Tipi di UPS e come funzionano: una panoramica completa

Struttura schematica di un UPS indipendente dalla tensione (USV VI)

“Online”, “Doppia conversione”, “Funzionamento continuo” o “Doppia conversione”

Classe 1: VFI (Vvecchiaia e Frequency Indipendente dalla rete, tensione e frequenza indipendenti dalla rete)

In un UPS di questa categoria, l'ingresso viene portato direttamente ad un raddrizzatore (GR) che alimenta le batterie. L'uscita è alimentata esclusivamente da un inverter (WR) che, in condizioni di funzionamento normale, cioè quando all'ingresso dell'UPS è presente la tensione di rete, preleva l'energia necessaria dal raddrizzatore e la alimenta tramite il sistema di batterie (accumulatori) in caso di mancanza di rete.

In ogni caso, indipendentemente dalla qualità della tensione di ingresso, la tensione alternata in uscita viene generata dalla tensione continua del cosiddetto circuito intermedio tramite un inverter a valle. Per aumentare la sicurezza dell'approvvigionamento, un UPS VFI è dotato di un cosiddetto circuito di bypass, collegato in parallelo alla combinazione raddrizzatore/inverter. In caso di sovraccarichi all'uscita dell'UPS o di guasto interno nel ramo raddrizzatore/inverter, l'utenza collegata viene commutata su questo ramo di bypass "senza interruzione" e continua quindi ad essere alimentata. Poiché i raddrizzatori e gli inverter vengono costantemente caricati con l'intera corrente di esercizio, devono essere di qualità particolarmente elevata, il che rende questo tipo di costruzione il più costoso. Inoltre, le perdite si verificano sia nella direzione della corrente continua che in quella alternata, il che riduce l'efficienza.

Le descrizioni dei prodotti dei sistemi UPS solitamente indicano l'efficienza a pieno carico. Tuttavia, poiché la maggior parte degli UPS non viene utilizzata a piena capacità, le efficienze generalmente inferiori a carico parziale sono cruciali per il calcolo corretto del consumo energetico e dei costi. Un'efficienza superiore al 95% a pieno carico può ora essere considerata standard per un UPS VFI.

Oltre a proteggere dalle conseguenze di un'interruzione di corrente, sottotensione e sovratensione, un UPS VFI protegge anche dalle fluttuazioni di frequenza e dalle armoniche. Forniscono inoltre protezione sporadica contro i fulmini e le distorsioni di tensione (scariche). Gli UPS VFI sono preferibilmente utilizzati in applicazioni che hanno criteri elevati per tempi di inattività tollerabili, come: B. nell'alimentazione di un data center.

È opportuno notare che gli UPS VFI hanno l'autoconsumo più elevato rispetto agli UPS VFD o VI. Mentre ad esempio Ad esempio, mentre un UPS VFD da 650 VA richiede circa 5 W quando è inattivo (senza carichi collegati) e un UPS VI da 850 VA richiede circa 15 W, un UPS VFI richiede notevolmente più potenza anche quando è inattivo (una regola pratica è che richiede circa il 10% della sua potenza nominale, ovvero un UPS VFI da 850 VA richiede circa 85 W di potenza propria quando è inattivo).

Struttura schematica di un UPS indipendente dalla tensione (USV VI)

“Line-Interactive”, “network-interactive”, “single-conversion”, “delta-conversion” o “active follow-through operation”

Classe 2: VI (Voltage Indipendente dalla rete elettrica, tensione indipendente dalla rete)

In un UPS di questa categoria, un inverter bidirezionale viene utilizzato come componente centrale. A seconda delle esigenze, genera la tensione continua per la carica delle batterie dalla tensione alternata in ingresso oppure la tensione alternata in uscita dalla tensione continua delle batterie.

Poiché il convertitore limita continuamente anche il livello della tensione in uscita, questo è ampiamente indipendente dal livello della tensione in ingresso. Tuttavia, se all'ingresso viene applicata una tensione, la sua frequenza determina la frequenza della tensione in uscita. Il tempo di commutazione in caso di interruzione di corrente è più breve rispetto agli UPS VFD ed è pari a circa 2-4 ms. Dopo il ripristino, il passaggio al funzionamento da rete elettrica avviene senza alcun ritardo. La tensione di ingresso è sincrona con la tensione di uscita.

VI-UPS non solo protegge dalle conseguenze di un'interruzione di corrente, ma anche da sottotensione e sovratensione.

Struttura schematica di un UPS dipendente da tensione e frequenza – VFD

"Offline", "Stand by" o "passivo"

Classe 3: VFD (Vvecchiaia e Frequency Ddipendente dalla rete di alimentazione, tensione e frequenza dipendono dalla rete)

Un UPS di questa classe trasferisce l'energia direttamente dall'ingresso all'uscita durante il normale funzionamento. Inoltre, l'ingresso alimenta un raddrizzatore che carica le batterie. In caso di interruzione dell'alimentazione di rete, l'uscita viene commutata su un inverter alimentato dalle batterie.

A seconda del modello, la commutazione avviene con un ritardo fino a 10 millisecondi (ms). Inoltre, secondo EN 62040-3, vengono compensate le fluttuazioni di tensione inferiori a 16 ms e i picchi di tensione compresi tra 4 e 16 ms. Per alcuni dispositivi molto sensibili questo tempo potrebbe essere già troppo lungo. Nel normale funzionamento, il livello e la frequenza della tensione di uscita dipendono direttamente dalla tensione di ingresso.