UPS-¿Que es-Para qué sirve-Cómo funciona?

Saludos Apreciados Lectores.

 

En este post, hablaremos de uno de los equipos más importantes y destacados en la industria de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TI) . Ese equipo es conocido como UPS o sistema de alimentación ininterrumpida.

 

Cuando ocurren cortes externos de energía u otros factores asociados a problemas eléctricos, las UPS entran a operar, superando así los impases presentados de forma momentánea y que pueden afectar de forma temporal el funcionamiento de una red de datos y equipos de misión crítica como lo son servidores, switch de datos, PDU’s, enrutadores etc.

 

Las UPS son equipos que requieren especial cuidado y una dedicación casi que diaria para garantizar su buen funcionamiento y operación en universidades, centros médicos, sector financiero, centros de datos (Datacenters) etc.

 

¿UPS-QUE ES?

 

UPS APC
Figura 1. UPS APC

 

Cómo ya lo habíamos mencionado anteriormente, una UPS es un sistema de alimentación ininterrumpida, que permanecerá encendido cuando existen cortes de luz o afectaciones eléctricas.

 

El tiempo de funcionamiento de una UPS dependerá de la cantidad de baterías tanto de los bancos internos cómo externos, la capacidad en Amperios/Hora de cada una de estas, el tipo de potencia en KVA especificadas por el fabricante de UPS, la cantidad de elementos conectados en sus tomacorrientes de salida y lo más importante: El mantenimiento que se le aplique a la UPS.

 

¿UPS-PARA QUE SIRVE?

 

La ups garantiza que los equipos de misión crítica permanezcan encendidos y en funcionamiento mientras se reestablece el servicio de energía eléctrica en una organización de cualquier sector económico o gubernamental.

 

 

Una buena UPS se caracteriza por tener un buen banco de baterías tanto interno como externo que garantice un periodo de autonomía extendido.

 

 

Gracias a los circuitos de protección de los que se compone la UPS, se garantiza de cierta forma el cuidado de los equipos de TI conectados en sus tomacorrientes cuando ocurren sobrepicos de voltaje.

 

 

¿UPS-COMO FUNCIONA?

 

Para saber como funciona una UPS, debemos tener en cuenta que existen tres modelos de UPS que son: línea Stand-by, línea interactiva y línea de doble conversión u online.

 

 

UPS STAND-BY.

 

Figura 2. UPS Stand-by

 

En este tipo de UPS, el inversor que es el elemento esencial de la UPS, se encontrará siempre en modo de espera o apagado siempre y cuando sea necesaria su operación ante una interrupción de energía.

 

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA UPS STAND BY.

 

Figura 3. Diagrama de Bloques.

 

EXPLICACIÓN.

 

El voltaje ingresa por el filtro EMI y va hasta uno de los terminales de interrupción de transferencia.

 

De igual forma, el cargador de baterías se encontrará alimentado en la entrada de su etapa.

 

Un microcontrolador ubicado en la tarjeta de control, medirá de forma continua el voltaje de entrada y el voltaje de la batería de la UPS.

Figura 4. Inversor en Stand By

 

 

El microcontrolador tomará la decisión de activar el interruptor de transferencia mediante optoacopladores para conmutar el interruptor de transferencia así como dar la orden de activación del inversor así como del cargador de baterías.

Figura 5. Entrada del Inversor.

 

Cuando el equipo está encendido, el microcontrolador detecta que el nivel de voltaje de entrada es el adecuado, si todo está bien, conmuta el interruptor de transferencia a modo normal.

 

 

Lo que ocurrirá es que el voltaje de entrada será tratado en el filtro EMI y simplemente el voltaje de salida irá directamente a la carga.

 

 

De igual forma, el cargador de baterías mantendrá cargada la batería interna de la UPS, por lo cual no se activará el inversor de DC a AC ya que las lecturas de voltaje que recibe el microcontrolador son las adecuadas.

 

Figura 6. Funcionamiento en modo baterías.

 

 

Si la batería se encuentra bien cargada, el cargador de baterías permanecerá apagado.

 

 

El funcionamiento de esta fase depende del campo de medida que contenga el microcontrolador en su programación. Si el voltaje de entrada es de cierto rango por ejemplo: 100-150V, el microcontrolador indica que el nivel de voltaje es aceptable y por lo tanto puede funcionar tal y como se representa en la figura anterior.

 

 

Si el voltaje está por debajo del rango aceptable es decir: 90V, el microcontrolador detectará dicho fallo de tensión y procederá a activar la batería y encenderá el inversor para que de paso de voltaje y de esta forma alimente las cargas de salida durante un tiempo determinado. Asimismo cambiará de posición, el interruptor de conmutación controlado por el microcontrolador.

 

 

Si la tensión es cero voltios, el microcontrolador de la UPS empezará a controlar la batería, el inversor de DC a AC y el interruptor conmutable.

 

 

Siempre que se esté operando en modo baterías, el cargador de baterías de este tipo de UPS permanecerá apagado.

 

 

Cuando regresa el fluido eléctrico, el cargador de baterías entrará en funcionamiento y nuevamente cargará la batería que se encuentra ubicada en la UPS por un periodo de 5 minutos y el microcontrolador lo apagará cuando la batería se encuentre cargada.

 

 

 

UPS INTERACTIVA.

 

Figura 7. UPS interactiva 1KVA

 

Una UPS interactiva permite rangos de voltajes de entradas superiores a los de una UPS stand by, adicional a eso el voltaje que se entrega a la salida es más cercano al voltaje nominal, hay modelos donde la forma de onda no es del todo senoidal y este tipo de modelos permite la visualización de datos mediante un display de cristal líquido LCD.

 

 

El diagrama de bloques de una UPS de la línea interactiva es el siguiente.

 

 

 

Figura 8. Diagrama de bloques de una UPS interactiva.

 

Una UPS interactiva funciona similar que una UPS de stand by.

 

 

Solo tiene un elemento adicional: El regulador de voltaje.

 

 

El regulador de voltaje básicamente lo que realiza es acondicionar el voltaje de línea para que a la salida se entreguen niveles más aceptables de salida en los tomacorrientes donde se conectan las cargas.

 

 

A diferencia de la UPS STAND BY, esta funciona con rangos de voltajes establecidos. A partir de los 80V de voltaje de entrada, esta UPS entra a funcionar y a la salida de la UPS se obtiene un rango que va desde los 100V hasta los 135V.

 

 

Si el valor del voltaje de entrada está por debajo de los 80V, la UPS empieza a operar en modo baterías. De igual forma si el voltaje supera los 135V, entra a funcionar en el modo mencionado.

 

 

Dependiendo del tipo de UPS, se entregarán unas formas de onda que serán cuasisenoidal o senoidal.

 

En cuanto a costos, un equipo que entregue una señal cuasisenoidal resulta más económico que uno que entrega señal senoidal a la salida.

 

 

En una UPS de línea interactiva la batería tiene más durabilidad que una batería conectada en una UPS.

 

 

UPS ONLINE DE DOBLE CONVERSIÓN.

 

 

Figura 9: UPS online de doble conversión.

 

 

El principio es el mismo que las anteriores, adicional a eso, estas UPS tienen dos conversores de potencia que son AC/DC y DC/AC.

 

 

Se llama online porque el inversor se encuentra en la línea normal de paso de energía.

 

 

Cuando la UPS está en normal funcionamiento, el voltaje de entrada pasa desde la entrada de AC hasta la salida.

 

 

Es el modelo más sofisticado de todas las tecnologías, tiene más prestaciones que cualquier otro modelo de UPS y en términos económicos es más costosa.

 

 

El diagrama de bloques de una UPS online es el representado en la siguiente figura.

 

 

Figura 10. Diagrama de bloques de una UPS online.

 

 

Los dos tiristores identificados en color verde se denominan suiche estático el cual se forma los mencionados en paralelo inverso.

 

 

El propósito de estos dos tiristores es que haya conducción de corriente AC en ambos semiciclos aunque se puede considerar usar un TRIAC.

 

 

En operación normal de una UPS online, los interruptores SW1, SW2 y SW3 deben permanecer cerrados y el interruptor SW4 debe permanecer abierto.

Figura 11. Funcionamiento sin Bypass.

 

En condiciones normales de operación, el voltaje de entrada ingresa por el filtro EMI que se encarga de suprimir el campo electromagnético generado por otros dispositivos electrónicos asociados a la UPS.

 

 

El voltaje ingresa con el conversor de AC/DC que básicamente lo que hace es mantener cargado el banco de baterías así como una corriente de mayor capacidad para alimentar el inversor y entregar a su salida un voltaje de corriente alterna puramente senoidal.

 

 

Cuando existe un fallo en el inversor o rectificador, el microcontrolador detecta que estas etapas no funcionan y entra en operación una línea de bypass que lo que hace es permitir el paso del fluido eléctrico por medio de un sistema de tipo realimentado.

 

Figura 12. Funcionamiento en modo Bypass de la UPS

 

Esto es eficiente ya que se tiene una alternativa adicional en caso de que los convertidores electrónicos fallen.

 

 

Si hay un corte de energía, no entraría a operar el filtro EMI y tampoco lo haría el inversor de AC/DC, únicamente lo haría el banco de baterías y el inversor de DC/AC.

 

 

Lo importante de este tipo de UPS es el voltaje de salida que alimenta la carga. Siempre se mantiene constante y en operación continua.

 

Figura 13. Funcionamiento de la UPS en modo baterías.

 

 

Si hay corte de luz y hay equipos de misión crítica como suiches en datacenters, no se va a suspender el funcionamiento del mismo y va a permanecer en operación continua.

 

CONTENIDOS RELEVANTES.

 

 

 

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