Los sistemas de alimentación ininterrumpida de CC montados en riel DIN protegen los equipos alimentados con CC

Los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) son parte integrante de muchas aplicaciones industriales. Siempre que una interrupción de la alimentación primaria pueda provocar la pérdida de datos, dañar equipos sensibles, poner en peligro la seguridad o amenazar vidas humanas, un UPS forma parte del sistema. Estos sistemas críticos conectan automáticamente la carga a la alimentación de la batería cuando se produce una pérdida de alimentación externa, lo que permite ganar tiempo para conectar otra fuente de alimentación o apagar los equipos de forma segura.

Los sistemas UPS se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como telecomunicaciones, hospitales y centros de datos. Los UPS diseñados para cargas de corriente continua (CC) protegen equipos de transporte, generación de energía, automatización de fábricas y edificios, fabricación de semiconductores, seguridad, etc.

Más que un simple conmutador entre una fuente de alimentación externa y una batería de reserva, un UPS también debe gestionar el estado de la batería y las tensiones de entrada y salida. Un ingeniero que añada un UPS a un equipo existente o previsto debe elegir un producto que se adapte a las necesidades de la carga y la batería, además de tener en cuenta la interfaz y los requisitos de funcionamiento seguro del UPS.

Comprensión de los principios de funcionamiento del UPS

Los equipos diseñados para la entrada de corriente alterna (CA) utilizan un UPS de CA que convierte la corriente continua de una batería de reserva en una salida de CA adecuada para la carga con circuitos inversores (Figura 1). En condiciones normales de funcionamiento, la alimentación de CA externa evita la batería y el inversor para alimentar directamente la carga. En caso de apagón, la energía de la batería pasa a través del inversor para alimentar la carga a la tensión necesaria hasta que se agote la batería, se restablezca la alimentación o se conecte otra fuente de energía.

Un UPS de CA también contiene un rectificador, que entra en juego mientras hay alimentación de CA disponible. El rectificador convierte una parte de la CA suministrada en CC a una tensión regulada para cargar la batería.

Figura 1: Un UPS de CA prescinde de la batería hasta que se necesita y, a continuación, emplea un inversor para convertir la CC de la batería en la CA que necesita la carga. Un rectificador carga la batería mientras hay corriente alterna disponible. (Fuente de la imagen: TDK-Lambda)

Por otro lado, una carga de CC puede conectarse directamente a una batería de reserva a través de un DC-UPS. Un DC-UPS tiene dos funciones principales. Cuando se dispone de alimentación externa, funciona como un convertidor CC/CC bidireccional interno. Esto le permite tanto cargar la batería a partir de tensión continua rectificada como convertirla en la tensión adecuada para la carga de CC (Figura 2). Durante una interrupción de la alimentación externa, actúa como un convertidor CC/CC, suministrando una tensión regulada desde la batería a la carga.

Figura 2: En un DC-UPS, la batería alimenta directamente la carga. Cuando se restablece el suministro, la tensión alterna externa rectificada alimenta la carga y carga la batería. (Fuente de la imagen: TDK-Lambda)

Los DC-UPS DUSH960 de TDK-Lambda (Figura 3) funcionan con tensiones de entrada de CC entre 12 V y 60 V. Producen hasta 20 A y 960 W a tensiones programadas por el usuario de entre 12 y 48 VCC. Como convertidores CC/CC programables, las unidades DUSH960 pueden utilizarse sin batería en un rango de entrada y salida de 10 V a 60 V (12 V a 48 V nominal).

Como la batería de respaldo puede alimentar directamente la carga sin necesidad de inversor, los sistemas DC-UPS son extremadamente eficientes. Pueden suministrar de forma fiable entre 96% y 98% de la energía extraída de la batería.

Figura 3: Los modelos DC-UPS DUSH960 convierten la tensión de CC de las baterías de reserva en la tensión requerida por una carga de CC. También gestionan la recarga de las baterías cuando se restablece el suministro eléctrico. (Fuente de la imagen: TDK-Lambda)

Opciones de batería DC-UPS

Dado que los DC-UPS, como los de la serie DUSH960, son convertidores CC-CC, funcionan con diversas tecnologías de almacenamiento de energía. Las baterías de plomo-ácido, las de iones de litio (Li⁺), las de níquel-hidruro metálico (NiMH) y los supercapacitores funcionan con estos DC-UPS para capacidades de almacenamiento de hasta 20 A y 1,000 Ah.

Cada tipo de batería/pilaría o supercapacitor está disponible en una gama de tensiones de alimentación que dependen del tamaño y la construcción de la fuente de alimentación. Además, el voltaje de la batería cambia cuando se descarga, cuando fluctúa la temperatura y con el número de ciclos de carga y descarga.

La función de convertidor CC/CC del DUSH960 elimina la preocupación por estas fluctuaciones y garantiza que se suministre a la carga la tensión de CC programada, tanto si la fuente de alimentación de reserva suministra 10 V, 58 V o algo intermedio.

Garantías y niveles de seguridad

Además de las funciones de convertidor CC/CC de la serie DUSH960, las unidades incorporan funciones de detección y circuitos para proteger tanto la batería como la carga. Los DC-UPS protegen contra la conexión inversa de la batería, que podría dañar la batería y otros componentes electrónicos sensibles. Sus sensores también controlan el estado de la batería, detectando y evitando descargas profundas y sobrecorrientes.

Cuando se restablece la alimentación y el sistema está recargando la batería, el firmware proporciona el perfil de carga adecuado para el tipo de batería conectada. Las unidades también controlan la temperatura ambiente y optimizan el voltaje de carga en consecuencia, reduciéndolo para temperaturas ambiente más cálidas y aumentándolo cuando el ambiente es frío.

Las unidades DUSH960 están clasificadas para un funcionamiento nominal en un amplio rango de temperaturas: -40ׄ °C a +40 °C. Entre -50 °C y +70 °C, el funcionamiento está permitido, pero el amperaje admisible debe reducirse linealmente en 12 W/°C a partir de 15 A a medida que aumenta la temperatura.

Las unidades están certificadas conforme a múltiples normas de seguridad, incluidas IEC/EN/UL/CSA 61010-1, IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201 e IEC/EN/UL/CSA 62368-1 (Ed. 3). También llevan las marcas CE y UKCA para las directivas de baja tensión y RoHS.

Instalación e interfaces DC-UPS

Además de cumplir las normas de seguridad internacionales, las unidades DUSH960 están diseñadas para una instalación estandarizada. El montaje de las unidades DUSH960 es rápido y sencillo, ya que se trata de módulos de riel DIN. Con 55 mm de ancho por 115 mm de alto y 110 mm de profundidad (2.13 in x 4.53 in x 5.17 in), las compactas unidades DUSH960 pesan 470 g para la DUSH960-1248-1M y 500 g para la DUSH960-1248-0M. Ambas unidades son compatibles con los rieles DIN TS35/7.5 y TS35/15.

Para que los usuarios puedan aprovechar al máximo los sensores integrados y la programabilidad, los DUSH960 disponen de varias opciones de interfaz. En el panel frontal del modelo DUSH960-1248-0M (Figura 4), se encuentra un conector de 1.5 in. La pantalla LCD en color y las cuatro teclas de control permiten la supervisión y programación manuales.

Figura 4: El DUSH960-1248-0M tiene una pantalla LCD en color con cuatro teclas de control en el panel frontal. El panel también contiene puntos de conexión para Modbus/RTU, sensores de temperatura de la batería, etc. (Fuente de la imagen: TDK-Lambda)

El panel frontal del DUSH960-1284-1M incorpora LED indicadores en un modelo de coste optimizado para aplicaciones menos accesibles. Estos Ledes indican errores, advertencias y alarmas, además de indicar el modo de funcionamiento del DC-UPS: funcionamiento normal de red con flotación de batería, funcionamiento normal de red con carga de batería o modo backup.

Otras conexiones de comunicación y detección incluyen una señal remota aislada de encendido/apagado y dos contactos de relé de contacto seco normalmente abierto (NO) que proporcionan señales cuando es necesario, pero no consumen energía cuando están abiertos. La unidad incluye entradas para sensores de temperatura de batería opcionales; los sensores están disponibles por separado.

La variante DUSH960-1248-0M también cuenta con una salida auxiliar de 5 A desde la batería. Aunque el voltaje de esta salida no está regulado y es igual al voltaje de descarga de la batería, el puerto proporciona protección contra sobrecorriente.

Todos los modelos del DUSH960 también se conectan a sistemas de automatización industrial. Un puerto mini-USB-B facilita la conexión mediante RS485 al software de control Modbus/RTU. Esta conexión, junto con el software PowerCMC suministrado, permite a los usuarios supervisar el rendimiento de la unidad, establecer plantillas para la tensión de entrada y salida y otros parámetros, estandarizar varias unidades y mantener registros de alarmas.

Conclusión

Los UPS suministran energía de reserva crítica para permitir un apagado seguro, salvar datos importantes, garantizar la seguridad de usuarios y ciudadanos y evitar pérdidas económicas. Con montaje en riel DIN estandarizado, conversión CC/CC protegida y múltiples opciones de interfaz, los productos DC-UPS DUSH960 de TDK-Lambda proporcionan soluciones de respaldo personalizables y de alta eficiencia en una amplia gama de tensiones de entrada y salida, y son compatibles con las tecnologías de almacenamiento de energía electrolítica y electrostática más comunes.