Sistemas de Alimentação Ininterrupta

Sistemas de Alimentação Ininterrupta
(Uninterruptible Power Supplies – UPS)
Prof Marcello Mezaroba
Prof.
Outubro 2012
DEFINIÇÃO:
UPS são sistemas projetados para prover energia
ininterrupta com alta qualidade e alta confiabilidade
para alimentação de cargas críticas.
• Hospitais;
• Aeroportos;
• Data centers;
• Equipamentos de emergência e segurança;
• Shoppings e supermercados;
• Centrais telefônicas;
• Processos industriais;
CARACTERÍSTICAS DESEJADAS:
• Regulação de tensão;
• Baixa TDH;
• Chave de transferência;
• Alto fator de potência;
• Alta confiabilidade;
• Alta eficiência;
• Baixo ruído eletromagnético;
• Isolação galvânica (opcional);
• Baixa manutenção;
• Baixos custo, peso e volume.
CLASSIFICAÇÃO:
‰ Sistemas Off-Line (Standby ou Short-Break)
‰ Sistemas On-Line (Dupla conversão)
‰ Sistemas Line Interactive
Sistemas Off-Line
Carga
Retificador
Rede
~
Inversor
Baterias
=
=
~
Sistemas Off-Line (Configuração Típica)
Chave
Sistemas Off-Line
Vantagens:
Vantagens
9
9
Elevado rendimento: inversor pode operar a vazio ou desligado;
Baixo custo e volume: carregador de baterias independente;
Desvantagens:
9
9
Pobre regulação da tensão na carga;
Falta
F
l de
d condicionamento
di i
d
da corrente d
de entrada:
d iinjeção
j
d
de
harmônicos na rede elétrica, quando as cargas são não lineares;
9
Tempo
p de transferência,, entre os modos rede-inversor e inversor-rede,,
provocando tensão na carga nula nestes instantes;
9
A forma de onda da tensão de saída geralmente é quadrada.
Sistemas On-Line
Retificador
Rede
~
Inversor
Baterias
=
Chave
=
Carga
~
Configuração
g ç com Chave de Transferência
Retificador
Rede
Inversor
~
=
=
Carga
~
Chave
~
=
Baterias
Configuração On-Line com Carregador Separado
Sistemas On-Line
Configuração com Carregador Separado
Conversor CC-CC Elevador
Sistemas On-Line
Vantagens:
9
A carga
g é continuamente alimentada p
pelo inversor,, p
portanto,, não existe tempo
p
de transferência;
9
A tensão de saída da UPS é regulada e possui baixa Taxa de Distorção
Harmônica (TDH ≤5%);
9
9
Distúrbios da rede elétrica comercial não atingem a carga;
A utilização de uma chave estática, aumenta a confiabilidade do UPS.
Desvantagens:
9
Baixo rendimento ( rendimento do inversor x rendimento do retificador)
retificador), em
função dos conversores estarem em cascata;
9
Elevado custo e volume, em função do retificador que é dimensionado para
alimentar o inversor mais a carga das baterias.
Sistemas Line Interactive
Chave
Rede
Carga
Configuração Line Interactive
com Processamento Paralelo
Inversor
~
=
Baterias
Retificador
Trafo
Carga
Chave
Rede
Configuração
Co
gu ação Line
e Interactive
te act e Tri-Port
ot
Inversor
~
=
Retificador
B t i
Baterias
Sistemas Line Interactive
Vantagens:
Vantagens
9
9
Baixo custo e maior rendimento;
9
Pequeno tempo de transferência nos modos: rede-inversor e inversor-rede.
Possibilidade de se regular a tensão de saída ou compensar os
harmônicos da corrente de carga,
carga permitindo que a entrada do conversor seja
senoidal e apresente um Fator de Potência Quasi-unitário;
Desvantagens:
9 A presença
do indutor não permite que a tensão de saída e a tensão de
entrada estejam em fase, gerando um transitório quando da utilização da chave
de “by-pass”
by-pass .
Isolação Galvânica
Trafo
Retificador
~
Rede
Inversor
=
Baterias
~
=
Retificador
Rede
~
Inversor
Baterias
Rede
Trafo
=
Carga
~
=
Trafo
Carga
Retificador
~
Inversor
Baterias
=
=
Trafo
Carga
~
Modos de Conexão do Transformador de Baixa Freqüência
Isolação Galvânica
Retificador CC-CC Isolado
Inversor
Rede
~
=
=
~
~
Trafo A.F.
=
Baterias
=
Carga
~
Conversor CC-CC Isolado
Retificador
Rede
~
Inversor
Baterias
=
=
~
Retificador
Rede
~
=
=
Trafo A.F.
Inversor A.F.
Baterias
=
~
~
Ciclo-Conversor
Ciclo
Conversor
~
=
~
Carga
Trafo A.F.
Carga
~
Modos de Utilização do Isolamento em Alta Freqüência
Carregadores de baterias
L
T1
T2
Trafo
D1
Retificador Controlado
de Baixa Freqüência
Baterias
D2
Vin
L
S
D3
D4
Vin
Carregador Buck em
Alta Freqüência.
D1
C
D2
Drl
Baterias
Carregadores de baterias
Dr1
Bateria 1
Carregador Flyback
com Equalização de
cargas para baterias
em série.
éi
D3
D4
Vin
D1
Dr2
C
Bateria 2
D2
Drn
Bateria n
Retificadores/Carregadores de baterias
iL
L
Db
D3
D4
Vin
S
D1
Baterias
D2
Retificador/Carregador Boost CFP
Inversores
C1
D1
Vcc
C2
S2
D2
Inversor Meia Ponte
Lp1
Ls
S2
D1
Carga
E
S1
S1
Carga
Lp2
S1
D2
Inversor Push-Pull
D1
E
S3
D3
S4
D4
C
Carga
S2
D2
Inversor Ponte Completa
Regulação de carga
Conversor cc-cc
Baterias
=
Inversor
Barramento
=
=
Carga
~
Regulação por Controle da Tensão de Barramento
E/2
Vab
π
0
2π
-E/2
S1
S2
∅
∅
Regulação PWM em Baixa Freqüência
Regulação de carga
INVERSOR MEIA PONTE
V1
S1
a
D1
FILTRO
Lo
b
V2
CARGA
Co
S2
D2
G
Geração
ã do
d Si
Sinall PWM
Vref
CIRCUITO DE COMANDO
Vserra
Regulação por Modulação PWM
VPWM
Componente Fundamental
Regulação de carga
Chaves
Inversor
B t i
Baterias
=
Carga
Regulação com Transformador
Multi-enrolamentos
~
Trafo
Trafo
Saturável
Inversor
Baterias
Regulação com Transformador
Ferro-Ressonante
=
Indutor
Capacitor
Carga
~
Chave de Transferência
Chave
Trafo
Carga
Rede
Chave de Transferencia
On-Line Isolada
UPS
Chave
Chave
Rede
Chave de Transferencia OnLine Não Isolada
Carga
UPS
Chave
Chave de Transferência
Rede
UPS
Carga
Chave
Chave de Transferencia Off -Line
Comentários Finais
As UPS são sistemas geralmente complexos e integram conhecimentos
multidisciplinares:
• Eletrônica digital e analógica, utilizada nos circuitos de comando e controle;
• Eletrotécnica,, usada no dimensionamento de transformadores e filtros.
• Eletrônica de Potência, responsável pelas técnicas no tratamento e
manipulação da energia.
Um projetista, além de conhecer a fundo todos os elementos envolvidos,
precisa
i tter uma b
boa visão
i ã d
do ponto
t de
d vista
i t econômico
ô i para poder
d di
discernir
i
entre as diversas opções possíveis escolhendo a que realmente tenha uma
viabilidade econômica satisfatória
satisfatória.
Referências
1. Curso de No-Breaks (UPS) para não projetistas. Ivo Barbi, 1995.
2. Sistemas de Energia Ininterrupta: UPS - No-Breaks, Pedro Francisco Donoso
Garcia e Prof. Dr. Porfírio Cabaleiro Cortizo, COBEP 2005.
3 U
3.
Uninterruptible
i t
tibl Power
P
S li andd Active
Supplies
A ti Filters.
Filt
Ali Emadi,
E di Abdolhosein
Abd lh i Nasiri
N i ie
Stoyan B. Bekiarov. CRC Press, 2005.