrolito el cual va a provocar una reacción química y generando un voltaje o diferencia de potencial entre las dos placas.

Ese voltaje es muy pequeño, así que para obtener voltajes más altos, se conectan varias celdas en serie o en batería, siendo esta la razón por la cual se les llama baterías.

A continuación damos los voltajes por celda de diversos tipos de batería:

Zinc-Carbón 1.50 volts Alcalina 1.50 volts Plomo-Acido 2.0 volts Litio 3.0 volts Nickel-Cadmio 1.2 volts

La batería en el UPS (cont.)

La Batería Plomo-ácido y batería tipo GEL Por ejemplo las baterías de automóvil que necesitan 12 voltios constan en su interior de 6 celdas conectadas en serie. Lo cual podemos constatar al ver los 6 tapones de respiración que contiene.

Hace unos 20 años, las baterías utilizadas para UPS eran de Plomo-Ácido pero representaban una serie de problemas ya que contienen el ácido en forma líquida y dicho ácido (ácido sulfúrico) al entrar en contacto con el aire, cuando se provoca algo de evaporación, genera una sulfatación la cual corroe el contenido metálico donde se alojaban las baterías.

De tal manera que se tenía que dar mantenimiento de limpieza a dichas baterías una o dos veces al año.

Ahora se tienen las baterías tipo Gel, las cuales son también de Plomo-Acido pero el ácido está contenido en forma de gelatina y de esta manera la batería no tiene líquido que derramar aparte de otras ventajas.

Pero eso lo veremos más a fondo en otro capítulo dedicado exclusivamente a las baterías.

La batería de tipo Gel así como la batería de Plomo-Acido tienen un voltaje por celda de 2.0 volts; este es su voltaje nominal.

Voltaje de flotación, fin de descarga de batería de UPS

Voltaje de flotación: La batería con el tiempo se puede descargar aún y cuando no se utilice debido a que hay una corriente de descarga mínima entre las placas, debido a ello, es necesario dar a las baterías un voltaje llamado de flotación, que es un nivel ligeramente mayor al nominal y de esta manera evitamos que la batería se descargue y esté 100% cargada.

El voltaje de flotación para las baterías de Gel es de 2.25 volts por celda (VPC)

En las baterías que tienen líquido como las de auto, una vez descargadas es necesario darles un voltaje de recarga el cual es ligeramente mayor al de flotación siendo del valor de 2.33 VPC.

Pero en las baterías tipo Gel no se recomienda darles voltaje de igualación una vez que se descarga la batería. Con el voltaje de flotación es suficiente para recargarlas.

Fin de la descarga: Cuando estamos pidiendo corriente a la batería, se dice que la estamos descargando. El mínimo voltaje en la batería cuando la descargamos es de 1.75 VPC 0 10.5 volts para baterías de 12 volts.

Si descargamos la batería a un valor menor a 10.5 volts, hay peligro de que la batería ya no se pueda recargar y se daña, teniendo que reemplazarla.

Por tal razón la lógica del UPS debe cuidar de desconectar la batería cuando llegue a 10.5 volts.

Sistema de control del UPS

Control Finalmente, el UPS está controlado por una tarjeta lógica donde generalmente encontramos un Microcontrolador o un microprocesador que sería el que toma decisiones tales como las siguientes:

- Apagado del UPS por bajo voltaje de batería - Detección del nivel de voltaje de Batería para que aún y cuando el voltaje varíe, el Inversor entregue un voltaje regulado a la carga. - Detección del voltaje de Entrada para encender el Inversor - Detección de regreso de voltaje de Entrada a niveles Normales para apagar el Inversor y comenzar a recargar la batería - etc.

Hay equipos UPS desde 250 Volt-amperes hasta 1000 Kva, así es que obviamente la Lógica de Control del equipo varía grandemente dependiendo del UPS y la capacidad.

Hasta aquí terminamos en lo que es una pequeña introducción al tema de los UPS, en próximos tutoriales cubriremos los siguientes temas:

Tecnologías de UPS - Off-Line - Línea Interactiva - On Line - etc.

Las Baterías

El Inversor - Onda cuadrada - Onda Cuasisenoidal - Modulación PWM - Onda Senoidal

Topologías de UPS UPS off line (Fuera de línea) o Stand-By

Existen diversos tipos de Topología de UPS y cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas, es necesario conocerlas si deseamos aprender a reparar un UPS ó si deseamos tener los suficientes conocimientos para seleccionar el equipo más adecuado para nuestras necesidades.

A continuación enumeraremos cada una de estas topologías y la discutiremos ampliamente:

I.- Off Line (Fuera de Línea) ó Stand-By Se le llama Off-Line porque el Inversor se encuentra fuera del camino principal de la corriente, y se le llama Stand-By porque el Inversor se encuentra apagado “en espera” de que sea requerido para encender.

El UPS Off-Line es el tipo de UPS más económico ya que integra muy pocos componentes, el nivel de protección obtenido con este tipo de equipos también es muy limitado pero en general considero que es muy adecuado para protección de la computadora en el hogar ya que la inversión es muy baja (alrededor de unos 70 a 100 dólares) y aún así tenemos protegida nuestra computadora.

A continuación un diagrama a bloques del UPS Off-Line:

Filtro y supresor de transitorios en UPS Off Line A.- Filtro y Supresor de Transitorios: El Filtro de Línea reduce las variaciones transitorias de voltaje debidas al encendido y apagado de ciertos aparatos como por ejemplo motores eléctricos.

Además reduce el ruido eléctrico que viene con el Voltaje de Alimentación del UPS para que aparezca en niveles más seguros en la carga.

Cabe hacer la aclaración que el Filtro de Línea sólo reduce problemas de variación de voltaje que son de tiempo muy corto; por el rango de los milisegundos y nanosegundos. No es su función regular el voltaje.

El Filtro de Línea consiste en bobinas las cuales rechazan voltajes de alta frecuencia y capacitores conectados a Tierra para que cualquier alta frecuencia sea drenada a Tierra.

El Supresor de Transitorios lo que hace es recortar los picos de voltaje que aparecen en la línea a niveles más seguros.

Un Transitorio de voltaje usualmente anda por el orden de los milisegundos a los nanosegundos y en valor, puede alcanzar desde los 200 hasta varios miles de volts. Consiste esta etapa generalmente de los llamados Varistores de Oxido Metálico (MOV).

Al Supresor de Picos se le llama comúnmente TVSS que significa Supresor de Voltaje Transitorio por sus siglas en inglés (Transient Voltage Surge Suppresor).

El nivel de protección del filtro de Entrada de este tipo de equipos es limitado.

Batería en UPS Off Line o Stand-By B.- La Batería: La batería es uno de los componentes más importantes en un UPS, es la que va a hacer posible que nuestra computadora continúe encendida aún y cuando haya un corte de energía. La mayoría de las baterías utilizadas en los UPS son del tipo Selladas ó tipo Gel ó VRLA.

Una batería sellada funciona de la misma manera que una de auto, consiste en placas de Plomo y Antimonio sumergidas en un electrolito que en este caso es ácido sulfúrico. La batería tiene un voltaje de 2.0 volts por cada celda y si es una batería de 6 celdas, entonces es de 12 volts.

Cuando la batería está desconectada y medimos su voltaje con un multímetro, veremos dicho valor de 12 volts. Sin embargo la batería tiene una corriente de fuga entre las placas de tal manera que su valor con el paso de las horas va a ir disminuyendo y entonces cuando requiramos utilizarla, no nos dará el tiempo suficiente ya que no está cargada al 100%.

Por tal razón requerimos aplicarle un voltaje llamado de flotación y es para baterías tipo Gel ó selladas de 2.25 VPC (Volts Por Celda) así es que para nuestra batería de 12 volts, requerimos aplicarle un voltaje de 13.50 volts de manera constante para asegurar que siempre la batería esté cargada.

Una vez que empezamos a tomar corriente de la batería, su valor de voltaje irá bajando con cierta rapidez desde los 13.50 volts hasta llegar al valor de voltaje nominal que es de 12.0 volts y entonces el valor permanecerá casi constante; cuando el tiempo de respaldo de la batería vaya terminando, el voltaje irá bajando de los 12 volts lentamente hasta llegar a los 1.75 VPC que para este caso de batería de 12 volts, serían 10.50 volts.

Si seguimos descargando la batería, llegará un momento en que el voltaje bajará rápidamente e incluso los fabricantes recomiendan que no se descargue la batería a menos de este valor ya que se corre peligro que la batería no se pueda recargar nuevamente y por consiguiente la batería está dañada y hay que reemplazarla. En resumen el voltaje de la batería inicia en 2.25 VPC (batería cargada al 100%) y termina en 1.75 VPC (batería totalmente descargada).

Físicamente la batería es un vaso ó cubierta de plástico donde se pueden observar las 6 válvulas en el caso de una batería de 12 volts y 3 válvulas en el caso de baterías de 6 volts; además se puede observar las dos terminales de voltaje, una de ellas marcada con color rojo ó con un símbolo (+) y la otra marcada con color negro ó un símbolo (-).

Cargador de baterías. El Inversor C.- El Cargador de Baterías.- El cargador de baterías es una fuente de voltaje que tendrá dos funciones:

1.- Dar a la batería el voltaje de flotación necesario para asegurar que la batería está cargada al 100%.

2.- Recargar la batería después que fue utilizada al haber un corte de energía. Es decir, al regresar la energía comercial, el cargador de baterías aplicará el mismo voltaje de flotación y la batería se empezará a recargar; una vez que la batería esté recargada completamente la corriente que fluya del cargador de baterías hacia la batería será mínima.

Hay otros tipos de cargadores muy utilizados en la actualidad que no siempre están dando voltaje a la batería sino que están encendiendo y apagando a intervalos y de esta manera logran aumentar la vida útil de la batería.

Físicamente el cargador de baterías consiste en un devanado adicional del transformador de salida además de un puente de diodos para convertir la CA en CD y un Mosfet el cual conecta y desconecta la “Carga” a las baterías y esto comandado por la tarjeta de Control. El mosfet generalmente tiene disipador de calor.

D.- El Inversor.- El Inversor se representa por un bloque donde le entra Corriente Directa y sale Corriente Alterna:

En el Tutorial de Sistemas de Fuerza Ininterrumpible ya se había mostrado la forma en que se logra la conversión de Corriente Directa a Corriente Alterna mediante el “switcheo” de 4 transistores en configuración tipo Puente Inversor.

La forma de Onda que se utiliza en UPS del tipo Off-Line es la Cuasisenoidal y es de la siguiente forma:

La Forma de Onda Cuasisenoidal es la de color Negro y antepusimos una Senoidal para que se pueda comparar ambas ondas. Esta forma de Onda es recomendada para Equipo electrónico y de cómputo aunque si el equipo es muy delicado por ejemplo para equipos PLC se recomienda que la forma de onda del inversor sea Senoidal

Como este tipo de UPS es económico, se utiliza siempre la Forma de Onda Cuasisenoidal.

Recordando el diagrama del Inversor, Para generar el semiciclo Positivo de la onda, se tiene que mandar encender el transistor Q1 y Q4, después hay un tiempo en que no hay voltaje (aprox. 4 mseg.)

Y en este caso los 4 transistores se encuentran apagados. Después generamos el semiciclo negativo encendiendo los transistores Q2 y Q3 y otra vez requerimos apagarlos para obtener un tiempo de voltaje cero.

UPS: Inversor (cont.). Interruptor transferencia Si generamos el semiciclo positivo durante 4 mseg. Después 4 mseg. de voltaje cero, después 4 mseg. de voltaje negativo y finalmente 4 mseg. de voltaje cero; esta es la descripción de un ciclo en una forma de onda a 60Hz.

Para obtener un voltaje de 120 volts del inversor, basta con alimentar la onda obtenida a un transformador elevador (en el diagrama se representa sólo el primario de dicho transformador).

El voltaje de pico de la señal obtenida deberá ser de 120 volts por 1.41 que es la raiz cuadrada del número dos. Es decir que para obtener 120 volts a la salida el pico de la señal obtenida deberá ser de +/- 170 volts.

En equipos más sofisticados, se regula el voltaje del inversor ya que el voltaje puede variar al estar bajando el voltaje de la batería y esto se logra aumentando un poco el ancho de los pulsos de voltaje y disminuyendo de la misma manera el ancho de los pulsos de voltaje cero para conservar el mismo tiempo de 16.6 mseg. Por cada ciclo a 60Hz.

Hay además otros diseños más sencillos de inversor donde se utilizan tan solo dos transistores incorporando un transformador:

En el diagrama, si encendemos FET1, se hace pasar corriente en un sentido en el primario del transformador, y si encendemos FET2, hacemos pasar la corriente en el sentido contrario. De esta manera se consigue obtener la corriente alterna en el secundario del transformador y con sólo dos transistores.

Para este tipo de equipos, el inversor generalmente incorpora Mosfets ya que son más eficientes, es decir que producen menos calor. Si se necesita obtener más potencia de un Inversor, es práctica muy común que cada Mosfet en realidad consista de dos , tres, ó hasta 10 ó mas mosfets en paralelo para poder manejar más corriente.

El Inversor lo podemos identificar en un UPS porque consiste de varios transistores ó mosfets montados con su disipador de calor de grandes dimensiones ya que el Inversor es el elemento que genera más calor en el UPS. En ocasiones se incorpora un ventilador para ayudar al enfriamiento del Inversor.

D.- El Interruptor de Transferencia.- Cuando hay un corte de energía ó el voltaje es muy alto ó muy bajo a niveles inadecuados para seguir operando la carga, requerimos desconectar el voltaje de Entrada que en este momento va hacia la carga y ahora requerimos encender el Inversor y rápidamente conmutar el voltaje del Inversor a la carga.

Esto tiene que ser muy rápido para que la carga no se dé cuenta que el voltaje se interrumpió, esta es la función del interruptor de transferencia que generalmente es un relevador; el tiempo de transferencia típicamente es de 4 mseg.

Pero en ocasiones dependiendo del fabricante puede ser hasta de 10 mseg.; Estos valores de tiempo de transferencia se consideran adecuados para la mayoría de las cargas electrónicas. Sin embargo hay cargas muy delicadas que aún un tiempo tan corto de interrupción puede hacer que operen incorrectamente por lo que este tipo de UPS no es adecuado para este tipo de cargas.

Funcionamiento Modo Normal: En el modo Normal de operación, el voltaje de alimentación es de un nivel tal que no hay necesidad que entre el Inversor a funcionar; por lo tanto el voltaje de entrada pasa por el filtro y después energiza la carga a través del Switch de Transferencia el cual está normalmente cerrado tomando en cuenta que es un relevador.

La corriente fluye desde la entrada y hacia la carga y una pequeña cantidad de corriente es rectificada por el cargador de baterías y utilizada para mantener la batería en “flotación”. El Inversor se encuentra apagado (en stand-by).

Funcionamiento Modo Baterías: Cuando el voltaje de alimentación del UPS se sale de la ventana predeterminada de operación, el UPS se va a Modo Baterías. El voltaje de entrada tiene una ventana “aceptable de operación” que suele ser de un +/-15% aproximadamente, esta ventana se escoge tomando en cuenta que voltaje es adecuado para alimentar la carga.

Siendo el voltaje nominal de 120 volts, la ventana iría desde 102 volts y hasta 138 volts, dentro de este rango de voltaje, el UPS entregará ese mismo voltaje a la salida solamente acondicionado por el Filtro.

Si el voltaje de entrada es menor a 102 volts ó mayor a 138 volts, entonces el Control del UPS enciende inmediatamente el Inversor al mismo tiempo que manda energizar el relevador de transferencia, cuando el relevador conmuta el Inversor ya está encendido y listo para energizar la carga.

Es importante hacer notar que el voltaje del Inversor es regulado y entrega un voltaje de 120 VCA +/-3% a 60.0 Hz (la frecuencia controlada por cristal) aún y cuando inicialmente el voltaje de baterías inicia en unos 14.0 volts y cuando la batería está totalmente descargada el voltaje es de 10.5 volts. (Esto para en caso de que la batería del UPS sea solamente una de 12 volts).

Regreso a funcionamiento normal de UPS Off Line

Regreso a operación normal después de modo baterías: Una vez que el voltaje regresa a los límites permitidos, el switch de transferencia ó relevador de transferencia se desenergiza y el UPS regresa a operación normal donde la carga es nuevamente alimentada por el voltaje de entrada.

El Inversor se apaga al mismo tiempo y la batería se comienza a recargar hasta que llegue nuevamente a su estado de cargada al 100%.

El tiempo que tarde en recargarse al 100% la batería depende del tiempo que el equipo duró en baterías y generalmente es de 10 veces el tiempo que duró la descarga.

Es decir que si el UPS estuvo por 5 minutos en baterías, la batería estará casi totalmente recargada en unos 50 minutos. Esto varía un poco dependiendo del fabricante del UPS.

Ventajas y desventajas de la UPS Off Line o Stand-By A continuación listamos las ventajas y desventajas del UPS Off-Line:

VENTAJAS DESVENTAJAS

- Es muy económico - Consume muy poca energía - Es ligero - Es el más adecuado para el usuario personal

- No tiene regulación de voltaje - No tiene regulación de frecuencia - La protección a la carga es limitada - La vida de la batería es corta (de 2 a 4 años) - Hay una interrupción en el voltaje de 4 a 10 milisegundos cuando se va a baterías. - La forma de onda cuasisenoidal no es compatible para todo tipo de cargas.

UPS Stand-By con regulación de voltaje II.- UPS Stand-By con regulación de voltaje Este tipo de equipos es muy similar al Stand-By pero con la característica adicional de que incorpora además una etapa de regulación de voltaje por lo que se obtienen dos ventajas:

A) Se alimenta a la carga un voltaje regulado por lo que está más protegida B) El rango de voltaje de Entrada que acepta el UPS sin ir a baterías es mayor

A continuación el diagrama a bloques:

Si comparamos el diagrama anterior observaremos que es muy similar al UPS Stand-By y la única diferencia es la etapa de regulación de voltaje. Dicha etapa consiste en un transformador con varios “taps” de entrada y uno de

salida de la siguiente forma:

Como se puede observar, el transformador tiene dos devanados primarios, uno con taps para realizar la regulación de voltaje y el otro primario es el que se va a alimentar con el voltaje del Inversor para elevarlo y obtener los 120 VCA.

Refiriéndonos a la regulación de voltaje, existe un común en la

alimentación que va conectado al Neutro de Entrada y después tenemos los tres “taps” del transformador cada uno de los cuales está alimentado por el contacto Normalmente Abierto de un relevador. Aquí para la explicación utilizamos relevadores pero también se pueden utilizar Triacs en lugar de los relevadores.

Si cerramos el contacto del relevador K2, la relación de vueltas entre primario y secundario es de 1 lo que quiere decir que el voltaje que entra es el mismo que obtendremos a la salida.

Si cerramos el relevador K3, la relación ahora es menor a 1 de tal manera que el voltaje de salida será menor al de entrada.

Finalmente si cerramos el relevador K1 la relación de vueltas ahora es un poco

mayor a 1 y el voltaje de salida será un poco mayor que el de entrada.

Obviamente sólo un relevador puede estar energizado al mismo tiempo. Si el voltaje de Entrada está en niveles desde 115 hasta 125 volts (valores de ejemplo) se considera que el voltaje es adecuado y entonces se energiza el relevador K2 para que el voltaje de Entrada sea igual que el de Salida.

¿Qué sucede si el voltaje sube o baja mucho?

II.- UPS Stand-By con regulación de voltaje Si el voltaje de Entrada baja y llega a ser menor a 115 volts, entonces se desenergiza K2 y se energiza K1 y de esta manera el voltaje de salida lo elevamos para obtener un valor más cercano a los 120 volts.

Ahora si el voltaje de Entrada sube hasta ser mayor a 125 volts, entonces se energiza K3 y el voltaje que obtenemos a la salida es menor aproximándose a los 120 volts.

De tal manera que el control está constantemente “sensando” el voltaje de Entrada para decidir si energizamos K1, K2 ó K3; el relevador que sea necesario para obtener a la salida un voltaje lo más cercano al nominal de 120 volts.

¿¿Qué sucede si el voltaje baja aún mas que aún con el Tap más alto no podemos obtener un voltaje adecuado?? ¿¿Qué sucede si el voltaje sube tanto que aún y con el Tap más bajo no podemos obtener un voltaje adecuado??

En cualquiera de ambos casos se apagan los tres relevadores y enciende el Inversor, es decir que el UPS se va a modo de baterías.

Como verán, el funcionamiento de este tipo de UPS es muy similar al anterior pero como tenemos regulación de voltaje incorporada, si varía el voltaje primero que nada lo regulamos mediante los Taps del transformador y si el voltaje se sale completamente del rango en que podemos regularlo ya sea para arriba ó para abajo, entonces entra el Inversor para seguir protegiendo la carga.

Hay equipos Stand-By con regulador tan económicos que para simplificar el diseño no incorporan regulación por alto voltaje, sólo por bajo voltaje. Incluso hay equipos “Stand By” y “Stand-By con regulador” de ciertos fabricantes en los cuales el UPS no se va a baterías por alto voltaje. Es decir que estos equipos tienen protección de baterías por bajo voltaje mas no por alto voltaje; y eso es grave porque si hay una elevación en el voltaje nuestra computadora no estará protegida y pudiera dañarse.

Hay un tipo de topología que incorpora un Inversor “bidireccional” llamado Línea Interactiva, hay en realidad pocos equipos de esta tecnología en el mercado pero se ha creado un poco de confusión ya que al equipo Stand-By con regulador le llaman Línea Interactiva.

Por ello cuando veamos que un fabricante le llama a su equipo Línea Interactiva, en realidad lo más seguro es que se trate de un equipo Stand-By con Regulador.

Este tipo de equipos es muy popular en capacidades desde 500 VA hasta 5 KVA y realmente son buenos equipos recomendados incluso para alimentar servidores y equipo delicado.

Hay incluso equipos “Linea Interactiva” (Stand-By con regulador) en los que la forma de onda del Inversor es senoidal, son un poco mas caros pero vale la

pena ya que la onda senoidal es compatible con cualquier tipo de carga.

UPS On Line. UPS en Linea

III.- UPS On Line (En Línea) Este tipo de equipos es llamado “En Línea” debido a que el Inversor se encuentra dentro de la línea principal de energía ya que siempre se encuentra operando.

Esta tecnología es la más cara de todas pero es la que ofrece el mayor nivel de protección.

A continuación el diagrama a bloques:

Esta topología es muy diferente a las anteriores. El voltaje de Entrada pasa por medio del Interruptor “INT1” al primer bloque que es el rectificador.

Rectificador.- El Rectificador del UPS On Line consiste de la etapa de rectificación con SCR generalmente con el objeto de poder variar el ángulo de disparo de los SCR y de esta manera poder regular el voltaje de CD a obtener a la salida, obviamente después de ser rectificado el voltaje de Entrada se filtra con Capacitores para obtener un voltaje continuo y regulado.

El voltaje regulado de corriente directa obtenido en el Rectificador, tiene dos objetivos:

- El primero es mantener las baterías en flotación e incluso recargarlas después de un corte de energía. - El segundo es alimentar al Inversor para que este a su vez convierta la corriente directa del rectificador en corriente alterna.

Operación en Modo Normal de UPS On Line

OPERACION - Modo Normal de UPS On Line: En el Modo Normal, “INT1” está cerrado alimentando el Rectificador, éste a su vez proporciona un voltaje de CD Regulado para alimentar el Inversor y a su vez mantener las Baterías en flotación.

El voltaje del Rectificador es convertido por el Inversor en un voltaje de Corriente Alterna Regulado en Voltaje y en Frecuencia para por medio de “INT3” alimentar la carga. En este instante el “INT4” está abierto y el “Switch Estático” está apagado.

Como podemos observar, el voltaje de la Línea Comercial es descompuesto al ser convertido en Corriente Directa y cualquier variación de Voltaje, Frecuencia, Pico de Voltaje, etc. es eliminado durante la conversión a Corriente Directa.

El Inversor a partir de esta Corriente Directa genera una nueva señal de voltaje de 120 vca la cual es totalmente diferente a la que entró al UPS de la Línea Comercial y es por eso que aún y cuando haya en la entrada todo tipo de problemas de variación de voltaje ó picos de voltaje, en la salida no se verán reflejados porque el voltaje de salida es un voltaje nuevo creado por el Inversor.

En el diagrama siguiente podemos observar la trayectoria de la corriente, la línea más gruesa representa el camino por el cual circula la corriente hacia la carga y la línea más delgada representa la corriente de flotación para mantener cargadas las baterías.

Operación en modo baterías de UPS On Line

OPERACION - Modo Baterías de UPS On Line Cuando el voltaje a la entrada del rectificador es lo suficientemente alto ó bajo como para que ya no pueda seguir entregando un voltaje de CD regulado, el Rectificador se apaga pero, como en paralelo tenemos conectadas las baterías, el Inversor sólo detecta cuando el voltaje baja ya que está operando ahora la batería.

Sin embargo esa variación de voltaje no importa ya que el Inversor regula el voltaje y en la carga el voltaje permanece sin variación e incluso no hay ningún instante en el que se interrumpa el voltaje como sucede en la topología Off-Line.

Si el corte de energía se prolonga tanto de tal manera que las baterías se descarguen completamente, entonces el UPS se apaga al no tener ya manera de seguir alimentando la carga.

Si antes de que se terminen las baterías, el voltaje de entrada del Rectificador vuelve a la normalidad; entonces el Rectificador enciende y alimenta nuevamente el Inversor y a la vez comienza a recargar las baterías.

Este cambio de operación Baterías a operación Normal también es transparente para la carga y permanece en todo momento alimentada sin interrupción alguna.

En el diagrama anterior se puede observar el camino de la corriente desde las baterías pasando por el Inversor y hacia la carga, el rectificador se representa en color gris para hacer notar que está apagado

Operación en modo ByPass de UPS On Line OPERACION - Modo ByPass de UPS On Line Existe la posibilidad de que por algún motivo el Inversor no pueda seguir alimentando la carga, las principales razones son las siguientes:

- Hay un daño en el Inversor - Hay una sobrecarga en el Inversor - Hay sobretemperatura en el equipo - Hay un daño en la lógica del equipo

Por tal motivo, el UPS On-Line incorpora lo que se llama la línea de Bypass que no es mas que una forma de alimentar la carga con la Línea Comercial.

Cuando el UPS está en Bypass el “INT3” se encuentra abierto para desconectar el Inversor de la carga, el “INT4” está cerrado para alimentar la carga directamente de la Línea Comercial.

Cuando la lógica detecta que por alguno de los motivos mencionados anteriormente el Inversor no puede seguir alimentando la carga, ejecuta una transferencia de la carga a Bypass de la manera siguiente:

- Manda encender el Switch Estático el cual consiste en dos SCR en paralelo inverso para poder conducir Corriente Alterna. - Manda cerrar INT4 el cual consiste en un contactor ó un Interruptor operado por Motor. - Manda apagar el Switch Estático. - Manda abrir INT3 que también consiste en Contactor ó Interruptor operado por Motor.

Ahora la carga está soportada por la Línea Comercial a través de INT4 y no a través del Inversor.

Es importante hacer notar que cuando se transfiere a Bypass en un instante quedan en paralelo Inversor y Linea Comercial eso para evitar desconectar el voltaje a la carga.

Además hay que notar que siempre va a haber sólo un interruptor cerrado al mismo tiempo INT3 ó INT4 con excepción de cuando se hace una transferencia. Cuando se requiere transferir a Bypass se necesita una gran velocidad y por ello se utiliza el Switch Estático el cual al ser electrónico es de muy alta velocidad.

En el diagrama anterior se puede observar la trayectoria de la corriente en Modo Bypass, el Rectificador y el Inversor pueden o no estar encendidos. Cuando el UPS está en el modo Bypass, no hay protección alguna para la carga.

El modo Bypass lo utiliza el UPS para evitar al máximo que el voltaje se vea interrumpido en la carga, por tal razón inmediatamente manda una alarma para alertar que se está en modo Bypass y que la carga esta desprotegida incluso si hay corte de energía no habrá protección de Baterías en virtud de que la carga no está por el Inversor.

Comentarios Finales de Topologías de UPS Comentarios finales El UPS On-Line hará todo lo posible por evitar una interrupción de voltaje a la carga, si no es posible como por ejemplo un daño al equipo, transferirá la carga a Bypass.

Si se fue a Bypass por sobrecarga (por pedir al Inversor mas Kilowatts de los que puede alimentar) el UPS intentará regresar al cabo de unos segundos, si ya puede con la carga quedará en Normal, si la sobrecarga persiste regresará a Bypass y se quedará en Bypass para obligar a que se revise la razón de la sobrecarga.

El UPS On-Line representa la mejor calidad de equipo porque la carga siempre está alimentada por el Inversor y por tal razón el voltaje permanece estable a 120 volts+/-1%. La frecuencia permanece estable en +/-1 Hz. La forma de onda del Inversor en el UPS On-line es senoidal.

Hay equipos On-Line desde 1 Kva hasta 1000Kva, si se requiere más capacidad, se pueden emparalelar módulos para obtener 4000 ó 5000 KVA.

Hay equipos monofásicos a 120 volts, monofásicos a 208 volts y trifásicos a 208, 480 y 600 volts.

Hay otras topologías de UPS que no se discutieron como por ejemplo Delta Conversion On-Line que es un diseño exclusivo de la marca APC. También hay los equipos Ferroresonantes que son un diseño Off-Line con regulación por transformador Ferroresonante.

Cualquier duda acerca de este tutorial ó cualquier duda de los UPS los invito a visitar el Foro de ”Sistemas de Fuerza Ininterrumpible” donde se podrán hacer todo tipo de consultas de los UPS y de esta manera todos nos podremos beneficiar y aprender.

El tema de los UPS es bastante extenso, por ello hay muchísima información que faltaría agregar, sin embargo estoy a sus órdenes para cualquier duda acerca de algún UPS especifico ó de cómo reparar uno.

Cálculo de interruptor de banco de baterías de UPS

Pregunta: Como se puede calcular el interruptor para un banco de baterías nuevo. Ejemplo: Para un UPS que normalmente tenía 2 bancos de 12 voltios de 10 AH con un bus de 192 VCD y se lo modifica a uno de baterías de 32 AH

Respuesta:

No es simple ya que no se dan algunos datos necesarios para el cálculo.

Voltaje nominal rectificador 30 baterías de Pb => 180 celdas = 360 vdc nominal.

Número de celdas NiCd Asumiendo que usarán baterías Ultrabajomantenimiento (como la Vantage de ALCAD) tendríamos entonces que usar, en teoría unas 300 celdas.

Pero como no conocemos el voltaje máximo ni mínimo de la barra CD del UPS asumimos que sea Voltmax=405 Vdc y Voltmin=315 Vdc. En este caso quien manda es el voltmax. Tendríamos 405V/1,41 V/celda = 287 celdas

Ahora, si lo separaron del ups puede ser que sea un banco de baterías abierto, con lo cual necesitaría que el Ups pueda darte un voltaje mayor para la ecualización: 432 Vdc aprox. Si la ecualización en NiCd es de 1,51 Vdc (revisar siempre lo que sugiere el fabricante) tenemos que las celdas serían 286.

En este caso tendríamos los siguientes voltajes de barra CD: Flotación 286x1,42 = 406Vdc; Ecualización 286x1,51 = 431,8Vdc.

Para el voltaje de desconexión de 315Vdc, asumido anteriormente, se debería utilizar el valor de 1,1 V/celda (315V/286Celda)

De aquí deberían ir a la tabla de descarga de 1,1V de esa batería y ver cual es la autonomía para una corriente de descarga del banco (Id=13,5A aprox.) Si, por ejemplo, fuera el modelo LC30P de alcad, tendríamo una autonomía de 60min.

Corriente de descarga de las baterías hacia el inversor de 5000VA La Id con baterías de plomo da 13,5A y la Id con las baterías de NiCd da 13,6A. como se puede ver son casi iguales.

Si se usa el mismo breaker tiene que tener en cuenta la circulación de corriente en los dos sentidos: la corriente de descarga es igual (Id=13,5A).

La de recarga con el modelo como ejemplo se tendría máximo 6A. Por lo tanto no debería tener problemas.

El único inconveniente que veo es si los bornes de los cables 4/0 pueden entrar en el breaker de 20A.

Longitud del cable El cable nuevo es un 4/0 TW en el peor de los casos. Como el cable soporta 195A hasta 3 cables por conduit y la corriente max. es de 14A no hace falta que por sólo 30m se hagan los cálculos de caída de tensión.

Lo que se puede hacer es que calculen cual es el cable que se requiere para una corriente de 30A y una distancia de 30 m.

Recomendación

Colocar un seccionador cerca de donde estará el nuevo banco de baterías. Si son baterías como las del ejemplo entonces el seccionador o breaker debería estar fuera de la sala. De lo contrario debe ser a prueba de explosión.

La confusión entre Watts y Volts-Amperes Introducción: Esta nota tratará de ayudar a entender la diferencia entre Watts y VA, y explicará como los términos son correcta ó incorrectamente usados en la especificación de la potencia de los equipos protectores como Reguladores ó UPS.

Mucha gente tiene una gran confusión acerca de la diferencia entre Watts y Volts-Amperes en el momento de seleccionar la potencia de una UPS. Muchos fabricantes de equipos contribuyen a esa confusión, al obviar la distinción entre esos dos valores.

Los Watts, los VA y el Factor de Potencia. La potencia consumida por un equipo de computación es expresada en Watts (W) ó Volts-Amperes (VA). La potencia en Watts es la potencia real consumida por el equipo. Se denomina Volts-Amperes a la" potencia aparente" del equipo, y es el producto de la tensión aplicada y la corriente que por él circula.

Ambas valores tienen un uso y un propósito. Los Watts determinan la potencia real consumida desde la compañía de energía eléctrica y la carga térmica generada por el equipo. El valor en VA es utilizado para dimensionar correctamente los cables y los circuitos de protección.

En algunos tipos de artefactos eléctricos, como las lámparas incandescentes, los valores en Watts y en VA son idénticos. Sin embargo, para equipos de computación, los Watts y los VA pueden llegar a diferir significativamente, siendo el valor en VA siempre igual o mayor que el valor en Watts. La relación entre los Watts y los VA es denominada "Factor de Potencia" y es expresada por un número (ejemplo: 0.7) ó por un porcentaje (ejemplo: 70%).

El valor del consumo, en Watts, para una computadora, es típicamente 60 a 70% de su valor en VA

Virtualmente todas las computadoras modernas, utilizan una fuente de alimentación de tipo switching con un gran capacitor de entrada. Debido a las características de éstos convertidores, éstas fuentes de alimentación presentan un factor de potencia de 0.7 , tendiendo las computadoras personales a 0.6. Esto significa que los Watts consumidos por una computadora típica son aproximadamente el 60% de su consumo medido en VA.

Recientemente fue introducida al mercado un nuevo tipo de fuente de poder, llamada fuente de switching con factor de potencia corregido.

Para éste tipo de fuente de poder, el factor de potencia es igual a 1. Este tipo de fuente es utilizado en grandes servidores, usualmente con consumos por sobre sobre los 500 Watts.

La mayoría de las veces, no será posible para el usuario determinar el factor de potencia de la carga, y por lo tanto deberá asumir el peor caso cuando calcule la potencia necesaria para un equipo de protección.

Potencia de un UPS, errores de cálculo y tamaño Los valores de potencia de una UPS Una UPS también tiene valores en Watts y en VA y ninguno de ambos (ni Watts, ni los VA) puede ser excedido.

En muchos casos, los fabricantes solamente publican la potencia en VA de la UPS. Sin embargo, es un estándar en la industria, que su valor en Watts es aproximadamente el 60% del valor en VA, ya que es éste el valor típico del factor de potencia de las cargas.

Por lo tanto, como un factor de seguridad, se debe asumir que la potencia en Watts de la UPS es el 60% del valor publicado en VA.

Ejemplos de cómo puede ocurrir un error de cálculo Ejemplo Nro.1: Considere el caso de una UPS de 1000 VA. El usuario quiere alimentar 9 lámparas incandescentes de 100 Watts (total 900Watts). Las lámparas tienen un consumo de 900 W ó 900 VA, ya que su factor de potencia es 1. Aunque el consumo en VA de la carga es de 900 VA, lo cual está dentro de las características de la UPS, el equipo no podrá soportar esa carga. Esto se debe a que el consumo de 900 Watts supera la potencia en Watts de la UPS, que es aproximadamente el 60% de los 1000VA de la especificación, es decir 600 Watts.

Ejemplo Nro.2: Considere el caso de una UPS de 1000 VA. El usuario quiere alimentar un servidor de 900 VA con la UPS. El servidor tiene una fuente de alimentación con factor de potencia corregido, y por lo tanto tiene un consumo de 900 Watts ó 900 VA. Aunque los VA consumidos por la carga son 900, lo cual está dentro de las especificaciones de la UPS, ella no podrá soportar esa carga. Esto se debe a que los 900W de la carga superan la potencia en Watts de la UPS, que es aproximadamente el 60% de los 1000 VA de la especificación, es decir 600 Watts.

Como evitar errores de tamaño.

Las etiquetas o placas de datos de los equipos están frecuentemente en VA, lo cual hace dificultoso conocer el consumo en Watts. Si usa los valores especificados en las placas de los equipos, un usuario podría configurar un sistema que parezca correctamente elegido, basado en el consumo en VA, pero que sobrepase la potencia en Watts de la UPS.

Si se determina que el valor de la carga en VA no exceda el 60 a 70 % de la potencia en VA de la UPS, es imposible exceder la potencia en Watts.

Por lo tanto a menos que Ud. tenga seguridad sobre el consumo en Watts de la carga, la manera más segura de proceder, es mantener la suma de los valores de los consumos por debajo del 60% de la potencia en VA de la UPS.

Note que este cálculo traerá aparejado un posible sobredimensionamiento de la UPS. Si desea realizar una optimización del cálculo, solicite el asesoramiento de nuestro Departamento Técnico. Solamente una medición realizada con los instrumentos adecuados proveerá un dato exacto de los valores en Watts y VA.

Conclusión.

La información sobre el consumo de las cargas de computación, no está todavía especificada de forma que resulte simple la elección del tamaño de la UPS. Es posible configurar sistemas que parezcan correctamente dimensionados, pero que en la práctica sobrecarguen la UPS. Sobredimensionando la UPS ligeramente por encima de las especificaciones de potencia de los equipos, brindará una operación más segura. Un sobredimensionamiento también tiene el beneficio de proveer un mayor tiempo de autonomía (backup) a la carga.

Problemas en el suministro eléctrico Sus causas y posibles soluciones

En la actualidad dependemos cada vez más de la energía eléctrica en nuestra vida cotidiana. Ya no es sólo nuestra fuente de iluminación en horas nocturnas.

Todo nuestro confort, gracias a los aparatos electrodomésticos, así como nuestras actividades comerciales e industriales, está total y absolutamente ligadas al uso de la energía eléctrica.

Tanto nos hemos acostumbrado a su uso, que ya pasa desapercibida su absoluta necesidad en nuestras actividades diarias. Sólo la falta de ella, nos devuelve a la realidad y a su importancia.

Es llamativo, entonces, el común desconocimiento sobre las características de su generación, su distribución, y por sobre todo, los problemas que a menudo suelen presentarse en su utilización. En ésta nota pretenderemos explicar los más frecuentes problemas de la energía eléctrica tal como la recibimos en nuestros hogares, oficinas, fábricas, empresas, etc.

Enumeraremos a continuación los problemas energéticos más comunes y que provocan mayores daños:

1. Falta total del suministro por períodos prolongados (cortes). Causas: Tareas de reparación o mantenimiento de la compañía eléctrica, caída o rotura de cables, fusibles o disyuntores activados por sobrecargas o cortocircuitos, etc. 2. Falta total del suministro por períodos muy breves (microcortes). Causas: Maniobras de transferencia en las centrales de distribución de energía (puede derivar en cambios importantes de la tensión luego del microcorte). SOLUCION: Un sistema de energía ininterrumpida (UPS)

3. Baja o muy baja tensión de la energía suministrada en forma permanente. Causas: Por lo general debido a la caída en líneas de distribución sobrecargadas de forma continua. Baja capacidad de suministro de la compañía eléctrica. 4. Baja o muy baja tensión de la energía suministrada en forma intermitente. Causas: Conexión de cargas de alto consumo transitorio (eje. motores), que producen una baja de tensión momentánea debido a líneas de distribución inadecuadas. SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.

5. Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma permanente. Causas: Inadecuada elección de los pasos de un transformador de distribución, por lo general, para compensar la caída en una línea de gran longitud y consumo. Cargas desequilibradas que modifican la corriente en el conductor de neutro. 6. Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma intermitente. Causas: Desconexión de cargas importantes. Conductor de neutro dañado. SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.

7. Sobre tensiones muy elevadas y de muy corta duración (picos transitorios).

Causas: Suelen ser consecuencia de descargas atmosféricas en la línea, así como por el encendido o apagado de cargas como motores, transformadores, etc. SOLUCION: Un regulador de voltaje que posea limitadores de picos transitorios, una UPS con igual tipo de protección de entrada, ó un transformador de aislamiento con protectores y filtros.

8. Componentes de baja, media ó alta frecuencia (ruidos eléctricos).

Causas: Transmisores, equipos de soldadura eléctrica, arcos eléctricos por conexiones ó contactos defectuosos, controles industriales de potencia, dimmers (reguladores de luz), etc. SOLUCION: Un regulador de voltaje ó UPS con filtros de baja, media y alta frecuencia incorporados, ó un transformador de aislamiento con pantalla electrostática y filtros tipo RC.

9. Caídas muy abruptas y breves de la tensión de suministro. Causas: Inclusión de cargas muy grandes o cortocircuitos en la línea (pueden ser seguidas por oscilaciones en la tensión de la línea). SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.

10. Deformación de la forma de onda de la energía utilizada (distorsión). Causas: Cargas muy alineales, ó la utilización de un grupo electro-generador de baja calidad o subdimensionado. SOLUCION: un Regulador de tipo ferroresonante ó una UPS tipo ON LINE doble conversión.

¿Por qué debemos preocuparnos por los problemas del suministro eléctrico? Aún la mas pequeña interrupción en la energía eléctrica puede causar un daño a una computadora, un sistema en red, u otro equipo electrónico sensible, tal como cajas registradoras, modems, fax, PLC, sistemas de video, equipos de electromedicina y control de procesos (controles numéricos, PLC, registradores), etc. En el mejor de los casos, un problema de energía puede derivar en apagados (shutdowns) inesperados y dañar los equipos. En el peor, un mal suministro eléctrico puede causar la pérdida de datos ó destruir el equipo.

¿Cuán frecuentes son los problemas eléctricos? El estudio realizado durante 5 años (1990-1995) por el laboratorio de la empresa Best Power, arrojó como resultado que el promedio de las computadoras, están sujetas a 289 disturbios de energía potencialmente dañinos por año. Esto significa más de un riesgo potencial diario por cada día laborable.

¿Cuáles son las consecuencias de los problemas energéticos? Aun los problemas de índole menor pueden costarle dinero. Cada vez que una interrupción en el suministro retarda un trabajo en proceso, se pierde un tiempo, y esa pérdida significa dinero.

Mucho más serio y costoso es el hecho que los problemas de energía no sólo pueden corromper archivos críticos de datos, también pueden dañar permanentemente a computadoras y equipos electrónicos.

¿Cómo pueden ser prevenidos los problemas de energía? Siempre conecte sus equipos electrónicos sensibles a Reguladores de voltaje, que además incorporen protectores de sobretensión, picos transitorios, y filtros de ruidos eléctricos, ó para una protección aún más completa a una UPS con las mismas protecciones. Problemas como cortes de energía no pueden ser eliminados, pero el daño que ocasionan puede ser prevenido con una UPS, la cual mantendrá una corriente constante hasta que el sistema pueda ser apagado en forma segura y ordenada.

Tipos y Configuraciones de Sistemas UPS En el mercado actual hay gran cantidad de diseños de UPS. Puede llegar a ser confuso determinar qué tipo de equipo es el más conveniente para nuestra carga crítica, y cual nos entregará la energía con el nivel requerido de calidad y confiabilidad.

Aún las más esotéricas configuraciones, caen dentro de dos categorías principales de UPS, llamadas ON-Line y Off-Line.

Ambos diseños nos proveen de una energía de reserva desde un grupo de baterías cuando la línea de alimentación principal falla, pero difieren en el rango y extensión de otros beneficios que ellas pueden otorgar.

Bloques Constructivos de una UPS

Todos los sistemas de energía ininterrumpida utilizan los mismos bloques constructivos

La sección de entrada es la forma en que la tensión de la línea es conectada a la UPS. Puede ser un cable incorporado, un cable enchufable, o una bornera con terminales. Algunas UPS pequeñas tienen una entrada común para la entrada y el by-pass. Las UPS de gran potencia suelen tener una entrada

independiente para la conexión del by-pass

Después de la sección de entrada suele haber un filtro. La denominación filtro será aquí utilizada de modo genérico, e incluye la protección contra picos transitorios, interferencias de radio frecuencia, etc. Un filtro tiene una respuesta de frecuencia y no atenúa todas en la misma proporción.

Todas las configuraciones de UPS tienen un Inversor. Las UPS de bajo costo poseen un inversor que entrega una salida de onda cuasi-sinusoidal, mientras que las UPS de mayor tamaño y costo incorporan un Inversor con una forma de onda de salida

senoidal

Una batería es necesaria para mantener funcionando a la UPS cuando la energía de la línea falla o cae demasiado. Normalmente las UPS de pequeña potencia utilizan baterías internas selladas, libres de mantenimiento. En grandes UPS se suele usar también baterías de electrolito líquido. Una autonomía (tiempo de reserva

de energía) típica para una UPS de pequeño ó mediano tamaño, suele ser de 10 a 15 minutos.

Un circuito cargador es necesario para recargar la batería luego de un corte de energía, y para mantener a la batería a plena carga mientras no está en uso.

En una UPS On-Line un conmutador mecánico ó estático es usado como parte del circuito automático ó manual de by-pass.

En una UPS Off-Line, un conmutador mecánico (relé) es usado para conmutar la carga a la salida del inversor cuando falla la línea de alimentación

Bloques constructivos de una UPS La sección de salida es donde se conectan las cargas a proteger por la UPS.

La cantidad y configuración de las tomas de salida varían según marcas y modelos.

En UPS de gran tamaño es común que la salida se realice por hard wire o borneras de conexión

La posibilidad de la UPS de comunicarse se ha hecho muy importante ya que permite un monitoreo remoto del funcionamiento de la UPS, el estado de la línea de alimentación, las baterías, etc., así como la posibilidad de realizar un cierre ordenado del sistema.

El uso de las comunicaciones vía RS-232, protocolos TCP/IP, y SNMP, es muy común en las UPS actuales. También se suelen proveer contactos libres de

potencial (secos) que entregan información del estado de línea y batería.

La mayoría de los equipos UPS operan de manera automática, tienen una alarma sonora indicadora de falla de línea, y un panel de control y estado de la UPS relativamente sencillo. En grandes UPS se incluyen medidores y un sistema de control mucho más sofisticado.

Una UPS con un sistema de regulación de tensión de entrada es conocida como UPS Interactiva. El Regulador de voltaje es utilizado para mantener el voltaje de entrada dentro de los límites aceptables para la carga, cuando la tensión de la línea disminuye ó se eleva fuera de un rango predeterminado.

Normalmente no se necesita usar un transformador de aislamiento, pero es necesario en algunos tipos de diseño de UPS. Un transformador agrega peso, tamaño y costo a una UPS. Muchas empresas ofrecen un transformador opcional cuando es necesario tener una aislación galvánica de la carga.

Reuniendo bloques constructivos para armar una UPS.

La mayoría de las configuraciones de UPS utilizan solamente estos bloques.

Cada configuración tiene sus ventajas y desventajas como: costo más bajo, mejor filtrado de ruidos, mayor eficiencia, acondicionamiento de línea, etc.

Hay dos grandes categorías principales en equipos UPS; On-Line y Off-Line. La mayoría de las más esotéricas configuraciones entra en la categoría de las UPS Off-Line.

Tipos y Configuraciones de Sistemas UPS Definiciones: UPS On-Line, UPS Off-Line

UPS Off-Line

On-Line: Si el 100% de la corriente de la carga es normal y permanentemente suministrado por el inversor la UPS es del tipo On-Line.

Off-Line: Si la corriente de la carga es normalmente suministrada directamente por la línea, no importa lo que la literatura de marketing diga, la UPS es del tipo Off-Line

La diferencia entre una UPS On-Line y una UPS Off-Line, puede ser ilustrada mejor con los diagramas del flujo de la potencia durante el funcionamiento en modo normal y en modo batería.

Observe en la Figura 1, que en una UPS del tipo Stand-By (Off-Line) el flujo de la potencia es: desde la entrada, a través del filtro y el relé de transferencia, a la salida. Esto realmente no difiere en mucho con conectar la carga directamente a la línea, solamente estamos protegiendo la carga contra los picos transitorios y ruidos de línea que el filtro pueda atenuar.

Cuando la UPS cambia al modo de baterías, la potencia fluye desde el inversor,

siendo la batería la que provee la energía, tal como se aprecia en la Figura 2.

Cuando se produce una falla en la línea, es necesario transferir la carga desde la línea de alimentación al inversor.

Esta transferencia tiene una duración típica de 5 a 10 milisegundos, (equivalentes ¼ a ½ ciclo). Para la mayoría de las cargas, éste tiempo de transferencia no es un problema; pero, algunas cargas críticas no pueden aceptar la caída de tensión provocada por un evento tan breve como éste.

Durante la operación en modo batería, la mayoría de las UPS tipo StandBy, tienen una tensión de salida con una forma de onda cuasi senoidal como se muestra en la Figura 3.

Muchas cargas, incluyendo las computadoras, funcionarán correctamente con una forma de onda de esas características, pero algunos equipos especiales ó antiguos pueden requerir una forma de onda senoidal y no trabajarán correctamente con una señal cuasi senoidal.

Definiciones: UPS On-Line, UPS Off-Line

UPS On-Line

Durante caídas de la tensión de entrada, que se prolonguen por minutos, horas ó días, una UPS Standby conmutará a modo inversor, descargando la batería.

Compare la operación de una UPS Standby, con las Figuras 4 a 7 de una UPS verdaderamente On-Line.

En una UPS On -Line, el flujo normal de la energía es desde la entrada a través del filtro, del rectificador, inversor, conmutador y salida. El inversor provee permanentemente la energía acondicionada que la carga requiere. (Compare con la UPS tipo Standby, donde la carga está siempre conectada a la línea, y por lo tanto ve cualquier perturbación que en ella se produzca.

Cuando la entrada de potencia desde la línea falla, el inversor entrega energía desde las baterías, tal como se ve en la Figura 5. Observe que el conmutador no opera al pasar al modo batería.

Una UPS On-Line tiene un inversor que entrega una tensión de salida con una forma senoidal, y ella no cambia (como en las UPS Standby) cuando conmuta desde modo normal a modo batería.

Todas las cargas que puedan operar con la tensión provista por la compañía de energía eléctrica, funcionarán adecuadamente con una UPS con salida senoidal.

UPS Modo ByPass. La UPS Interactiva.

Modo ByPass Una UPS On-Line tiene un tercer modo de operación (que la UPS Standby no posee).

La Figura 7 ilustra el Modo Bypass, que puede ser utilizado en los casos de tareas de mantenimiento, ó si la UPS falla, ó para conmutar la carga a la línea si la tensión de salida cae por una sobrecarga, tal como encender un equipo con una alta corriente de arranque.

En el modo Bypass el conmutador se ha activado, y si la UPS funciona correctamente, el conmutador retornará automáticamente la carga al inversor. Las protecciones contra picos transitorios y ruidos de línea continúan presentes en el modo Bypass, tal como ocurre en una UPS Standby en Modo Normal.

La UPS Interactiva Una importante mejora a la UPS tipo Standby, fue el agregado de un regulador de voltaje de entrada , constituido por un transformador con derivaciones seleccionables. La Figura 8 muestra el esquema de la UPS resultante, llamada UPS de Potencia Interactiva.

El regulador de voltaje , a la entrada del sistema, permite operar al sistema en "Modo Normal", cuando se producen caídas ó sobre elevaciones en la tensión de línea, sin que sea necesario conmutar al Modo Batería.

La operación de una UPS Interactiva, en modo Batería es idéntica al de las UPS Standby. El inversor arranca, el relé de conmutación se activa, y la energía es provista por la batería.

En diseños de baja potencia y costo, el transformador tiene solamente dos derivaciones, mientras que en equipos de mayor potencia y mejores prestaciones suelen tener tres ó cuatro, lo que permite obtener un mejor rango de regulación y precisión de la tensión de salida.

La salida varía conjuntamente con la entrada hasta que se produce un cambio de derivación en el transformador. Estos pequeños cambios en la tensión de salida no afectarán a la mayoría de las cargas.

UPS off-line. Otros diseños: UPS tipo Ferroresonante. UPS tipo Triport

UPS tipo Ferroresonante Otras dos topologías de UPS bastante comunes en el mercado, las cuales son esencialmente de operación Off-Line son las del tipo Ferroresonante y Triport.

Las UPS del tipo Ferroresonate utilizan un transformador especial a la salida, el cual está sintonizado a 50 ó 60 Hz (dependiendo de la frecuencia de la red donde se encuentren instaladas).

Este transformador con tres bobinados regula la tensión de salida, y puede ser visto como un estabilizador de tensión. Uno de los bobinados es utilizado para el Inversor.

Cuando la energía de la línea falla, el relé de transferencia conmuta , el inversor arranca y alimenta a la carga. Como vemos el Inversor está en modo standby, y es energizado solo cuando la línea falla. El transformador, debido a sus especiales características, tiene la capacidad de almacenar energía, lo que hace que durante el período de transferencia no se manifieste un micro corte de energía tan importante como en la UPS Standby.

La aislación del transformador también provee una alta atenuación de ruidos y picos transitorios, igual o mejor que cualquier otro filtro disponible, pero el transformador mismo puede crear severas distorsiones en la tensión de salida (fundamentalmente con cargas no lineales), que pueden llegar a ser peores que una mala conexión de línea.

En la Figura 10 podemos ver el diagrama en bloques de una UPS de éstas características, funcionando en Modo Normal.

UPS tipo Triport La UPS denominada Triport (unity three phase, silcon) es realmente una UPS Interactiva. En éste sistema el inversor está interactuando permanentemente con la línea. Note en la Figura 11 que hay un inductor intercalado entre la entrada de la línea y la salida del Inversor. Este inductor es el que distingue a la UPS tipo Triport de las otras tecnologías

El nombre Triport (tres puertos) es debido a que realmente, el inversor, la línea, y la carga configuran los tres puertos.

Operando en modo normal (con línea presente), hay una caída de tensión en el inductor, y es necesario el funcionamiento del inversor para regular la tensión de salida a la carga.

El inversor también toma parte de energía de la línea y además mantiene la carga de las baterías. Si el inversor tomara la energía desde las baterías, éstas se descargarían y no estarían disponibles en el caso de un corte de tensión de entrada.

Cuando la entrada falla, el interruptor se abre y el inversor alimenta a la carga con la energía de las baterías. El diseño Triport es algunas veces comercializado como UPS de Simple Conversión, pero realmente ésta tecnología sigue encuadrándose dentro de las UPS Off-Line. Estas UPS pueden presentar un incorrecto funcionamiento cuando se las opera con generadores o plantas de energía que tengan una frecuencia inestable.

PS Redundantes de diseño modular (tolerantes a las Fallas)

Este tipo de UPS, fue utilizado hace tiempo sólo para grandes instalaciones.

Desde el lanzamiento al mercado de UPS de mediana potencia con el mismo concepto de redundancia y modularidad, nos encontramos con una alternativa que nos ofrece una importante cantidad de ventajas.

La Figura 12 es un simple diagrama que muestra múltiples UPS modulares, y un gabinete para las conexiones de entrada y salida.

Cada módulo, es en realidad una UPS completa, usando las últimas tecnologías: doble conversión, salida perfectamente sinusoidal, cargador de baterías incorporado, factor de potencia de entrada corregido, etc.

En una UPS de tipo redundante, al menos un módulo se encuentra en reserva. Si un módulo falla, es excluido del sistema y la UPS continua operando normalmente. Algunas de las fundamentales ventajas de éste tipo de UPS son:

- La posibilidad de ampliación (por crecimiento de los sistemas a proteger), - La facilidad de cambio del módulo con fallas (tiempos mínimos de reparación sin perder la protección de la UPS), y - Su muy alta confiabilidad.

UPS - Los Ruidos eléctricos modo común y modo normal

Los ruidos de la línea de energía eléctrica que ingresan a la fuente de alimentación de una computadora, pueden causar graves problemas en el hardware o software del equipo.

Normalmente, una UPS está considerada como la mejor solución para prevenir éste tipo de problemas.

Ruidos de modo común y modo normal. En un sistema simple de distribución de energía, hay normalmente tres conductores conectando la computadora al enchufe en la pared. Hay un cable activo ó "vivo", un cable de neutro, y un cable de tierra. La potencia es entregada a la carga usando los cables de vivo y neutro. El cable de tierra tiene un propósito de seguridad.

En el contexto de las fuentes de alimentación, "ruido" es cualquier impulso de tensión indeseable que pueda aparecer a su salida. El ruido a la salida es causado por ruido en los tres cables de entrada, y puede aparecer tanto como "ruido normal" ó como "ruido común". La Figura 1 ilustra como aparecen los ruidos de modo común y modo normal en la línea de potencia.

El ruido de modo común está presente tanto en el conductor de vivo como de neutro, y es medido con respecto a tierra. (El término común se refiere al hecho de que un ruido idéntico aparece en el conductor de vivo y neutro.) El ruido de modo común puede ser causado por descargas atmosféricas, la operación de interruptores, ó una mala conexión de tierra.

El uso de protectores de picos de sobretensión también puede crear ruidos de modo común, ya que la energía del ruido en modo normal es derivada dentro del

conductor de neutro.

Los ruidos que pueden ser medidos entre el vivo y el neutro, son llamados ruidos de modo normal ó ruidos de modo inverso.

La mayoría de los ruidos de modo normal son producto del encendido ó apagado de grandes cargas, fundamentalmente grandes motores ó capacitores de corrección de factor de potencia.

Ruido en Fuente de computadora. Ruido modo normal y modo común

Como afecta el ruido a una fuente de computadora Para que un ruido de línea pueda dañar el hardware de una computadora, ó interferir con el procesamiento de los datos, deberá existir dentro de la computadora un camino para disipar el impulso de energía del ruido.

Virtualmente todas las computadoras modernas están alimentadas por una fuente de tipo switching.

Las fuentes de switching, por características de diseño proveen un camino para disipar la energía del impulso (ruido), haciendo que las computadoras sean susceptibles de daños.

Un diagrama en general, mostrando los bloques principales de una fuente de switching se muestra en la Figura 2.

Una fuente de switching sometida a un ruido de modo normal. El ruido de modo normal tiende a disipar su energía a través de cualquier camino desde el vivo hacia el neutro. Si el ruido de modo normal tiene suficiente tensión (ó energía) puede ocurrir un daño, primero a la fuente de alimentación y luego a los circuitos de la computadora.

Las junturas de los diodos rectificadores pueden dañarse debido a una tensión inversa excesiva. El capacitor puede degradarse si el ruido está en polaridad inversa ó excede los límites de operación. El aislamiento del transformador puede dañarse si la tensión pico del ruido es demasiado elevado.

Sin embargo, componentes como diodos rectificadores, capacitores de filtro, y el transformador, requieren grandes cantidades de energía para ser dañados. Por lo tanto, el ruido de modo normal no es una gran amenaza para la computadora, ya que es mucho más frecuente que se dañe la fuente de alimentación antes que le ocurra un daño al hardware de la PC. No obstante, es posible que un ruido de modo normal dañe el hardware de la computadora.

Una fuente de switching sometida a un ruido de modo común. El ruido de modo común significa una amenaza mucho mayor, ya que el ruido tiende a disipar su energía desde el vivo a tierra, ó desde el neutro a tierra. Para que ocurra un daño debe existir un camino para que circule la corriente, y en una fuente de switching hay dos lugares posibles.

El ruido de modo común puede ser acoplado a través del trasformador de alta frecuencia, y por vías que tienen capacidades parásitas ó perdidas capacitivas.

En primer lugar, como el ruido de modo común generalmente consiste de impulsos de alta frecuencia, hay una gran probabilidad que el ruido vea al transformador de alta frecuencia como un capacitor de acople y pase a través de él sin obstrucciones.

En segundo lugar, las capacidades parásitas, producto de su pequeño tamaño físico y su mayor densidad de componentes comparado con otro tipo de fuentes, proveen muchos caminos alternativos.

Si el ruido de modo común no encuentra un camino a través de la fuente, la tensión del ruido podría aparecer entre la tierra lógica (referencia común) y los pines de la fuente de alimentación de la computadora. Si la tensión del ruido excede la especificación máxima de tensión de un semiconductor, la energía del ruido pasará a través de la lógica del hardware a tierra, disipando su energía en ese camino.

El resultado es una reducción de la confiabilidad, interferencia con los datos procesados, y posibilidad de daño permanente. Los semiconductores de los circuitos integrados operan con unos pocos voltios, y solamente pueden tolerar corrientes de unas pocas milésimas de amperes. Por lo tanto, la magnitud del ruido de modo común no necesita ser demasiado alto para causar daño.

Ruido en una computadora Soluciones posibles al ruido de modo común

Existen protectores y supresores de picos para atenuar los problemas causados por el ruido común.

Estos componentes son conectados entre los conductores de vivo y neutro en el tomacorriente de salida de algunos equipos como estabilizadores y UPS.

La mayoría de los supresores de picos contienen un elemento llamado varistor (MOV, por su denominación en inglés, metal oxide varistor).

Un varistor es un componente cuya resistencia interna depende de la tensión aplicada entre sus terminales.

Una alta tensión que aparezca a través de un varistor será limitada a un valor específico, y la corriente resultante será derivada por el varistor impidiendo que circule por los sensibles circuitos electrónicos del equipo de computación. Ver Figura 3. La corriente es disipada en el varistor en forma de calor.

Los supresores de picos pueden crear sin embargo un problema adicional tal como se lo ilustra en la Figura 3. La corriente que se deriva a través del conductor de neutro puede crear un ruido de modo común.

La tensión de pico del ruido común depende de la impedancia de los cables, de la magnitud de la corriente original y de la capacidad de disipación del supresor de picos.

El supresor de picos representado en la Figura 3 está en su forma más simple.

Existen también en el mercado, supresores mucho más complejos, de naturaleza

híbrida, que derivan la corriente de ruidos en una forma similar. Estos supresores híbridos incorporan componentes como inductores, capacitores, etc.

En algunas configuraciones los varistores y filtros también están presentes entre los conductores de neutro y tierra para reducir los problemas de ruido común creados por la acción del varistor en modo normal.

Ruido en una computadora Posibles soluciones a los problemas de ruido común

Los ruidos de modo común representan una amenaza mayor que los ruidos de modo normal debido al diferente camino utilizado para disipar su energía. Un ruido de modo común puede ser potencialmente peligroso teniendo una magnitud mucho menor que un ruido de modo normal.

Afortunadamente hay productos disponibles para eliminar los ruidos de modo común. La mejor manera de eliminar los ruidos de línea, tanto de modo común como normal, es el uso de una UPS On Line.

Como una UPS On Line utiliza la tecnología de doble conversión, la salida de la UPS estará aislada de cualquier ruido que pueda aparecer en la entrada.

Un transformador puede ser también una forma efectiva de reducir ó eliminar los ruidos de modo común. En la Figura 4 se ilustra un ejemplo. El transformador filtra naturalmente los ruidos de modo común, y la pantalla electrostática entre los bobinados filtra los ruidos de alta frecuencia en modo normal. Las desventajas de un transformador son su peso, tamaño y costo, siendo además innecesario si se utiliza una UPS On Line de doble conversión.

En todos los transformadores, existe una capacidad entre los bobinados. Es mediante éste camino de la capacidad entre bobinados que los ruidos de alta frecuencia pueden acoplarse al bobinado secundario. Sin embargo, cuando se utiliza una pantalla electrostática conectada a tierra para separar el bobinado primario del secundario, la capacidad entre los mismos queda reducida de forma significativa. Esto incrementa la impedancia (resistencia) de ésta vía de acoplamiento, y por lo tanto reduce notablemente la cantidad de energía de alta frecuencia que se puede manifestar en el bobinado secundario.

En general, un transformador de aislación con pantalla electrostática podrá exhibir un factor de atenuación de aproximadamente -60dB, lo cual significa una relación de 1000 a 1. Esto significa que un impulso de 1000 volts a la entrada, aparecerá como un pulso de sólo un volt a la salida.

En el contexto de las protecciones a los equipos de computación, una UPS tiene una ventaja distintiva con respecto a otras soluciones, simplemente por el hecho de que ella puede seguir alimentando el equipo ante un corte de energía. Todas las configuraciones de UPS también incorporan protectores de picos transitorios, y algunas de ellas, acondicionadores de línea (reguladores), y por lo tanto no es necesaria una protección adicional para los equipos. Más

específicamente, una UPS On Line será el método más efectivo de protección ya que la potencia a la carga está siendo acondicionada permanentemente.

Determinando la Potencia Adecuada de una UPS para sus Necesidades Específicas

Introducción:

1. Liste todos los equipos que serán protegidos por la UPS en la columna "Equipos Protegidos" de la tabla.

2. Lea la placa de características de cada uno de los equipos listados en el paso 1 y traslade los valores allí indicados, en "Volts" y en "Amperes", a las columnas correspondientes de la tabla.

3. Multiplique el voltaje y el amperaje de cada equipo y entre el resultado en la columna "VA".

Algunos equipos, como microcomputadores, pueden estar marcados con un consumo de potencia medido en Watts.

Para convertir esa lectura a VA, simplemente divida por 0,7 (para un factor de potencia=0,7) ó multiplique por 1,43.

4. Sume los valores de la columna VA y entre el resultado en la celda "Subtotal".

5. Multiplique el valor resultante del paso 4 por 0,25 e ingrese ese valor en la celda "Factor de Crecimiento". Este cálculo toma en consideración un futuro crecimiento del sistema. Las computadoras modernas están diseñadas para ser expandidas, y éste paso es recomendado para hacerlo posible. ISSO9000 recomienda que se admita un 5% de tasa de crecimiento por año, por un período de 5 años, o un total del 25%. Sus planes actuales de crecimiento podrían requerir un aún mayor factor de corrección.

6. Sume los valores de "Factor de Crecimiento" y "Subtotal" para obtener los "VA Requeridos".

7. Seleccione la UPS apropiada de nuestros Folletos, eligiendo un modelo cuya capacidad en VA sea al menos tan grande como el valor obtenido en el paso 6 en la casilla "VA Requeridos".

8. En el caso que la carga a conectar incluya elementos como: tubos fluorescentes, motores, refrigeradores, etc., por favor comuníquese con nuestro Dto. de Ventas para asegurar una correcta elección de la potencia y modelo de la UPS necesaria para ese uso particular o el uso de lámparas de emergencia.

Ejemplo del cálculo de la potencia requerida Equipos protegidos Volts Amperes VA (VoltsxAmperes)

Computadoras 120V 2,0A 240VA Modem 120V 0.2A 24VA Central telefónica 120V 3.0A 360VA Monitor 120V 1.0A 120VA Subtotal 744VA Factor de Crecimiento (25% del total) 186VA

VA Requeridos 930VA (.93KVA)

Modelos apropiados (basado en el cálculo): Unidades con capacidad de 1 Kva o mayor.

Interfaz y Control de una UPS: La Comunicación entre la UPS y el Usuario: Introducción

Introducción:

En la actualidad, prácticamente todos los equipos UPS, independientemente de su potencia y sistema de operación, incorporan algún tipo de sistema de comunicación con el usuario.

Estos sistemas de comunicación, permiten que los usuarios reciban en tiempo real, distintos parámetros del funcionamiento de su equipo UPS, permitiéndoles tomar las acciones preventivas ó correctivas que fuesen necesarias.

Trataremos de mostrar en ésta nota, las ventajas y la importancia de los diferentes sistemas de comunicación, así como el diferentes software utilizado y su visualización e interpretación.

Es un error muy común, pensar que en una UPS que protege una computadora personal, la utilización de un sistema, aún básico, de comunicación entre la UPS y el usuario, no resulta muy necesario. Esta actitud proviene de que en la mayoría de los casos, se considera suficiente seguridad la señal sonora y luminosa que emite la UPS en caso de producirse una anomalía en la línea de alimentación.

Si se produce un corte en el suministro, el operador sería alertado prontamente. Procedería a salvar los archivos en los que se encuentra trabajando, y al cierre ordenado de su sistema operativo. Para realizar éstas tareas el operador sólo cuenta con los pocos minutos de autonomía que la UPS le brinda.

¿Pero, que sucede si el operador ha salido momentáneamente de su puesto de trabajo y la computadora se encuentra sin atención?

Un sistema UPS puede estar preparado para otorgar una autonomía de 10 minutos, (período normalmente suficiente para un cierre de archivos y sistema) pero solamente si las baterías se encuentran en su máxima capacidad. Sin embargo, un corte previo de energía pudo haber descargado parcialmente las baterías, y no haberse recuperado la totalidad de la carga. O las baterías, por su tiempo de uso, pueden haber perdido la capacidad original. La autonomía real disponible podría haber quedado reducida significativamente.

¿Regresará a tiempo el operador para efectuar las correspondientes maniobras y no perder valiosos datos, o provocar errores en su sistema operativo?

Aún estando presente en el momento del corte; ¿Podrá saber el operador de cuánto tiempo dispone para completar un cierre? ¿ Tendrá tiempo para completar alguna de las tareas que estaban en curso?

Todas éstas dudas pueden ser eliminadas, aumentando notablemente la seguridad del sistema, con una comunicación entre la UPS y el sistema operativo de la computadora, que mediante un software adecuado permitirá tomar las decisiones correctas en tiempo y forma, y, en caso de no encontrarse presente el operador, será quien se encargue de las tareas de cierre.

Como vemos, la importancia de una vía de comunicación en una UPS conectada a

una computadora personal resulta innegable, no quedando su utilización sólo circunscripta a grandes centros de cómputos o redes.

Interfaz y Control de una UPS: La Comunicación mediante "Contactos Secos"

La comunicación mediante "Contactos Secos"

Esta es la forma de comunicación más simple. Nos permite conocer el estado de funcionamiento de la UPS, así como también realizar un cierre del sistema en forma ordenada sin nuestra presencia.

Para realizar esta comunicación, la UPS se interconecta mediante un cable de varios conductores, a un Puerto Serial de la PC.

Este cable suele ser parte de un "paquete", que incluye los discos de instalación del software y el manual de instrucciones de uso. En la Figura 1 vemos un esquema de la interconexión.

Por intermedio del cable de interconexión son enviadas generalmente tres importantes informaciones ú órdenes entre la UPS y la computadora.

1) Información de un problema en la línea de alimentación, que ha provocado que la UPS haya pasado a funcionar en modo batería.

2) Información de que la batería está alcanzando su nivel mínimo de capacidad, y que la energía de reserva se agotará en un tiempo muy breve.

Esta información, recibida en la PC, es interpretada y procesada por el software, que comunmente tomará las siguientes acciones:

3) Mostrará en la pantalla del monitor que ha ocurrido un fallo de línea, alertando al operador, e indicando además mediante un contador regresivo el tiempo restante de autonomía del que teóricamente se dispone.

4) Al recibir la señal de estado crítico de la batería, comenzará de manera automática un cierre de los archivos abiertos y del sistema operativo.

5) Al terminar de efectuarse el cierre ordenado, el software de comunicación enviará a la UPS una orden que apagará el inversor, impidiendo una descarga total de las baterías.

En la Figura 2 podemos apreciar como se realiza el intercambio de información entre la PC y la UPS.

Nota: Aún cuando en la Figura 2 se ha optado por la representación esquemática de contactos tipo relevadores, en la gran mayoría de las UPS actuales, éstos han sido reemplazados por componentes de estado sólido (optoacopladores).

Software para comunicación por "Contactos Secos"

(I parte)

Mostraremos ahora algunos ejemplos de los mensajes que un software presenta en pantalla.

Estas imágenes varían de uno a otro programa utilizado, pero nos servirán como referencia de la información y seguridad que nos provee la comunicación con la UPS.

Luego de haber instalado el software, según las indicaciones del proveedor, deberemos realizar un "set up" del programa. La pantalla de nuestro ejemplo la vemos en la Figura 3.

Allí vemos que se nos permite:

1) Configurar el puerto de la PC que será utilizado por la UPS. 2) Ajustar cada cuanto tiempo el software hará un control del estado de la UPS. 3) Ajustar el tiempo de funcionamiento en batería antes de comenzar el cierre (=< tiempo previsto de autonomía). 4) Ajustar el tiempo que esperará el software antes de cerrar el sistema, cuando reciba un alerta de baja batería. 5) Ajustar el tiempo minímo que debe tener una falla de la línea, para que se muestre un alerta en pantalla. 6) Decidir si la UPS debe ser apagada, ó no, luego de efectuado el cierre del sistema. 7) Configurar el texto de los mensajes de alarma presentados en pantalla. 8) Habilitar el modem para que envíe un mensaje a un destinatario elegido, si ocurre una falla de linea ó batería.

Una vez configurado, (de acuerdo a nuestro equipo y a nuestras preferencias) el software permanecerá oculto, mostrándose solamente un icono del mismo en la

barra de tareas. Ver Figura 4.

Software para comunicación por "Contactos Secos" (II parte)

Si se produce una falla en la línea de alimentación, y la UPS pasa a trabajar en modo batería, el programa se maximizará, mostrando una pantalla como la que vemos en la Figura 5.

Esta misma pantalla también puede ser visualizada manualmente, (pulsando con el mouse sobre el icono del programa en la barra de tareas) para acceder, tanto al estado actual de la UPS, como a todo un registro de los eventos ocurridos en los últimos meses, lo que nos permitirá realizar un estudio sobre las anomalías de la línea, (cantidad de fallas, frecuencia, duración, horarios críticos, etc.) el comportamiento de la UPS, y las acciones tomadas.

En la Figura 5 vemos que se presentó una falla de línea y que la UPS se encuentra operando en modo batería. Si la tensión de la batería desciende a un valor crítico, el mensaje cambiará, indicando tal situación, y la barra amarilla cambiará a rojo.

Si la tensión de línea vuelve a su condición normal, el gráfico pasará a verde nuevamente y el mensaje será el de UPS en funcionamiento normal (ó cualquier otro texto que haya sido configurado en el ajuste o programacion inicial).

Como ya habíamos mencionado anteriormente, el programa genera un registro de todos los eventos, aún el de su propia activación ó cierre. Para acceder a este registro maximizamos el programa y abrimos Log / View Log File tal como vemos en la Figura 6.

Tenemos también la posibilidad de ver los eventos de todo un mes, así como

hacer un análisis de las fallas ocurridas. En las Figuras 7 , 8 y 9 mostramos las respectivas pantallas de cada una de éstas opciones.

Los Sistemas de comunicación inteligente (I) En éste tipo de comunicación entre la UPS y el usuario, la información no se limita solamente a los cambios de estado de la línea ó la batería, sino que también se reciben los datos correspondientes a las mediciones, que en forma continua, realiza el microprocesador de la UPS.

Según la tecnología que posea la UPS, será mayor ó menor la cantidad de información que nos enviará. Los parámetros mínimos comunes suelen ser:

1) Tensión de la línea de entrada. 2) Corriente de la línea de entrada. 3) Frecuencia de la tensión de entrada. 4) Tensión de salida de la UPS. 5) Corriente de la carga conectada a la UPS. 6) Valor total ó porcentual de la potencia entregada. 7) Tensión de las baterías. 8) Tiempo de respaldo en baterias. 9) Temperatura interna de operación.

También, y según la UPS es posible enviar órdenes a la misma, para corregir ó modificar ciertos parámetros, tal como la tensión y frecuencia de salida, comportamiento ante fallas, etc.

La interconexión necesaria entre la UPS y la PC, corresponden al mismo esquema presentado en la Figura1. La UPS dispondrá de una ficha de salida donde se conectará un cable de comunicación a un puerto de la computadora.

Sin embargo las señales difieren con respecto a la comunicación por contactos secos. En la Figura 10 vemos el esquema de éste modo de comunicación denominado "Comunicación RS 232".

Los Sistemas de comunicación inteligente (II) (Continuación) La información aquí se transmite y recibe mediante trenes de pulsos.

La UPS toma los datos analógicos de los parámetros a controlar, los convierte en un código binario, (unos y ceros) y los envía a la PC donde son decodificados por el software.

Si la información parte de la PC hacia la UPS, el proceso se invierte, el software envía la orden o pregunta correspondiente en código binario y el micro de la UPS se encarga de interpretarlo.

Normalmente el soporte de software que brindan las grandes marcas de UPS no se limita a la lectura de los parámetros mencionados. Si bien el control del funcionamiento de la UPS, es mucho más completo, una de las funciones principales es la de poder realizar cierre de sistemas multiusuario y multiplataforma, poder enviar y recibir información desde sitios remotos, etc.

Nos preguntabamos al comienzo de ésta nota, sobre que ocurriría si el operador no estaba presente en el momento de una falla de línea. En sistemas de grandes redes, un servidor puede estar protegido por una UPS, sin embargo un cliente de ese servidor, ajeno a los inconvenientes que en él se presentan, podría seguir operando normalmente y perder valiosos datos cuando se produzca el cierre.

Este problema, grave en pequeñas redes (LAN), se torna totalmente crítico en grandes redes de trabajo (WAN).

Imaginemos como ejemplo, una sucursal bancaria que haya tenido un corte general de energía. Sus sistemas están a punto de caer, y sigue recibiendo información desde su casa matríz.

Es evidente que la mejor solución posible, es permitir que el operador del Centro de Cómputos ó el Administrador de Red sean alertados tan pronto como se presenta una anomalía en cualquier punto de la red.

(UPS) Software para sistemas inteligentes Presentaremos también aquí unas muestras de las imágenes ó pantallas utilizadas en software de UPS inteligentes.

El software que se entrega con las diversas marcas de UPS, puede variar significativamente en cuanto a su presentación.

Sin embargo las prestaciones de todos ellos se asemejan, otorgándonos una gran posibilidad de intercomunicación y control con la UPS.

En la Figura 11 vemos la ventana de configuración del programa.

Al igual que en el software que vimos anteriormente, también éste permanecerá funcionando minimizado, apareciendo solamente su respectivo icono en la barra de tareas. Ante una falla en la línea, se maximizará presentándonos en pantalla la ventana que podemos apreciar en la Figura 12.

En las Figuras 12, 13, y 14 vemos los cambios en el cuadro "Flujo de Energía", según la línea esté correcta ó no, ó si la batería está baja. También se puede observar en la Fig. 11, que son mostrados en pantalla diversos instrumentos en los cuales podremos conocer exactamente los valores de tensión, corriente, frecuencia, tiempo de baterías, etc.

En la Figura 15 tenemos una muestra de la pantalla de registro de eventos.

Administración remota de UPS mediante SNMP

Administración remota de una UPS mediante SNMP (Simple Network Management Protocol) Las redes de datos que están esparcidas en un área muy amplia, denominadas WANs, pueden cubrir cientos y aún miles de kilómetros.

Las redes WAN crean una gran ventaja para sus usuarios, ya que les permite intercambiar información que anteriormente debía ser enviada por fax ó e-mail.

Sin embargo una desventaja de la WAN es la dificultad de monitorear, manejar, y mantener todos los equipos de computación que se encuentran repartidos en un área tan amplia.

SNMP es un protocolo de comunicación estandarizado que permite a todos los componentes de la red comunicarse de manera simple. La creación de un estándar hizo posible manejar todos los elementos de un sistema, permitiendo al operador del mismo monitorear todos los sitios desde una única central.

El manejo ó administración remota de varios sitios ha representado una gran ventaja en las grandes redes, ya que muchos de estos sitios no cuentan con un administrador de red en forma permanente. Si un problema ocurriera cuando el administrador no se encuentra, podrían ocurrir graves daños tanto en el hardware como en el software, sin contar las pérdidas de productividad ocasionadas. SNMP resuelve éste problema ya que permite a un solo operador controlar todos los elementos de la red desde una posición central.

Algunas UPS traen ya incorporada una salida SNMP, otras traen ranuras internas de expansión (slots) donde se puede insertar una placa opcional para obtener una salida con ese protocolo, así como también es posible colocar un adaptador externo con las mismas características.

Sea interna ó externa, la placa se encargará de convertir las señales de la UPS (comunicación RS232) en información que cumple con el protocolo SNMP. Veamos en la Figura 16 un ejemplo de aplicación.

Existen también adaptadores que convierten la información de la UPS en protocolos SNMP y HTML, lo que permite monitorear y configurar la UPS a través

de la Web. En la Figura 17 se ve un ejemplo de aplicación.