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Confronto tra le Topologie di UPS: Linea-interattiva vs Online vs Offline

Updated on ago 17, 2022
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Il gruppo di continuità si riferisce a un sistema di alimentazione che fornisce energia di emergenza a un carico quando la fonte di alimentazione di ingresso o l'alimentazione di rete si interrompe, considerato come una protezione quasi istantanea dalle interruzioni dell'alimentazione di ingresso. Le tre categorie generali dei moderni sistemi UPS sono UPS a linea interattiva, UPS online e UPS offline, che verranno illustrate in dettaglio nel seguito.

UPS a Linea-interattiva vs Online vs Offline: Principi di Funzionamento

UPS Offline—Protezione dell'alimentazione di livello base

In un sistema UPS off-line ("standby"), il carico è alimentato direttamente dall'alimentazione di ingresso e il circuito di backup viene attivato solo quando l'alimentazione di rete viene a mancare.

In particolare, il carico viene alimentato direttamente dalla rete elettrica grezza anziché dall'uscita dell'inverter. I componenti di accumulo dell'energia - caricabatteria, batteria e inverter - sono off-line per quanto riguarda il carico, anche se il caricabatteria e la batteria rimangono collegati alla rete elettrica per garantire che la batteria sia sempre completamente carica. Quando la tensione di rete viene meno o supera i limiti, lo switch collega immediatamente l'uscita dell'inverter al carico critico.

Offline UPS Working Principle

UPS a Linea-interattiva—Protezione dell'alimentazione di livello intermedio

Un UPS a linea interattiva mantiene l'inverter in linea e reindirizza il percorso della corrente DC della batteria dalla modalità di carica normale all'alimentazione DC in caso di interruzione dell'alimentazione.

In questo design intelligente, l'inverter da batteria ad alimentazione CA è sempre collegato all'uscita dell'UPS. Quando l'alimentazione CA in ingresso è normale, l'inverter dell'UPS funziona in modo inverso e provvede alla ricarica della batteria. Quando l'alimentazione in ingresso viene a mancare, l'interruttore di trasferimento si apre e l'alimentazione passa dalla batteria all'uscita dell'UPS. Questo design offre un filtraggio aggiuntivo e riduce i transitori di commutazione, poiché l'inverter è sempre acceso e collegato all'uscita.

Line-interactive UPS Working Principle

UPS Online—La massima protezione dell'alimentazione

Un UPS online utilizza un metodo a "doppia conversione" che accetta l'ingresso in corrente alternata, raddrizza in corrente continua per passare attraverso la batteria ricaricabile (o le stringhe di batterie), quindi inverte nuovamente in corrente alternata a 120 V/230 V per alimentare le apparecchiature protette.

In un UPS online (o a doppia conversione), la corrente alternata in ingresso carica la batteria di backup che fornisce energia all'inverter di uscita, quindi l'interruzione della corrente alternata in ingresso non provoca l'attivazione dell'interruttore di trasferimento. In altre parole, se si verifica una perdita di potenza, il raddrizzatore viene semplicemente escluso dal circuito e le batterie mantengono l'alimentazione costante e invariata. Nessun tempo di trasferimento durante l'interruzione. Quando l'alimentazione viene ripristinata, il raddrizzatore riprende a sostenere la maggior parte del carico e inizia a caricare le batterie, anche se la corrente di carica può essere limitata per evitare che il raddrizzatore ad alta potenza surriscaldi le batterie e faccia bollire l'elettrolito.

Online UPS Working Principle

UPS a Linea-interattiva vs Online vs Offline: Funzioni

Tutte le tre categorie sopra citate sono state inventate per proteggere l'hardware e le apparecchiature elettriche in caso di interruzione imprevista dell'alimentazione. Tuttavia, influenzate da vari principi di funzionamento, le loro capacità intrinseche sono diverse.

Protezione da sovratensioni/rumore

Tutti e tre i sistemi UPS sono dotati di funzioni di soppressione delle sovratensioni e di filtraggio dei disturbi di linea per proteggere le apparecchiature dai danni causati da fulmini, sovratensioni e disturbi elettromagnetici (EMI/RFI) di linea. In particolare, il sistema UPS online offre una protezione superiore grazie al funzionamento a doppia conversione che isola le apparecchiature dai problemi della linea CA.

Tempo di trasferimento alla batteria

Quando si verifica un'interruzione, il tempo di trasferimento varia:

  • Un'interruzione dell'alimentazione a un carico di tipo tra 2 a 10 millisecondi è inevitabile nei sistemi UPS offline/standby.

  • I sistemi UPS line-interactive in genere trasferiscono l'alimentazione dalla linea all'alimentazione a batteria in un tempo compreso tra 2 e 4 millisecondi, sufficientemente rapido per mantenere in funzione senza interruzioni le apparecchiature più sensibili all'alimentazione.

  • Il sistema UPS online non ha un tempo di trasferimento, perché l'inverter sta già alimentando il carico delle apparecchiature collegate quando si verifica un'interruzione.

Regolazione della tensione

La regolazione della tensione è fondamentale, soprattutto in condizioni di bassa tensione:

  • I sistemi UPS a linea interattiva utilizzano la regolazione automatica della tensione (AVR) per correggere le tensioni anomale senza passare alla batteria. Quando la tensione supera un valore di soglia basso o alto preimpostato, questo tipo di UPS lo rileva e utilizza dei trasformatori per aumentare o diminuire la tensione di una quantità prestabilita per riportarla nell'intervallo accettabile.

  • I sistemi UPS online adottano un metodo più preciso di regolazione della tensione: il funzionamento continuo a "doppia conversione", che isola le apparecchiature collegate dai problemi della linea CA, tra cui blackout, brownout, sovratensioni, distorsione armonica, impulsi elettrici e variazioni di frequenza.

  • Quando non funzionano a batteria, i sistemi UPS line-interactive regolano di solito la potenza entro ±8-15% della tensione nominale (ad esempio 120, 208, 230 o 240 volt), mentre i sistemi UPS online regolano di solito la tensione entro ±2-3%.

Infatti, ci sono alcuni problemi di alimentazione comuni che possono verificarsi nelle operazioni quotidiane. La tabella seguente illustra se il sistema UPS di cui sopra è in grado di proteggere dalle anomalie:

  Offline Linea interacttiva Online
Interruzione dell'alimentazione
Calo di potenza
Sbalzo di tensione
Sottotensione  
Sovratensione  
Rumore di linea elettrico    
Variazione di frequenza    
Transiente di commutazione    
Distorsione armonica    

UPS a Linea-interattiva vs Online vs Offline: Pro & Contro

UPS Offline

Vantaggi Limitazioni
  • Alta efficienza (il caricabatterie non è costantemente acceso).

  • Facile da usare.

  • Prezzo accessibile.

  • Utilizza la batteria durante i blackout, con una protezione limitata o nulla contro le irregolarità di alimentazione.

  • Il carico è continuamente esposto a picchi, transitori e qualsiasi altra aberrazione proveniente dalla linea elettrica, con il rischio di perdita o danneggiamento di apparecchiature e dati sensibili.

  • Tempo di trasferimento finito dall'alimentazione di rete all'inverter in caso di interruzione dell'alimentazione di rete.

UPS a Linea-interattiva

Vantaggi Limitazioni
  • Alta affidabilità.

  • Alta efficienza.

  • Condizionamento della tensione ragionevole.

  • Riduzione del consumo di energia elettrica.

  • Numero di componenti inferiore.

  • Temperature di esercizio più basse.

  • Impraticabile oltre i 5kVA.

  • Non protegge da tutte le forme di irregolarità di alimentazione.

  • Non forniscono correzione del fattore di potenza o regolazione della frequenza.

  • Richiedono un uso frequente della batteria in aree con distorsioni di tensione estreme.

UPS Online

Vantaggi Limitazioni
  • Migliore regolazione della tensione.

  • Il tempo di conversione da CC a CA è trascurabile e non ci sono lacune nella copertura.

  • Non ci sono fluttuazioni nella tensione, il che indica una qualità stabile della tensione.

  • La qualità della tensione di carico è priva di distorsioni.

  • Uscita elettrica quasi ideale, massima protezione contro tutte le irregolarità di alimentazione.

 

  • Progetti complessi che richiedono un dissipatore di calore di grandi dimensioni.

  • Dissipazione di potenza più elevata.

  • L'efficienza complessiva dell'UPS è ridotta (l'inverter è sempre acceso).

  • La potenza del raddrizzatore aumenta (deve fornire energia all'inverter e caricare la batteria).

  • Più costoso di altri sistemi UPS.

UPS a Linea-interattiva vs Online vs Offline: Applicazioni

Le applicazioni di queste tre topologie, con principi di funzionamento diversi, variano da abitazioni residenziali di piccole dimensioni a data center di grandi dimensioni.

Grazie alla sua maggiore efficienza energetica e alla sua natura economica, l'UPS offline è più comunemente utilizzato per le famiglie, i piccoli uffici con budget ridotti per i progetti di alimentazione e alcuni settori che hanno requisiti relativamente bassi per la qualità dell'alimentazione. Il migliore per i personal computer e adatto anche per stampanti, scanner, alimentatori di emergenza ed EPABX.

Come una delle scelte principali, l'UPS a linea interattiva che soddisfa le esigenze di alta affidabilità energetica è ideale per i server dipartimentali, le abitazioni, le piccole imprese e le medie imprese. In alcune aree con problemi di infrastruttura in cui la tensione di linea CA è instabile, fluttua selvaggiamente o è altamente distorta, un UPS interattivo in linea potrebbe dover caricare la batteria una o due volte al giorno o anche più frequentemente.

Il sistema UPS online più intelligente, considerato come una soluzione predefinita per fornire alimentazione di riserva e protezione alle apparecchiature e ai server mission-critical nei data center, può essere applicato anche in settori come l'informatica, i trasporti, le banche, i titoli, le comunicazioni, il settore medico che richiedono un'alimentazione di lunga durata. In particolare, per alcuni azionamenti di motori a induzione e altre applicazioni simili di controllo del motore, unità di terapia intensiva, apparecchiature mediche, apparecchi elettrici sensibili.

Line-interactive vs Online vs Offline UPS Applications

UPS a Linea-interattiva vs Online vs Offline: Quale scegliere?

La tabella seguente riassume alcuni dei punti chiave discussi in precedenza tra i tre progetti.

  Offline Linea-interattiva Online
Dimensione Compatto Tipicamente grandi & pesanti Tipicamente piccoli & leggeri
Intervallo di potenza pratica (kVA) 0-0.5 0.5-5 5-5000
Condizionamento della tensione Basso Dipendente dal design Alto
Costo per VA Basso Medio Medio
Efficienza Alto
(tipicamente 95-98%)
Alto
(tipicamente 90-96%)
Medio-basso
(tipicamente 80-90%)
Costo Basso Medio Alto
Campi di applicazione tipici Case; piccoli uffici Piccole e medie imprese Telecomunicazioni, comunicazioni, banche, trasporti, ambienti industriali

Quando si prende in considerazione una soluzione UPS, è necessario prestare attenzione al tipo di UPS e al corrispondente livello di protezione. La differenza fondamentale tra UPS online, offline e line-interactive risiede nei loro principi di funzionamento, che si riflettono nella diversità delle loro caratteristiche, funzionalità, vantaggi e limiti. Inoltre, il design interno della topologia di un UPS influisce ulteriormente sul suo funzionamento in vari ambienti applicativi.

 

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