Perché solo la topologia UPS online fornisce la protezione dei carichi mission-critical? I moderni sistemi UPS statici sono generalmente classificati in tre architetture di progettazione: online, offline e interattiva. Questo post descrive e confronta i tre tipi e spiega perché, per carichi veramente critici, la topologia ups online è l'unico approccio accettabile.

I dirigenti delle strutture oggi si trovano ad affrontare crescenti richieste di una fornitura di energia elettrica pulita e stabile. Ciò è particolarmente vero nelle strutture mission-critical come i data center. Ma gli impianti elettrici degli edifici sono tutt’altro che esenti da disturbi. Picchi di tensione, abbassamenti di tensione, rumore elettrico, distorsione dell'onda sinusoidale e blackout sono tutti eventi comuni dovuti a un'ampia gamma di guasti sia all'interno che all'esterno della struttura. Supponendo che il progetto dell'UPS utilizzi batterie – che rimangono la forma più popolare di accumulo di energia per le applicazioni di backup – allora sono sempre presenti tre elementi chiave per supportarle, indipendentemente dalla topologia: un caricabatterie o un raddrizzatore/caricabatterie, un inverter, e un interruttore statico. Tuttavia, il modo in cui questi elementi costitutivi vengono distribuiti dipende dalla topologia dell'UPS.

Topologia UPS offline

In un sistema offline, il carico critico viene alimentato direttamente dall'ingresso di rete CA durante il normale funzionamento. L'alimentazione in ingresso bypassa gli elementi di conversione dell'alimentazione dell'UPS per collegare il carico direttamente all'interruttore statico. Questo trasferisce il carico all'uscita dell'inverter solo se l'alimentazione di rete viene a mancare, supera i limiti di tensione o frequenza preimpostati o presenta qualche altra anomalia.

Questa topologia può attrarre alcuni utenti perché offre risparmi sui costi. Poiché le fasi di conversione dell'UPS vengono bypassate durante il normale funzionamento, l'UPS funziona in modo più efficiente, con perdite inferiori e un fabbisogno di raffreddamento ridotto. Anche i costi di capitale sono ridotti perché un UPS off-line può utilizzare componenti di potenza inferiore e non necessita di un raddrizzatore di potenza.
A ciò si contrappone la considerazione che durante il normale funzionamento il carico sarà sottoposto ad una forma d'onda non strettamente regolata ed esposto ai disturbi provenienti dalla rete di utenza. Sebbene tali sistemi di solito dispongano di un certo grado di soppressione dei picchi e di filtraggio RF (radiofrequenza), rimane un certo livello di esposizione. Inoltre, si verifica un'inevitabile interruzione dell'alimentazione del carico, tipicamente da 2 a 10 ms, mentre l'interruttore statico trasferisce il carico tra l'uscita dell'inverter e l'alimentazione di rete.

Topologia UPS Line Interactive

I sistemi line-interactive sono varianti offline che tentano di offrire un livello di prestazioni più elevato rispetto ai tipi convenzionali aggiungendo funzionalità di regolazione della tensione nella linea di bypass. I due progetti line-interactive più popolari utilizzano un trasformatore buck/boost o un trasformatore ferrorisonante. Migliorano i sistemi off-line convenzionali fornendo un certo grado di regolazione automatica della tensione e possibilmente riducendo l'utilizzo della batteria dell'UPS e il relativo degrado della durata della batteria.

Topologia UPS in linea

Un sistema UPS on-line è fondamentalmente diverso dai tipi off-line in quanto, durante il normale funzionamento, l'alimentazione di rete scorre attraverso il raddrizzatore/caricatore e l'inverter prima di raggiungere il carico. Questo design dell'UPS viene talvolta definito topologia UPS online a doppia conversione, a causa dei suoi due stadi di conversione AC-DC e DC-AC, e offre il massimo grado di integrità critica dell'alimentazione in quanto il carico viene alimentato con processati, ben -potenza regolata in ogni momento. Il carico è inoltre protetto dalle aberrazioni dell'alimentazione in ingresso poiché il raddrizzatore e l'inverter agiscono come una barriera al rumore trasmesso dalla rete e alle escursioni di tensione transitoria.

Se l'alimentazione in ingresso esce dall'intervallo di tensione o frequenza preimpostato (tipicamente da +10% a -20%) o di frequenza, o subisce un guasto totale, l'inverter continua a funzionare con l'alimentazione a batteria. L'evento è totalmente trasparente per il carico in quanto non è coinvolta alcuna operazione di trasferimento. Per questi motivi, la maggior parte dei proprietari di data center o di altri utenti responsabili di operazioni ICT mission-critical sceglieranno sempre soluzioni online. Costituiscono l'unico approccio che offre una protezione veramente completa al carico in ogni momento. Il loro costo aggiuntivo diventa insignificante se confrontato con le conseguenze di un guasto catastrofico del sistema, che è una probabile conseguenza del fatto che un problema di alimentazione di rete possa raggiungere il carico critico.