8/9/2019 Conozca Los Tipos de UPS

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Conozca los tipos de UPSSobre el autorNeil Rasmussen es fundador y Chief Technical Officer de American Power Conversion (APC). En APC, Neil dirige lacartera de R&D (Research & Develepment/Investigacin y Desarrollo) ms grande del mundo dedicada a infraestructurade Energa, Ventilacin y Rack para redes crticas, con centros principales de desarrollo de producto enMassachusetss, Missouri, Dinamarca, Rhode Island, Taiwn e Irlanda. Actualmente, Neil est liderando los esfuerzosde APC para desarrollar soluciones modulares escalables para centros de datos.

Antes de fundar APC en 1981, Neil recibi sus ttulos de Licenciatura y Master en Ingeniera Elctrica en el MIT, dondehizo su tesis sobre el anlisis de fuentes de energa de 200MW para un reactor Tokamak Fusion.Desde 1979 a 1981 trabajo en los Laboratorios Lincoln del MIT sobre sistemas elicos (flywheel) de almacenamiento deenerga y sistemas de energa elctrica solar.

Hay mucha confusin en el mercado sobre los diferentes tipos de sistemas de UPS y suscaractersticas. En este documento se define cada tipo de UPS, se discuten las aplicacionesprcticas de cada uno y se detallan sus ventajas y desventajas. Con esta informacin sepuede tomar una decisin educada sobre la topologa UPS apropiada para cada necesidad.

IntroduccinLos variados tipos de UPS y sus atributos, a menudo causan confusin en la industria de los centros de datos. Porejemplo, suele creerse que slo hay dos tipos de sistemas de UPS, llamados UPS standbay y UPS online. Estos dostrminos comnmente utilizados no describen correctamente muchos de los sistemas disponibles de UPS.

Muchos malos entendidos acerca de los sistemas UPS son aclarados cuando las diferentes topologas de UPS sonidentificadas apropiadamente. La topologa UPS indica la naturaleza bsica del diseo del UPS. Varios fabricantesproducen modelos rutinariamente con diseos o topologas similares, pero con caractersticas de desempeo muydiferentes.Aqu se realiza un acercamiento a los diseos ms utilizados, incluyendo resmenes de explicaciones sobre cmotrabaja cada topologa. Esto te ayudar a identificar y comparar apropiadamente los sistemas.

Tipos de UPSPara implementar sistemas UPS se utilizan acercamientos a una variedad de diseos, cada uno con distintascaractersticas de desempeo. Los acercamientos de diseo ms usuales son los siguientes:

Standby

Lnea Interactiva Standby-Ferro Doble Conversin On-Line Delta Conversion On-Line

UPS StandbyEl UPS Standby es el tipo ms utilizado para Computadoras Personales. En el diagrama de bloques ilustrado en laFigura 1, el interruptor (switch) de transferencia est regulado para elegir entre la entrada AC (AlternatingCurrent/Corriente Alterna) filtrada, la cual es la fuente de energa primaria (dibujo en lnea slida) y alternar con labatera/conversor(inversor), siempre que la fuente de energa primaria falle.

Cuando eso ocurre, el interruptor de transferencia debe operar para cambiar la carga de los equipos a la fuente deenerga de respaldo de la batera/conversor (paso fracasado). El conversor solo se enciende cuando la energa falla,

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por eso el nombre Standby.Los principales beneficios de este diseo son: alta eficiencia, pequeo tamao y bajo costo. Con un filtro apropiado y uncircuito elctrico de sobretensin de corriente, estos sistemas tambin pueden proveer una filtracin de ruido adecuaday supresin de sobretensin.

UPS de Lnea InteractivaEl UPS de Lnea Interactiva, ilustrado en la figura 2, es el diseo ms comnmente utilizado para pequeos negocios,Web y servidores departamentales. En este diseo, el conversor (invertidor) de la batera a energa AC (the battery-to-

AC power) siempre est conectado a la salida del UPS. Si se mantiene el conversor operando al revs de tanto entanto, cuando la entrada de energa AC es normal provee carga de batera.Cuando la entrada de energa falla, el interruptor de transferencia se abre y la energa fluye desde la batera a la salidade la UPS. Con el conversor siempre prendido y conectado a la salida, este diseo provee filtro adicional y producealternaciones provisorias reducidas cuando se lo compara con la topologa UPS Standby.

Adems, el diseo de Lnea Interactiva usualmente incorpora un transformador tap-changing. Esto agrega regulacinde voltaje, ajustando las tomas de corriente de salida a medida que el voltaje de entrada vara. La regulacin del voltajees una caracterstica importante cuando existen condiciones de bajo voltaje.

Este uso de la batera ms frecuente puede causar fallas prematuras en la batera. De todos modos, el conversortambin puede ser diseado de manera tal que su falla, permita el flujo de energa de una entrada AC a la salida, locual elimina el potencial de falla de un nico punto.

Alta eficiencia, pequeo tamao, bajo costo y alta confiabilidad junto con la habilidad de corregir condiciones de voltajede lneas bajas o altas, hacen de este el tipo dominante de UPS en rangos de energa de 0,5-5kVA.

UPS Standby-Ferro UPSEn determinado momento, este tipo de UPS fue el dominante para el rango de 3-15kVA. Este diseo depende de untransformador de saturacin especial que tiene tres bobinados (conexiones de energa).

El paso de energa primario va desde la entrada AC hasta la salida, pasando a travs del interruptor de transferencia ydel transformador. En el caso de una falla de energa, el interruptor de transferencia se abre y el conversor toma lacarga de salida.

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En el diseo Standby-Ferro, el conversor est en modo standby y es energizado cuando la entrada de energa falla y elinterruptor de transferencia es abierto. El transformador tiene una capacidad especial Ferro-resonant, la cual proveeregulacin de voltaje limitado y una salida shaping en forma de ola.La energa AC aislada provista por el transformador Ferro es tan bueno o mejor que cualquier otro filtro disponible. Peroel transformador Ferro en s mismo crea serias distorsiones del voltaje de salida, lo cual puede ser peor que unaconexin AC pobre.

Aunque es un UPS Standby por diseo, el Standby-Ferro genera una gran distribucin de calor, porque el

transformador Ferro-resonant es inherentemente ineficiente. Estos transformadores son tambin bastante grandes ypesados.Los sistemas Standby-Ferro UPS son frecuentemente representados como unidades On-Line, incluso cuando tienen uninterruptor de transferencia, el conversor opera en el modo standby y exhibe caractersticas de transferencia durante lafalla de energa AC. La figura 3 ilustra esta topologa Standby-Ferro.

Las fortalezas de este diseo son: alta confiabilidad y excelente lnea de filtrado. De todos modos, el diseo tiene muybaja eficiencia, combinada con inestabilidad cuando es usada con algunos generadores y modelos ms modernos defactores de potencia corregidos de computadoras (power-factor corrected computers), disminuyendo significativamentela popularidad de este diseo.La razn principal por la cual estos sistemas dejaron de ser los ms utilizados es porque pueden ser fundamentalmenteinestables cuando operan con una carga de provisin de energa de una computadora moderna.

Todos los servidores y routers grandes usan una fuente de energa Power Factor Corrected (Factor de EnergaCorregido), la cual slo provoca corriente sinusoidal desde el utilitario, muy parecido a una lmpara incandescente.

Esta fina corriente provocada se consigue usando condensadores, mecanismos que lideran el voltaje aplicado. Elsistema UPS Ferro resonante utiliza transformadores centrales pesados, los cuales tienen una caracterstica inductiva,lo que significa que la corriente retrasa el voltaje. La combinacin de estos tems forma lo que es conocido como uncircuito tanque. La resonancia o campanilleo en un circuito tanque puede causar altas corrientes, las cuales ponenen peligro la carga conectada.UPS de Doble Conversin On-Line

Este es la UPS ms usualmente utilizado sobre 10kVA. El diagrama de bloques de este tipo, ilustrado en la Figura 4, esel mismo que el de standby, excepto que el paso de la energa primaria es a travs del conversor.

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En un diseo de Doble Conversin On-Line, la falla de entrada AC no activa el interruptor de transferencia debido a quela entrada AC est cargando la fuente de batera, la cual provee energa al conversor de salida. Por lo tanto, duranteuna falla de la energa AC de entrada, la operacin on-line no tiene tiempo de transferencia.El cargador de batera y el conversor convierten la carga total del flujo de energa, reduciendo la eficiencia yaumentando la generacin de calor asociada.

El constante funcionamiento de todos los componentes de energa reduce la confiabilidad sobre otros diseos y la

energa consumida por la ineficiencia de la energa elctrica es una parte significante del costo del ciclo de vida delUPS.

UPS de Conversin On-Line DeltaEl diseo de esta UPS, ilustrado en la Figura 5, es uno de los ms modernos, con tecnologa de 10 aos de antigedad.Fu introducido para eliminar los inconvenientes del diseo de Conversin On-Line Doble y est disponible en tamaosde rangos desde 5kVA a 1,6MW.Similar al diseo de Conversin On-Line Doble, el UPS de Conversin On-Line Delta siempre tiene al conversorproveyendo voltaje a la carga. Pero el conversor Delta adicional tambin aporta energa al conversor de salida.

Bajo condiciones de fallas o disturbios AC, este diseo exhibe un comportamiento idntico al de Conversin On-LineDoble.

Una forma simple de entender la eficiencia de energa de la topologa de Conversin Delta es considerar la energarequerida para distribuir un paquete desde el cuarto al quinto piso de un edificio, tal como se muestra en la Figura 6.La tecnologa de Conversin Delta ahorra energa llevando el paquete slo la diferencia (delta) entre los puntos departida y final.

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En el diseo de Conversin On-Line Delta, el Conversor Delta acta con un propsito doble. El primero es controlar lascaractersticas de la energa de entrada. Este front end activo provoca energa de manera sinusoidal, minimizando losreflejos armnicos. La segunda funcin del Conversor Delta es controlar la corriente de entrada para regular la cargadel sistema de batera.

El UPS de Conversin On-Line Delta provee las mismas caractersticas de salida que el diseo de Conversin On-LineDoble, pero las caractersticas de entrada son diferentes. Los diseos de Conversin On-Line Delta proveen entradasde factor de potencia corregida controlada dinmicamente, sin la ineficiencia usada por los filtros (filter banks)

asociados con las soluciones tradicionales.

El beneficio ms importante es una reduccin importante en la prdida de energa. El control de energa de entradatambin hace a este UPS compatible con todos los grupos generadores y reduce la necesidad de cableado y sobredimensin del generador.La tecnologa de Conversin On-Line Delta es el centro de la tecnologa UPS actual, protegida por patentes, y por esopuede no estar disponible desde un amplio rango de proveedores de UPS.

Durante condiciones estables, el Conversor Delta permite que la UPS distribuya energa a la carga con mucha mseficiencia que el diseo de Conversin Doble.Resumen sobre los tipos de UPS

La siguiente tabla muestra algunas de las caractersticas de los distintos tipos de UPS. Algunos atributos del UPS, comola eficiencia, son establecidos por la eleccin del tipo de UPS. Asimismo, la calidad de implementacin y fabricacinimpacta fuertemente en caractersticas tales como la confiabilidad, por eso estos factores tambin tienen que serevaluados, adems de los atributos de diseo.

Usos de los tipos de UPS en la industriaLa oferta de la industria de UPS actual evolucion a travs del tiempo para incluir muchos de estos diseos.

Los diferentes tipos de UPS tienen atributos que los hacen ms o menos adecuados para diferentes aplicaciones y lalnea de productos APC refleja esta diversidad, tal como se muestra en la tabla que sigue:

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ConclusionesVarios tipos de UPS son apropiados para diferentes usos y no existe un tipo de UPS singular que sea ideal para todaslas aplicaciones.El intento de este paper es contrastar las ventajas y desventajas de las varias topologas UPS del mercado actual.

Diferencias significantes en los diseos de UPS ofrecen ventajas tericas y prcticas para diferentes propsitos. Detodos modos, la calidad bsica del diseo de implementacin y de fabricacin son siempre dominantes en ladeterminacin del desempeo ltimo obtenido en la aplicacin del cliente.