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Confronto tra UPS senza trasformatore vs UPS basato su trasformatore

Updated on ago 17, 2022
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Da quando il design degli UPS senza trasformatore si è imposto all'attenzione del pubblico nei primi anni di questo secolo, si è guadagnato un posto nel mercato degli UPS grazie alle sue dimensioni ridotte e al costo contenuto. Tuttavia, i gruppi di continuità a trasformatore non sono del tutto inutili, anzi sono estremamente importanti e insostituibili per alcune applicazioni. In questo post si analizzerà la differenza tra UPS con trasformatore e UPS senza trasformatore.

 

Perché il design dell'UPS si evolve da trasformatore a senza trasformatore?

Il motivo per cui nei primi sistemi UPS viene utilizzato un trasformatore interno è la tecnologia dell'inverter di potenza utilizzata nel progetto dell'UPS. All'inizio, l'inverter si basava su raddrizzatori/ tiristori controllati al silicio per generare l'onda sinusoidale in uscita attraverso un filtraggio significativo. (In modalità a doppia conversione, i sistemi UPS con trasformatori di isolamento utilizzano tradizionalmente topologie di raddrizzatori a tiristori a 6 o 12 impulsi). I dispositivi di potenza non si spengono quando sono alimentati in corrente continua e, poiché la velocità di commutazione dei dispositivi di potenza è lenta, è necessario un trasformatore per generare la forma d'onda desiderata. Con lo sviluppo della tecnologia, anche se i transistor sono stati sviluppati per essere accesi e spenti senza la necessità di circuiti di alimentazione aggiuntivi, i volt di funzionamento vengono sacrificati per ottenere l'aumento della corrente di commutazione. Il trasformatore è inoltre necessario per aumentare la tensione dell'uscita dell'UPS e fornire al carico critico la stessa tensione di ingresso.

Figura 1: Schema di un UPS basato su trasformatore

Con l'ulteriore sviluppo dei dispositivi di commutazione di potenza, viene utilizzato il transistor bipolare a porta isolata (IGBT). Gli inverter UPS basati sulla tecnologia IGBT utilizzano la modulazione di larghezza di impulso per generare la sinusoide desiderata, eliminando l'uso di trasformatori e filtri ingombranti. Grazie al design IGBT, l'UPS senza trasformatore è più efficace nel convertire direttamente la corrente continua in corrente alternata, il che contribuisce a una tensione di uscita più stabile.

Figura 2: Schema di UPS senza trasformatore

 

Differenze tecniche tra UPS con trasformatore e UPS senza trasformatore

A quanto pare, la distinzione più significativa tra UPS senza trasformatore e UPS con trasformatore è l'esistenza del componente trasformatore. Per conoscere meglio le loro caratteristiche tecniche e le loro prestazioni, di seguito viene riportato un confronto sulle caratteristiche tecniche.

  UPS basati su trasformatori UPS senza trasformatore
Efficienza in modalità doppia conversione 90-92% 95-96%
Efficienza in modalità ecologica 99% 99%
Distorsione armonica totale della corrente di ingresso (THDi) 3-4% (Raddrizzatore basato su IGBT)12% (Raddrizzatore a 12 impulsi basato su tiristori)30% (Raddrizzatore a 6 impulsi basato su tiristorir) 3-4%
Distorsione armonica totale della tensione di uscita (THDU) 2% 2%
Fattore di potenza in ingresso (Ingresso PF) Basso carico parziale 0,99-0,97 a pieno carico e a carico parziale
Ondulazione AC sulla batteria Più del 5% senza caricabatteria;0,2% con caricabatteria 0.2%
Funzione di bypass Switch di bypass statico Switch di bypass statico, ma l'ingresso CA di bypass deve essere uguale all'uscita CA dell'inverter
Impedenza di uscita Alto Basso
Risposta dinamica Carichi insufficienti e sbilanciati influiscono sulle tensioni di uscita Controllo ideale e diretto dell'onda sinusoidale in uscita, ogni fase è controllata in modo indipendente. In questo modo, i carichi sbilanciati non influiscono sulle tensioni di uscita
Peso e dimensione (Unità da 500kVA) 2,2-2,6 tonnellate e 1,8-2,0㎡ 1 tonnellata e 1,5-1,6㎡
 

Qual è il migliore: UPS con trasformatore o UPS senza trasformatore?

Dopo aver fatto riferimento alle differenze tecniche tra gli UPS senza trasformatore e gli UPS con trasformatore, la parte seguente confronta i due progetti di UPS dal punto di vista dei consumatori e ne chiarisce i vantaggi.

  • Adattabilità:L'UPS senza trasformatore offre una maggiore flessibilità e adattabilità per rispondere a requisiti futuri incerti. Le dimensioni di un UPS senza trasformatore sono solitamente inferiori a quelle di un UPS con trasformatore di pari potenza. È più conveniente per l'espansione in un determinato spazio. Inoltre, gli UPS senza trasformatore di grandi dimensioni adottano un design modulare in un pacchetto compatto, in modo che la capacità possa essere facilmente aggiunta in caso di incertezza sul carico totale richiesto o in caso di esigenze future.

  • Affidabilità: Gli UPS senza trasformatore non sono in grado di isolare i guasti interni come quelli basati su trasformatore. Sebbene questo problema possa essere risolto con l'aggiunta di un trasformatore di isolamento, può anche portare ad altri punti di guasto e a tassi di assistenza più elevati. Grazie al trasformatore di isolamento all'interno di un progetto di UPS basato su trasformatore che migliora l'affidabilità del circuito intermedio e agli anni di esperienza applicativa e alle innovazioni tecnologiche, gli UPS basati su trasformatore mostrano una maggiore affidabilità e robustezza.

  • Disponibilità: In generale, gli UPS basati su trasformatori offrono la massima disponibilità e semplificano il controllo della corrente di guasto, soprattutto per i data center ad alta potenza e altre applicazioni critiche. Oggi anche i progetti senza trasformatore migliorano la loro disponibilità a un livello ragionevole, ma inferiore rispetto ai modelli con trasformatore. Pertanto, gli UPS senza trasformatore sono più adatti alle piccole e medie imprese in cui la disponibilità non è la principale preoccupazione.

  • Durata della batteria: La durata della batteria è legata all'ondulazione della corrente alternata sulla batteria. A causa dell'alta tensione negli UPS senza trasformatore, in genere viene aggiunto un convertitore supplementare che fornisce un controllo preciso delle batterie e un circuito CC pulito senza ondulazioni. La durata delle batterie dei gruppi di continuità senza trasformatore è quindi più lunga di quella dei gruppi di continuità con trasformatore e può raggiungere i 12 anni.

  • Costo: Quando si parla di costi dei gruppi di continuità, occorre considerare sia il costo iniziale che il costo di esercizio. Grazie all'assenza di trasformatori, gli UPS senza trasformatore hanno il vantaggio di avere un prezzo inferiore rispetto ai modelli con trasformatore. Gli UPS senza trasformatore hanno anche dimensioni più ridotte rispetto a quelli con trasformatore, riducendo la necessità di spazio aggiuntivo nel data center. I costi di esercizio comprendono le spese di funzionamento per l'alimentazione, le spese di manutenzione e altre ancora. I gruppi di continuità senza trasformatore presentano un'efficienza superiore, riducendo così le perdite di potenza.

 

Sintesi

Entrambi i modelli di UPS, a base di trasformatore e senza trasformatore, offrono funzionalità fondamentali e mantengono le loro caratteristiche principali. È chiaro che l'UPS senza trasformatore domina il mercato al giorno d'oggi; l'UPS senza trasformatore soddisfa la maggior parte dei requisiti di progettazione degli alimentatori odierni, ma per le applicazioni che richiedono la massima affidabilità e sicurezza, come i settori medici, l'UPS con trasformatore è la scelta migliore.

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