I gruppi di continuità c.c. montati su guida DIN proteggono le apparecchiature alimentate in c.c.

I gruppi di continuità (UPS) sono parte integrante di molte applicazioni industriali. Ovunque l'interruzione dell'alimentazione primaria possa causare la perdita di dati, danneggiare apparecchiature sensibili, compromettere la sicurezza o minacciare le vite umane, un gruppo di continuità diventa parte integrante del sistema. Questi sistemi critici collegano automaticamente il carico all'alimentazione a batteria quando si verifica un'interruzione di corrente esterna, guadagnando tempo per collegare un'altra fonte di alimentazione o consentendo di spegnere le apparecchiature in modo sicuro.

I sistemi UPS sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui telecomunicazioni, ospedali e data center. I gruppi di continuità progettati per carichi in corrente continua (c.c.) proteggono le apparecchiature nei settori dei trasporti, della generazione di energia, dell'automazione di fabbrica e degli edifici, della produzione di semiconduttori, della sicurezza e molti altri.

Più che un semplice interruttore tra l'alimentazione esterna e la batteria di riserva, un gruppo di continuità deve anche gestire lo stato di salute della batteria e le tensioni di ingresso/uscita. Un ingegnere che aggiunge un gruppo di continuità a un'apparecchiatura esistente o in fase di sviluppo deve scegliere un prodotto che soddisfi le esigenze del carico e della batteria, oltre a considerare l'interfaccia del gruppo di continuità e i requisiti di sicurezza di funzionamento.

Conoscenza dei principi di funzionamento di un gruppo di continuità

Le apparecchiature progettate per l'ingresso in corrente alternata (c.a.) utilizzano un gruppo di continuità c.a. che converte l'alimentazione c.c. di una batteria di riserva in un'uscita c.a. adatta al carico con circuiti di inverter (Figura 1). In condizioni di funzionamento normale, l'alimentazione c.a. fornita dall'esterno bypassa la batteria e l'inverter per alimentare direttamente il carico. In caso di un'interruzione di corrente, l'energia della batteria passa attraverso l'inverter per alimentare il carico alla tensione richiesta fino all'esaurimento della batteria, al ripristino dell'alimentazione o al collegamento di un'altra fonte di alimentazione.

Un gruppo di continuità c.a. contiene anche un raddrizzatore, che entra in gioco quando è disponibile l'alimentazione c.a. Il raddrizzatore trasforma una parte della corrente alternata in corrente continua a una tensione regolata per caricare la batteria.

Figura 1: Un gruppo di continuità c.a. bypassa la batteria fino a quando non sia necessaria, quindi utilizza un inverter per convertire la corrente continua dalla batteria in corrente alternata richiesta dal carico. Un raddrizzatore carica la batteria mentre è disponibile la corrente alternata. (Immagine per gentile concessione di TDK-Lambda)

Un carico c.c., invece, può essere collegato direttamente a una batteria di riserva tramite un gruppo di continuità c.c. Questo due funzioni principali. Quando è disponibile l'alimentazione esterna, funziona come un convertitore c.c./c.c. bidirezionale interno. Ciò consente di caricare la batteria dalla tensione c.c. raddrizzata e di convertirla nella tensione appropriata per il carico c.c. (Figura 2). Durante un'interruzione di corrente esterna, funge da convertitore c.c./c.c., fornendo una tensione regolata dalla batteria al carico.

Figura 2: In un gruppo di continuità c.c., la batteria alimenta direttamente il carico. Quando viene ripristinata l'alimentazione, la tensione c.a. esterna raddrizzata alimenta il carico e carica la batteria. (Immagine per gentile concessione di TDK-Lambda)

I gruppi di continuità c.c. DUSH960 di TDK-Lambda (Figura 3) funzionano con tensioni di ingresso c.c. comprese tra 12 V e 60 V. Forniscono fino a 20 A e 960 W a tensioni programmate dall'utente comprese tra 12 e 48 V c.c. Come convertitori c.c./c.c. programmabili, le unità DUSH960 possono essere utilizzate senza batteria in un intervallo di ingresso e uscita compreso tra 10 V e 60 V (12 V e 48 V nominali).

Poiché la batteria di riserva può alimentare direttamente il carico senza bisogno di un inverter, i sistemi UPS c.c. sono estremamente efficienti e possono fornire in modo affidabile dal 96% al 98% dell'energia prelevata dalla batteria.

Figura 3: I modelli UPS c.c. DUSH960 convertono la tensione c.c. dalle batterie di riserva alla tensione richiesta da un carico c.c. Gestiscono inoltre la ricarica delle batterie quando viene ripristinata l'alimentazione. (Immagine per gentile concessione di TDK-Lambda)

Opzioni di batteria di un gruppo di continuità c.c.

Poiché i gruppi di continuità c.c., come quelli della serie DUSH960, sono convertitori c.c./c.c., funzionano con diverse tecnologie di immagazzinaggio dell'energia. Le batterie al piombo-acido, agli ioni di litio (Li⁺), al nichel-metallo idruro (NiMH) e i supercondensatori possono essere utilizzati con questi UPS c.c. per capacità di immagazzinaggio fino a 20 A e 1.000 Ah.

Ogni tipo di batteria o supercondensatore è disponibile in diversi livelli di tensione di alimentazione, che dipendono dalle dimensioni e dalla struttura dell'alimentatore. Inoltre, la tensione della batteria varia con lo scaricarsi della stessa, a seconda delle fluttuazioni di temperatura e del numero di cicli di carica e scarica.

La funzione di conversione c.c./c.c. del modello DUSH960 elimina la preoccupazione di queste fluttuazioni e garantisce che al carico venga fornita la tensione c.c. programmata, sia che l'alimentazione di riserva fornisca 10 V, 58 V o un livello intermedio.

Protezioni e classificazioni di sicurezza

Oltre alle capacità di conversione c.c./c.c., la serie DUSH960 offre funzionalità di rilevamento e circuiteria per la protezione della batteria e del carico. I gruppi di continuità c.c. si difendono dal collegamento inverso della batteria, che potrebbe danneggiare la batteria e altri componenti elettronici sensibili. I sensori interni monitorano anche la salute della batteria, rilevando e prevenendo scariche profonde e sovracorrenti.

Quando viene ripristinata l'alimentazione e il sistema ricarica la batteria, il firmware fornisce il profilo di carica appropriato per il tipo di batteria collegata. Le unità monitorano anche la temperatura ambiente e ottimizzano la tensione di carica di conseguenza, abbassandola in caso di temperature alte e aumentandola se l'ambiente è freddo.

Le unità DUSH960 sono progettate per il funzionamento nominale in un ampio intervallo di temperature da -40ׄ °C a +40 °C. Tra -50 °C e +70 °C il funzionamento è consentito, ma la tensione consentita deve essere ridotta linearmente di 12 W/°C da 15 A all'aumentare della temperatura.

Le unità sono certificate ai sensi di diversi standard di sicurezza, tra cui IEC/EN/UL/CSA 61010-1, IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201, e IEC/EN/UL/CSA 62368-1 (Ed. 3). Recano inoltre i marchi CE e UKCA per le direttive sulle basse tensioni e RoHS.

Installazione e interfacce di un gruppo di continuità c.c.

Oltre a soddisfare gli standard di sicurezza internazionali, le unità DUSH960 sono progettate per l'installazione standardizzata. Il montaggio delle unità DUSH960 è semplice e veloce, poiché si tratta di moduli per guida DIN. Misurando 55 mm di larghezza, 115 mm di altezza e 110 mm di profondità, le unità compatte DUSH960 pesano 470 g (DUSH960-1248-1M) e 500 g (DUSH960-1248-0M). Entrambe le unità sono compatibili con le guide DIN TS35/7.5 e TS35/15.

Per consentire agli utenti di sfruttare al meglio i sensori e la programmabilità su scheda, i modelli DUSH960 offrono diverse opzioni di interfaccia. Il pannello frontale del modello DUSH960-1248-0M (Figura 4) presenta uno schermo LCD a colori di 1,5 pollici e quattro tasti di controllo per il monitoraggio e la programmazione manuale.

Figura 4: Il modello DUSH960-1248-0M ha uno schermo LCD a colori con quattro tasti di controllo sul pannello frontale. Il pannello contiene anche punti di connessione per Modbus/RTU, sensori di temperatura della batteria e altro. (Immagine per gentile concessione di TDK-Lambda)

Il pannello frontale del modello DUSH960-1284-1M è dotato di indicatori LED ed è un modello ottimizzato per le applicazioni con difficoltà di accesso. Questi LED segnalano errori, avvisi e allarmi, oltre a indicare la modalità di funzionamento del gruppo di continuità c.c.: funzionamento normale di rete con batteria sempre carica, funzionamento normale di rete con batteria sotto carica o modalità di riserva.

Le altre connessioni di comunicazione e rilevamento includono un segnale remoto On/Off remoto isolato e due contatti relè a secco normalmente aperti (NA) che forniscono i segnali quando necessario, ma non assorbono energia quando sono aperti. Gli ingressi per i sensori di temperatura opzionali alimentati a batteria sono inclusi nell'unità; i sensori sono disponibili separatamente.

Il modello DUSH960-1248-0M offre anche un'uscita ausiliaria da 5 A dalla batteria. Sebbene la tensione di questa uscita non sia regolata e sia pari alla tensione di scarica della batteria, la porta fornisce la protezione dalle sovracorrenti.

Tutti i modelli DUSH960 si collegano anche ai sistemi di automazione industriale. Una porta mini-USB-B facilita il collegamento tramite RS485 al software di controllo Modbus/RTU. Questo collegamento, insieme al software PowerCMC in dotazione, consente agli utenti di monitorare le prestazioni dell'unità, di impostare i modelli per la tensione di ingresso e di uscita e altri parametri, di standardizzare più unità e di mantenere i registri degli allarmi.

Conclusione

I gruppi di continuità forniscono alimentazione di riserva fondamentale per consentire lo spegnimento sicuro, salvare dati importanti, garantire la sicurezza degli utenti e del pubblico ed evitare perdite economiche. Grazie al montaggio su guida DIN standardizzato, alla conversione c.c./c.c. protetta e alle molteplici opzioni di interfaccia, i gruppi di continuità c.c. DUSH960 di TDK-Lambda sono soluzioni di riserva ad alta efficienza e personalizzabili per un ampio intervallo di tensioni di ingresso e di uscita e sono compatibili con le più comuni tecnologie di immagazzinaggio di energia elettrolitica ed elettrostatica.