Sistemas de Alimentação Ininterrupta

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Henrique Sintra Leveck
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1 Sistemas de Alimentação Ininterrupta (Uninterruptible Power Supplies UPS) Prof. Marcello Mezaroba Outubro 2012

2 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;

3 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.

4 CLASSIFICAÇÃO: Sistemas Off-Line (Standby ou Short-Break) Sistemas On-Line (Dupla conversão) Sistemas Line Interactive

5 Sistemas Off-Line Retificador Inversor Chave Sistemas Off-Line (Configuração Típica)

6 Sistemas Off-Line Vantagens: Elevado rendimento: inversor pode operar a vazio ou desligado; Baixo custo e volume: carregador de baterias independente; Desvantagens: Pobre regulação da tensão na carga; Falta de condicionamento i 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.

7 Sistemas On-Line Retificador Inversor Chave Configuração com Chave de Transferência Retificador Inversor Chave Configuração On-Line com Carregador Separado

8 Sistemas On-Line Configuração com Carregador Separado Configuração com Carregador Separado Conversor CC-CC Elevador

9 Sistemas On-Line Vantagens: A carga é continuamente alimentada pelo inversor, portanto, não existe tempo 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: Baixo 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.

10 Sistemas Line Interactive Chave Inversor Retificador Configuração Line Interactive com Processamento Paralelo Trafo Configuração Line Interactive e Tri-Port ot Chave Inversor Retificador Bt

11 Sistemas Line Interactive Vantagens: Baixo custo e maior rendimento; Possibilidade de se regular a tensão de saída ou compensar os harmônicos da corrente de carga, permitindo que a entrada do conversor seja senoidal e apresente um Fator de Potência Quasi-unitário; Pequeno tempo de transferência nos modos: rede-inversor e inversor-rede. Desvantagens: A presença do indutor não permite que a tensão de saída eatensãode entrada estejam em fase, gerando um transitório quando da utilização da chave de by-pass.

12 Isolação Galvânica Trafo Retificador Inversor Retificador Inversor Trafo Trafo Retificador Inversor Trafo Modos de Conexão do Transformador de Baixa Freqüência

13 Isolação Galvânica Retificador CC-CC Isolado Inversor Trafo A.F. Conversor CC-CC Isolado Retificador Inversor Trafo A.F. Retificador Inversor A.F. Ciclo-Conversor Conversor Trafo A.F. Modos de Utilização do Isolamento em Alta Freqüência

14 Carregadores de baterias L T1 Trafo T2 Retificador Controlado de Baixa Freqüência D1 D2 Vin S L Carregador Buck em Alta Freqüência. D3 D1 Vin D4 D2 C Drl

15 Carregadores de baterias Dr1 Bateria 1 Carregador Flyback com Equalização de cargas para baterias em série. éi D3 Vin D4 C Dr2 Bateria 2 D1 D2 Drn Bateria n

16 Retificadores/Carregadores de baterias il L Db D3 Vin D4 S D1 D2 Retificador/Carregador Boost CFP

17 Inversores C1 S1 D1 D1 E S1 C2 S2 D2 Vcc Lp1 Inversor Meia Ponte Ls S2 Lp2 S1 D1 S3 D3 D2 E Inversor Push-Pull S2 D2 S4 D4 Inversor Ponte Completa

18 Regulação de carga Conversor cc-cc Barramento Inversor Regulação por Controle da Tensão de Barramento E/2 Vab -E/2 π 0 2 π S1 S2 Regulação PWM em Baixa Freqüência

19 Regulação de carga INVERSOR MEIA PONTE V1 S1 D1 FILTRO a b Lo CARGA V2 S2 D2 Co Geração do Sinal PWM Vref CIRCUITO DE COMANDO Regulação por Modulação PWM VPWM Vserra Componente Fundamental

20 Regulação de carga Chaves Bt Inversor Regulação com Transformador Multi-enrolamentos Trafo Trafo Saturável Regulação com Transformador Ferro-Ressonante Inversor Indutor Capacitor

21 Chave de Transferência Trafo Chave Chave de Transferencia On-Line Isolada UPS Chave Chave UPS Chave de Transferencia On- Line Não Isolada Chave

22 Chave de Transferência UPS Chave Chave de Transferencia Off -Line

23 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 ter uma boa visão do ponto de vista econômico para poder discernir i entre as diversas opções possíveis escolhendo a que realmente tenha uma viabilidade econômica satisfatória.

24 Referências 1. Curso de No-Breaks (UPS) para não projetistas. Ivo Barbi, Sistemas de Energia Ininterrupta: UPS - No-Breaks, Pedro Francisco Donoso Garcia e Prof. Dr. Porfírio Cabaleiro Cortizo, COBEP U i t tibl P S li d A ti Filt Ali E di Abd lh i N i i 3. Uninterruptible Power Supplies and Active Filters. Ali Emadi, Abdolhosein Nasiri e Stoyan B. Bekiarov. CRC Press, 2005.

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