Cómo se organizan y funcionan las fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS)

Los requisitos para la calidad de la electricidad están legalmente prescritos por las normas estatales y normas bastante estrictas. Las organizaciones de suministro de electricidad hacen muchos esfuerzos para cumplir con ellas, pero no siempre se implementan.

En nuestros apartamentos, y en producción, surgen periódicamente:

• apagones completos por tiempo indefinido;

• pulsos de voltaje aperiódico a corto plazo (10 ÷ 100 ms) de alto voltaje (hasta 6 kV);

• sobretensiones y caídas de voltaje con varias duraciones;

• superposiciones de ruido de alta frecuencia;

• Salidas de frecuencia.

Todos estos fallos afectan negativamente el trabajo de los consumidores de electricidad de hogares y oficinas. Los microprocesadores y los dispositivos informáticos, que no solo fallan, sino que pueden perder por completo su rendimiento, se ven especialmente afectados por la calidad de la fuente de alimentación.

Propósito y tipos de fuentes de alimentación ininterrumpida

Para reducir los riesgos de mal funcionamiento de la red de suministro de energía, se utilizan dispositivos redundantes, que comúnmente se denominan Fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) o UPS (formadas a partir de la abreviatura de la frase en inglés "Fuente de alimentación ininterrumpida").

Están hechos con diferentes diseños para resolver problemas específicos del consumidor. Por ejemplo, los UPS potentes con baterías de helio pueden soportar el suministro de energía de una cabaña entera durante varias horas.

Sus baterías reciben una carga de una línea eléctrica, un generador eólico, paneles solares u otros portadores de energía a través del dispositivo rectificador del inversor. Alimentan a los consumidores eléctricos de la cabaña.

Cuando se apaga la fuente externa, las baterías se descargan a la carga conectada a su red. Cuanto mayor es la capacidad de la batería y menor es la corriente de descarga, más tiempo trabajan.

Las fuentes de alimentación ininterrumpida de potencia media pueden reservar fuente de alimentación para calderas eléctricas, sistemas de control de clima interior y equipos similares.

Al mismo tiempo, los modelos de UPS más simples solo pueden completar un programa de apagado de emergencia de la computadora. Además, la duración de todo el proceso de su trabajo no excederá de 9-15 minutos.

Las fuentes de alimentación ininterrumpida por computadora son:

1. integrado en la carcasa del dispositivo;

2. externo.

Los primeros diseños son comunes en computadoras portátiles, netbooks, tabletas y dispositivos móviles similares alimentados por una batería incorporada, que está equipada con un circuito de conmutación de alimentación y carga.

Batería del portátil con controlador integrado es una fuente de alimentación ininterrumpida. Su circuito en modo automático protege el equipo operativo de cortes de energía.

Diseños de UPS externosdiseñados para la finalización normal de programas en una computadora estacionaria se realizan en una unidad separada.

Se conectan mediante un adaptador de corriente a una toma de corriente. Solo los dispositivos que son responsables del funcionamiento de los programas reciben alimentación de ellos:

• unidad del sistema con un teclado conectado;

• monitor que muestra procesos en curso.

Otros periféricos: escáneres, impresoras, parlantes y otros equipos de UPS no funcionan. De lo contrario, tras la finalización de emergencia de los programas, se harán cargo de parte de la energía almacenada en las baterías.

Opciones de diseño de flujo de trabajo de UPS

Los SAI informáticos e industriales se fabrican en tres opciones principales:

1. respaldos de energía;

2. circuitos interactivos;

3. Doble conversión de electricidad.

Con el primer método circuito de respaldo, denotado por los términos en inglés "Standby" o "Off-Line", el voltaje se suministra desde la red a la computadora a través del UPS, en el cual los filtros incorporados eliminan la interferencia electromagnética. Establecer aquí bateria, cuya capacidad es soportada por la corriente de carga regulada por el controlador.

Cuando la fuente de alimentación externa desaparece o supera los estándares establecidos, el controlador dirige la energía de la batería para alimentar a los consumidores. Se conecta un inversor simple para convertir CC a CA.

Beneficios de UPS Standby

Las fuentes de alimentación ininterrumpida del circuito fuera de línea tienen una alta eficiencia, cuando se les aplica el voltaje, funcionan de manera silenciosa, producen poco calor y son relativamente baratas.

Desventajas

UPS Standby destaca:

• una larga transición a la energía de la batería 4 ÷ 13 ms;

• una forma distorsionada de la señal de salida emitida por el inversor en forma de meandro, y no una onda sinusoidal armoniosa;

• falta de ajuste de voltaje y frecuencia.

Dichos dispositivos son más comunes en las computadoras personales.

Circuito interactivo UPS

Están designados por el término en inglés "Line-Interactive". Se llevan a cabo de acuerdo con el esquema anterior, pero más complicado debido a la inclusión de un estabilizador de voltaje usando un autotransformador con regulación por pasos.

Esto proporciona un ajuste del voltaje de salida, pero no pueden controlar la frecuencia de la señal.

El filtrado del ruido en modo normal y el cambio a la potencia del inversor en caso de accidente se producen de acuerdo con los algoritmos de UPS Standby.

Al agregar un estabilizador de voltaje de varios modelos con métodos de control, permitieron crear inversores con una forma de onda no solo del meandro, sino también de las sinusoides. Sin embargo, un pequeño número de etapas de control basadas en la conmutación de relés no permite realizar las funciones de estabilización completas.

Esto es especialmente cierto para los modelos baratos, que, al cambiar a la energía de la batería, no solo sobreestiman la frecuencia por encima de la nominal, sino que también distorsionan la forma de la onda sinusoidal. La interferencia es hecha por el transformador incorporado, en el núcleo del cual ocurren los procesos de histéresis.

En modelos caros, los inversores funcionan con interruptores semiconductores. Los UPS Line-Interactive tienen un mayor rendimiento al cambiar a energía de batería que los UPS fuera de línea. Está garantizado por la operación de algoritmos de sincronización entre el voltaje entrante y las señales generadas. Pero al mismo tiempo, hay una cierta subestimación de la eficiencia.

El UPS interactivo en línea no se puede utilizar para alimentar motores de inducción, que se instalan masivamente en todos los electrodomésticos, incluidos los sistemas de calefacción. Se utilizan para operar dispositivos con bloques de impulsodonde la energía se filtra y se rectifica al mismo tiempo: computadoras y productos electrónicos de consumo.

UPS de doble conversión

Este circuito UPS se llama la frase en inglés "en línea" y funciona en equipos que requieren energía de alta calidad. Produce una doble conversión de electricidad, cuando los armónicos sinusoidales de la corriente alterna son convertidos constantemente por el rectificador en un valor constante, pasado a través del inversor para crear una sinusoide repetida en la salida.

Aquí, la batería está constantemente conectada al circuito, lo que elimina la necesidad de su conmutación. Este método prácticamente elimina el período de preparación de una fuente de alimentación ininterrumpida para la conmutación.

El funcionamiento del UPS en línea por el estado de la batería se puede dividir en tres etapas:

1. etapa de carga;

2. estado de espera;

3. descarga a la computadora.

Período de carga

Los circuitos de entrada y salida de onda sinusoidal se rompen por un interruptor interno del UPS.

Una batería conectada al rectificador recibe energía de carga hasta que su capacidad se restablezca a valores óptimos.

Período de preparación

Después del final de la carga de la batería, la automatización de la fuente de alimentación ininterrumpida cierra el interruptor interno.

La batería mantiene un estado de espera en el modo de búfer.

Periodo de descarga

La batería se transfiere automáticamente a la alimentación de la estación de la computadora.

Las fuentes de alimentación ininterrumpida que funcionan mediante el método de doble conversión de energía eléctrica tienen una eficiencia menor en el modo de suministro de línea que otros modelos debido al consumo de energía por calor y ruido. Pero en diseños complejos, se utilizan técnicas para aumentar la eficiencia.

UPS On-line es capaz de corregir no solo la magnitud del voltaje, sino también su frecuencia de oscilación. Esto los compara favorablemente con los modelos anteriores y le permite utilizar para alimentar varios dispositivos complejos con motores de inducción. Sin embargo, el costo de tales dispositivos es mucho más alto que los modelos anteriores.

Composición de UPS

Dependiendo del tipo de circuito de trabajo, el kit de fuente de alimentación ininterrumpible incluye:

• baterías para almacenamiento de energía;

• cargador, asegurando el mantenimiento del rendimiento de la batería;

• inversor para formar una onda sinusoidal,

• esquema de control de procesos;

• software

Para el acceso remoto al dispositivo, se puede utilizar una red local y puede aumentar la confiabilidad del circuito debido a su redundancia.

En algunas fuentes de alimentación ininterrumpida, se utiliza el modo de derivación, cuando la carga es suministrada por la tensión de red filtrada sin el funcionamiento del circuito principal del dispositivo.

Parte del UPS tiene un regulador de voltaje paso a paso "Booster", controlado por automatización.

Dependiendo de la necesidad de realizar soluciones técnicas complejas, las fuentes de alimentación ininterrumpida pueden equiparse con funciones especiales adicionales.

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