View
213
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Sistemas de Alimentação Ininterrupta(Uninterruptible Power Supplies – UPS)
Prof Marcello Mezaroba
Outubro 2012Outubro 2012
Prof. Marcello Mezaroba
DEFINIÇÃO:
UPS são sistemas projetados para prover energiaininterrupta com alta qualidade e alta confiabilidadeininterrupta com alta qualidade e alta confiabilidadepara alimentação de cargas críticas.• Hospitais;Hospitais;• Aeroportos;• Data centers;Data centers;• Equipamentos de emergência e segurança;• Shoppings e supermercados;Shoppings e supermercados;• Centrais telefônicas;• Processos industriais;Processos industriais;
CARACTERÍSTICAS DESEJADAS:
• Regulação de tensão;• Baixa TDH;Baixa TDH;• Chave de transferência;• Alto fator de potência;Alto fator de potência;• Alta confiabilidade;• Alta eficiência;Alta eficiência;• Baixo ruído eletromagnético;• Isolação galvânica (opcional);Isolação galvânica (opcional);• Baixa manutenção;• Baixos custo, peso e volume.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 Inversor Chave
~= ~
=Rede
Baterias
= ~
Sistemas Off-Line (Configuração Típica)
Sistemas Off-Line
VantagensVantagens:Elevado rendimento: inversor pode operar a vazio ou desligado;Elevado rendimento: inversor pode operar a vazio ou desligado;Baixo custo e volume: carregador de baterias independente;
Desvantagens:Desvantagens:
Pobre regulação da tensão na carga;
F l d di i d d d i j dFalta de condicionamento da corrente de entrada: injeção de harmônicos na rede elétrica, quando as cargas são não lineares;
Tempo de transferência, entre os modos rede-inversor e inversor-rede, p , ,provocando tensão na carga nula nestes instantes;
A forma de onda da tensão de saída geralmente é quadrada.
Sistemas On-Line
~ =Rede
Retificador
Baterias
Inversor
Carga
Chave
Configuração com Chave de Transferência
= ~
g ç
~ =Rede
Retificador Inversor
Carga
= ~Chave
Baterias~
=Configuração On-Line com Carregador Separado
Sistemas On-Line
Configuração com Carregador SeparadoConfiguração com Carregador Separado Conversor CC-CC Elevador
Sistemas On-Line
Vantagens:Vantagens:A carga é continuamente alimentada pelo inversor, portanto, não existe tempo g p , p , p
de transferência;A tensão de saída da UPS é regulada e possui baixa Taxa de Distorção
Harmônica (TDH ≤5%);Distúrbios da rede elétrica comercial não atingem a carga;A utilização de uma chave estática, aumenta a confiabilidade do UPS.
Desvantagens:Desvantagens:Baixo rendimento ( rendimento do inversor x rendimento do retificador) emBaixo rendimento ( rendimento do inversor x rendimento do retificador), em
função dos conversores estarem em cascata;Elevado custo e volume, em função do retificador que é dimensionado para
alimentar o inversor mais a carga das baterias.alimentar o inversor mais a carga das baterias.
Sistemas Line InteractiveRede Carga
Chave
Inversor
~
Configuração Line Interactive com Processamento Paralelo
Retificador
Baterias=
Trafo
Carga
Chave
Trafo
Rede
B t i
Inversor
~
Chave
Configuração Line Interactive Tri-Port
Retificador
Baterias=Co gu ação e te act e o t
Sistemas Line Interactive
VantagensVantagens:
Baixo custo e maior rendimento;
Possibilidade de se regular a tensão de saída ou compensar osharmônicos da corrente de carga permitindo que a entrada do conversor sejaharmônicos da corrente de carga, permitindo que a entrada do conversor sejasenoidal e apresente um Fator de Potência Quasi-unitário;
Pequeno tempo de transferência nos modos: rede-inversor e inversor-rede.
Desvantagens:Desvantagens:
A presença do indutor não permite que a tensão de saída e a tensão deentrada estejam em fase, gerando um transitório quando da utilização da chavede “by-pass”de by-pass .
Isolação Galvânica
Rede
Retificador
Baterias
Inversor
Carga~=
Trafo
~=
Retificador Inversor Trafo
Rede Baterias Carga~= ~
=
Retificador
Baterias
Inversor
Carga~Trafo
=Rede
Trafo
= ~
Modos de Conexão do Transformador de Baixa Freqüência
Isolação Galvânica
Rede Baterias
Inversor
Carga~ = ~ =
Retificador CC-CC Isolado
= ~ = ~Trafo A.F.
Rede
Retificador
Baterias
Inversor
Carga~=
= ~=
=
Conversor CC-CC Isolado
= ~ = ~Trafo A.F.
Retificador Inversor A.F. Ciclo-Conversor
Rede
Retificador
Baterias
Inversor A.F.
Carga~= ~
= ~
Trafo A.F.~
Ciclo Conversor
Modos de Utilização do Isolamento em Alta Freqüência
Carregadores de baterias
T1 T2
L
Trafo
T1 T2
BateriasRetificador Controlado de Baixa Freqüência
Vin
D1 D2
VinD3 D4
S L
Vin
D1 D2
C Drl BateriasCarregador Buck em Alta Freqüência.
Carregadores de baterias
Dr1
Bateria 1
VinD3 D4
C
Dr2
Bateria 2
Carregador Flyback com Equalização de cargas para baterias
é iD1 D2
em série.
Drn
Bateria n
Retificadores/Carregadores de baterias
L
iL
VinD3 D4
LDb
D1 D2
BateriasS
Retificador/Carregador Boost CFP
Inversores
C1 S1 D1
D1
S1
E
C2
Carga
S2 D2
Carga
Vcc Lp1
Ls
Inversor Meia Ponte
D2
S2 Lp2
CE
S1 S3D1 D3
Inversor Push-Pull
CargaE
S2 S4D2 D4
Inversor Ponte Completa
Regulação de carga
==Conversor cc-cc
Baterias Barramento
Inversor
Carga
~=Regulação por Controle da Tensão de BarramentoRegulação por Controle da Tensão de Barramento
0 2
E/2
Vabπ π
-E/2
S1
S2
∅ ∅
Regulação PWM em Baixa Freqüência
Regulação de carga
V1
S1 D1
INVERSOR MEIA PONTE
FILTRO
V2D2
Lo
Co
CARGAa b
G ã d Si l PWMS2 D2
Vref
Geração do Sinal PWM
CIRCUITO DE COMANDO
Vserra
VPWMRegulação por Modulação PWMRegulação por Modulação PWM
Componente Fundamental
Regulação de carga
B t iInversor
Chaves
Regulação com Transformador
~=Baterias
Carga
Regulação com Transformador Multi-enrolamentos
Trafo
Trafo
BateriasInversor
Saturável
CapacitorIndutor
~=Baterias
Carga
CapacitorRegulação com Transformador Ferro-Ressonante
Chave de TransferênciaTrafo Chave
Rede CargaChave de Transferencia On-Line Isolada
UPS
Chave Chave
Rede CargaUPS
ChaveChave de Transferencia On-Line Não Isolada
Comentários FinaisAs 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,
i t b i ã d t d i t ô i d di iprecisa ter uma boa visão do ponto de vista econômico para poder discernir
entre as diversas opções possíveis escolhendo a que realmente tenha uma
viabilidade econômica satisfatóriaviabilidade econômica satisfatória.
Referências
1. Curso de No-Breaks (UPS) para não projetistas. Ivo Barbi, 1995.
2. Sistemas de Energia Ininterrupta: UPS - No-Breaks, Pedro Francisco DonosoGarcia e Prof. Dr. Porfírio Cabaleiro Cortizo, COBEP 2005.
3 U i t tibl P S li d A ti Filt Ali E di Abd lh i N i i3. Uninterruptible Power Supplies and Active Filters. Ali Emadi, Abdolhosein Nasiri eStoyan B. Bekiarov. CRC Press, 2005.
Recommended