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Sistemas UPS: Una solución para cada objetivo
Por Miguel Beiza, Enterprise Account Manager de APC by Schneider Electric.
www.apc.com

Durante mucho tiempo se pensó que las únicas UPS eran la Stand By y la Online, pero, al igual que muchas otras tecnologías, éstas presentan diferentes tipologías, correspondientes a la naturaleza básica de sus diseños. Si bien muchos modelos presentan topologías muy similares, sus desempeños o rendimientos presentan características diferenciadoras entre unas y otras.

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Figura 1. UPS standby.
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Figura 2. UPS de línea interactiva.
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Figura 3. UPS standby-ferro.
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Figura 4. UPS on line de doble conversión.
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Figura 5. UPS on line de conversión delta.

UPS Stand By, Stand By-Ferro y de Línea Interactiva

En las UPS Stand By, el inversor sólo se enciende cuando la energía falla, generando un gasto mucho más bajo que el de otros sistemas. Su funcionamiento se basa en un interruptor de transferencia programado para seleccionar la entrada de CA filtrada como fuente de energía primaria y, si esta falla, conmutar al modo de batería/inversor como fuente de respaldo. Sus altos niveles de eficiencia, tamaño pequeño y bajo costo, hacen de estas UPS una alternativa ideal para respaldar computadores personales.

Las UPS de Línea Interactiva son usadas, principalmente, por servidores de pequeñas empresas, web y departamentales. Los altos niveles de eficiencia, el tamaño pequeño, el bajo costo y la alta confiabilidad, en combinación con la capacidad de corregir condiciones de tensión de línea alta o baja, hacen que estas UPS sean las más usadas para potencias medias-bajas.

En estas UPS, el conversor de batería a alimentación CA siempre está conectado a la salida del sistema. Al accionar el inversor en reversa en momentos en que la alimentación CA de entrada es normal, se carga la batería. Cuando falla la alimentación de entrada, el interruptor de transferencia se abre y el flujo de energía se produce desde la batería hasta la salida del sistema UPS. Con el inversor siempre activo y conectado a la salida, este diseño ofrece un filtro adicional y produce transitorios de conmutación reducidos en comparación con la UPS Stand By.

Además, este diseño suele incorporar un transformador con cambio de tap, lo que agrega la función de regulación de tensión mediante el ajuste de los taps del transformador en la medida que varía la tensión de entrada. La regulación de la tensión es una característica importante cuando existen condiciones de baja tensión; sin ella, la UPS transferiría la carga a la batería y, con el tiempo, caería la carga. El uso más frecuente de la batería puede causar la falla prematura de ese dispositivo. Sin embargo, el inversor también puede diseñarse de forma que, aunque falle, permita que la energía fluya desde la entrada de CA a la salida, lo que elimina la posibilidad de que existan puntos de falla únicos y establece de manera eficaz dos circuitos de energía independientes.

En una época, la UPS Stand By-Ferro era la más usada para el rango de potencia de 3-15 kVA. Este diseño depende de un transformador especial de saturación que tiene tres devanados. El circuito de energía primario va desde la entrada de CA, a través de un interruptor de transferencia, y del transformador, hasta la salida. En el caso de una falla de alimentación, se abre el interruptor de transferencia, y el inversor toma la carga de salida. En este diseño de UPS, el inversor se encuentra en el modo standby, y se energiza cuando falla la alimentación de entrada y se abre el interruptor de transferencia. El transformador posee una capacidad especial de ferro-resonancia, que suministra regulación de tensión limitada y corrección de la forma de onda de salida. El aislamiento de los transitorios de la alimentación de CA suministrado por el transformador Ferro es tan bueno o mejor que cualquier filtro disponible, pero el transformador en sí crea severas distorsiones y transitorios en la tensión de salida, lo que puede ser peor que una conexión de CA deficiente.


Alternativas Online

En las UPS Online, el diseño de Doble Conversión es el más común para rangos superiores a 10 kVA. En éste, la interrupción del suministro de CA de entrada no provoca la activación del interruptor de transferencia, dado que la alimentación de CA de entrada está cargando la batería de respaldo que suministra alimentación al inversor de salida. Por lo tanto, durante una interrupción en el suministro de entrada de CA, la operación online no registra tiempo de transferencia. Tanto el cargador de la batería como el inversor convierten todo el flujo de alimentación de la carga de este diseño, lo que da como resultado una eficiencia reducida y la mayor generación de calor asociada.

Esta UPS ofrece un desempeño casi ideal en cuanto a la salida eléctrica, pero el desgaste constante de los componentes de potencia reduce la confiabilidad respecto de otros diseños, y la energía consumida por la ineficiencia de la alimentación eléctrica es una parte significativa del costo de operación de la UPS a lo largo de su vida útil. Asimismo, la potencia de entrada tomada por el gran cargador de baterías suele ser no lineal y puede interferir con el cableado de alimentación del edificio o causar problemas con los generadores de emergencia.

Como segunda alternativa, las UPS Online de Conversión Delta responden a una tecnología con una antigüedad de 10 años. Disponibles para rangos de potencia de entre 5 kVA y 1,6 MW, estas UPS siempre poseen un inversor que suministra tensión a la carga. Sin embargo, el Conversor Delta adicional también aporta alimentación a la salida del inversor.

La UPS Online de Conversión Delta, brinda las mismas características de salida que el diseño Online de Doble Conversión, pero las características de entrada frecuentemente son distintas. Los diseños Online de Conversión Delta brindan una entrada con corrección del factor de potencia y control dinámico sin el uso ineficiente de bancos de filtros asociados con las soluciones tradicionales. Sus beneficios más importantes son la reducción significativa en las pérdidas de energía, su compatibilidad con todos los grupos electrógenos y la baja necesidad de sobredimensionar el cableado y generador. Esta es la única tecnología UPS básica que en la actualidad se encuentra protegida por patentes y, por lo tanto, es poco probable contar con una amplia gama de proveedores que la ofrezcan.

Julio 2011
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Comentarios acerca de este artículo
Laureano Cirugía Rex (23/01/2014)
Hola Miguel, me pareció muy interesante el artículo y se me presenta una duda que hasta ahora ninguna persona que venda UPS me supo responde.
En nuestra pequeña empresa estamos sufriendo bajones de tensión de hasta 160 volt. Y mi pregunta es la siguiente... un UPS On -Line es una solución?…. o es necesario un elevador de tensión previo al UPS.
Espero su respuesta desde ya muchas gracias!…un saludo!
Laureano
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