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Il
gruppo di continuità visto da vicino
Tutto quello che bisogna sapere per conoscere
gli UPS e capirne la tecnologia
22/02/2008
Un
gruppo di continuità (detto anche Ups, dall'inglese
Uninterruptible power supply) è un'apparecchiatura
che si usa per mantenere costantemente alimentati elettricamente
in corrente alternata apparecchi elettrici. Si rivela necessario
laddove le apparecchiature elettriche non possono in nessun
caso rimanere senza corrente. E' utilissimo soprattutto nei
Paesi dove si producono frequenti e sistematici black-out.
Tecnologia costruttiva
Fondamentalmente è un apparecchio costituito da almeno
tre parti principali: un primo convertitore alternata/ continua
(convertitore AC) che grazie a un raddrizzatore e a un filtro
converte la tensione alternata della rete elettrica in tensione
continua, una batteria (chimica) o più batterie di
accumulatori cui viene immagazzinata l'energia fornita dal
primo convertitore e un secondo convertitore continua/alternata
(convertitore CA) che prelevando energia dal raddrizzatore
o dalle batterie in caso di mancanza di rete elettrica, fornisce
corrente al carico collegato.
Esistono
gruppi di continuità di varie potenze, a partire dai
piccoli apparecchi per uso casalingo (300/400 Watt), tipicamente
usati per alimentare personal computer, fino ad apparecchiature
industriali da varie centinaia di kilowatt.
Sono in produzione regolare anche Ups alimentati a media tensione,
in container autonomi contenenti anche le batterie, per potenze
di alcune decine di megawatt, in grado di sostenere fabbriche
intere fino all'avviamento di un gruppo elettrogeno diesel.
Un
gruppo di continuità semplice (tralasciando la parte
raddrizzatore e batterie), consiste in un inverter in cui
un oscillatore a onda quadra genera il segnale che poi amplificato
da una batteria di transistor alimentati dalla tensione continua
rende la potenza necessaria attraverso un trasformatore per
il necessario innalzamento in tensione. Gruppi di continuità
avanzati hanno cominciato a usare tecnologie più avanzate,
come gli Igbt, i Mosfet, o altri ancora, al fine di ottenere
un'efficienza superiore.
Salendo ulteriormente nella scala della complessità,
vengono usati vari sistemi per ottenere una forma d'onda in
uscita che sia più simile all'onda sinusoidale che
viene distribuita dalle compagnie di elettricità. Ciò
avviene a livello dell'oscillatore o del circuito dei transistor.
Vengono usati condensatori e induttori per filtrare il flusso
di corrente da e verso il transistor in modo da renderlo più
"morbido".
È anche possibile produrre un'onda più sinusoidale
usando un'alimentazione duale: positivo, negativo e massa.
Un circuito logico si incarica di attivare i transistor in
modo che si alternino nella maniera giusta.
Tutti i gruppi di continuità che non generano un'onda
perfettamente sinusoidale fanno sì che certi carichi,
come i motori elettrici (ventilatori, per esempio), operino
in maniera meno efficiente.
Gruppi di continuità ancora più sofisticati
usano la tecnica detta modulazione di larghezza di impulso
(in inglese Pulse width modulation o Pwm) con una portante
ad alta frequenza: ciò permette di approssimare più
da vicino una funzione sinusoidale. Negli Ups di qualità,
l'onda sinusoidale in uscita può essere addirittura
migliore di quella fornita in ingresso.
L'alimentazione
L'alimentazione del gruppo di continuità è data
da una o più batterie, normalmente al piombo. Per gruppi
di continuità piccoli si usa una tensione di 12 Volt,
mentre con il crescere della potenza del gruppo di continuità
il fabbricante richiede che si usino tensioni sempre maggiori,
spesso multiple di 12. Si può arrivare e superare anche
a serie di 20 batterie, equivalenti a una tensione di 240
e più Volt. II numero di batterie, quindi, aumenta
all'aumentare della potenza richiesta in uscita e al tempo
per cui dovrà erogarla. Per avere autonomie più
lunghe bisogna disporre di più serie di batterie in
parallelo, in maniera da aumentare la capacità di immagazzinamento
di energia.
Le batterie che si usano con i gruppi di continuità
sono le cosiddette batterie a ciclo profondo che, a differenza
delle batterie al piombo comuni, sopportano molti cicli di
scarica profondi.
All'installazione di un gruppo di continuità bisogna
quindi corredarlo del numero di batterie adeguato per coprire
la necessità di potenza e tempo. Bisogna inoltre assicurarsi
che i periodi in cui le batterie si ricaricano siano sufficientemente
lunghi da permettere loro di reimmagazzinare l'energia necessaria.
La
carica delle batterie
Molti gruppi di continuità sono corredati dal circuito
che carica le batterie. Tale circuito fornisce alle batterie
una tensione sui 13,6 Volt per monoblocco (monoblocco = batteria)
con un amperaggio che deve essere limitato al 10-20 per cento
della capacità della batteria montata; per esempio,
montando una serie di batterie da 150 Ah (Ampere ora) dovremmo
ricaricarla con un amperaggio compreso tra 15 e 30 A, se invece
avessimo due serie in parallelo dovremmo ricaricarle con una
corrente compresa tra 30 e 60 A.
I circuiti di ricarica sono progettati in modo tale da ridurre
la corrente a valori di mantenimento quando rilevano che la
batteria è carica.
In alcuni modelli di Ups la carica avviene in modo ancor più
intelligente, regolando la tensione in base alla temperatura
delle batterie, oppure sottoponendo le batterie a continui
cicli di carica e di rilassamento. Tutto questo al fine di
migliorare il rendimento e la durata degli accumulatori.
Funzionamento
Esistono due principali categorie di Ups: gli on-line e gli
off-line. I gruppi di continuità on-line ai momento
del black-out smettono di prelevare energia dalla rete elettrica
e iniziano a prelevarla dagli accumulatori, continuando a
fornire tensione in uscita in modo assolutamente continuativo
e trasparente al carico. Questo tipo di gruppi di continuità
è il migliore e spesso è anche il più
costoso. Gli Ups in grado di erogare potenze superiori a 2,
3 kilowatt sono quasi tutti di questo tipo.
I gruppi di continuità off-line hanno un comportamento
lievemente diverso in quanto iniziano a sintetizzare l’onda
solo qualche millisecondo dopo il black-out, creando quindi
un piccolo "buco", della durata di pochi millisecondi,
di tensione in uscita durante il quale il carico non viene
alimentato. Questo tipo di Ups è più economico,
più facile da costruire, spesso impiegato per alimentare
singoli computer o comunque utenze non troppo delicate. Spesso
gli Ups di piccola taglia sono di questo tipo.
Potenza
I gruppi di continuità possono sostenere solo carichi
limitati. La potenza massima che possono sostenere vene indicata
in vari modi:
- Watt
- Volt-Ampere (VA)
- Volt-Ampere Informatici (VAI)
Dove il valore più corretto per valutare la reale capacità
del gruppo è il primo (watt).
Il secondo valore (VA) può essere utile a descrivere
la capacità del gruppo, ma è più soggetto
a manipolazione da parte del costruttore del dispositivo per
mascherare la reale (scarsa) potenza del gruppo.
Il terzo valore (VAI) e ogni altro metodo di fantasia vengono
utilizzati esplicitamente per mascherare la reale potenza
del gruppo di continuità e farla apparire maggiore
di quella reale. Per esempio, il VAi è tipicamente
il doppio del VA che è a sua volta tipicamente il doppio
della potenza effettiva in Watt. Dato che la capacità
di un gruppo di continuità in termini di VA e VAI può
essere calcolata in diverse maniere, possiamo avere due gruppi
con potenza dichiarata di 1500 Vai, ma potenza reale molto
differente, comunque, in linea generale, un gruppo da 400
Watt è più potente di uno da 1500 VAI.
Da:
Top Trade Informatica, Speciale UPS. Supplemento al n. 12
di Dicembre 2007
http://www.toptrade.it/
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