Viaggio alla scoperta delle due principali famiglie di gruppi di continuità. Con alcuni consigli per determinare la potenza necessaria per il proprio sistema
novembre 2005 Gli UPS (Uninterruptible Power Supply) sono dispositivi
che si interpongono tra la presa di rete elettrica e il computer o qualsiasi
altra apparecchiatura che funzioni mediante elettricità.
Quando l’alimentazione dalla rete elettrica è regolare, l’UPS
accumula energia in una batteria. Quando l’alimentazione s’interrompe,
subentra l’UPS che rilascia l’energia accumulata all’apparecchio
collegato assicurando continuità di funzionamento la cui durata dipende
dalla dimensione della batteria e dalla potenza del carico collegato.
Esistono diverse tipologie di UPS. Le più utilizzate negli UPS con
potenza inferiore ai 5 KVA sono le On Line Interactivee On Line a doppia conversione.
La On Line Interactive (si veda la figura in basso) è
molto diffusa soprattutto negli UPS economici per le sue caratteristiche di
semplicità di realizzazione e affidabilità derivate dal minore
numero di componenti richiesto.
La tensione in ingresso passa attraverso un regolatore di tensione che controlla
i parametri della linea elettrica compensando le variazioni in eccesso e in
difetto.
La tensione regolata è inviata al carico e a un inverter bidirezionale
che tiene in carica la batteria. Quando la tensione di linea raggiunge valori
che il circuito di regolazione non è in grado di compensare l’UPS
apre un commutatore che distacca il carico dalla linea e contemporaneamente
attiva l’alimentazione da batteria.
La corrente continua della batteria è trasformata in corrente alternata
dall’inverter. Il commutatore ha anche lo scopo d’impedire il riversamento
della tensione generata dal gruppo batteria/inverter sulla rete elettrica.
Il tempo di commutazione dall’alimentazione da rete elettrica a batteria
è di qualche millisecondo.
In genere i computer non risentono di questo breve periodo di assenza dell’alimentazione
in quanto le specifiche degli alimentatori richiedono che l’alimentatore
possa mantenere la tensione in uscita in assenza della tensione di rete per
un tempo che supera i 10 ms, per esempio negli alimentatori ATX12V è
di 17 ms (www.formfactors.org).
Questa caratteristica è uno standard internazionale che si applica a
tutte le apparecchiature informatiche.
Gli UPS On Line Interactive non sono indicati nelle zone in cui le eccessive
oscillazioni di tensione sono frequenti, il continuo ricorso alle batterie riduce
le capacità e la vita operativa delle stesse.
In caso di rottura delle batterie, il gruppo di continuità è
sempre in grado di fornire al carico una tensione di rete filtrata e regolata,
ma non la continuità di funzionamento in assenza della tensione di rete
o nel caso del superamento dei livelli di intervento del regolatore.
Per alcune apparecchiature anche il più breve tempo di assenza di alimentazione
elettrica potrebbe rivelarsi fatale, in tale situazione è più
indicato un UPS On Line a doppia conversione (figura in basso).
In questa tipologia di UPS, l’alimentazione proviene sempre dalla batteria,
solo in caso di un guasto all’accumulatore o in presenza di un sovraccarico
di lunga durata, l’UPS collega il carico alla linea di rete.
La corrente alternata di rete passa attraverso un circuito raddrizzatore che
la trasforma in corrente continua, il circuito alimenta una batteria alla quale
è posto in serie un inverter che ritrasforma la corrente continua in
alternata ai valori nominali della rete elettrica.
Il totale controllo dell’inverter da parte dell’UPS permette di
correggere dislivelli di tensione superiori a quelli supportati dagli UPS On
Line Interactive riducendo il numero degli interventi della batteria e anche
le differenze nella frequenza di alimentazione.
Solo quando la tensione eccede la capacità di regolazione dell’inverter,
l’UPS attinge energia dalla batteria.
La transizione dall’alimentazione di rete a quella a batteria richiede
qualche millisecondo, ma la tensione in uscita non subisce variazioni grazie
ai condensatori di filtro presenti nel collegamento DC che, durante tale fase,
rilasciano energia che compensa l’interruzione.
Poiché la potenza richiesta dal carico passa sempre attraverso i circuiti
di conversione, gli UPS On line a doppia conversione richiedono ventole di raffreddamento
che aumentano la rumorosità di funzionamento.
Forma d’onda sinusoidale o pseudosinusoidale
Se visualizzassimo su un oscilloscopio la tensione della rete elettrica vedremmo
una sinusoide. In genere negli UPS On Line Interactive la tensione all’uscita
ha una forma d’onda squadrata che approssima la forma sinusoidale.
La maggior parte dei componenti per PC funziona senza problemi con questa
seconda forma d’onda, i componenti interni sono alimentati dalla corrente
continua proveniente dall’alimentatore e la forma diversa al massimo causa
una piccolissima perdita di efficienza nell’alimentatore.
A risentire di una forma d’onda sinusoidale approssimata sono in particolare
i dispositivi come i motori elettrici che basano il loro funzionamento proprio
sulla forma dell’onda. La sinusoide approssimata potrebbe innescare una
rotazione irregolare e vibrazioni.
La maggioranza degli UPS On Line a doppia conversione hanno circuiti che ricreano
la forma sinusoidale e sono più indicati per tali apparecchiature.
