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SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 1 Sistemas de Energia Ininterrupta: UPS - No-Breaks Prof. Dr. Pedro.

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2 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 1 Sistemas de Energia Ininterrupta: UPS - No-Breaks Prof. Dr. Pedro Francisco Donoso Garcia Prof. Dr. Porfírio Cabaleiro Cortizo Parte desta apresentação foi adaptado de material elaborado por Jose A. Villarejo:

3 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 2 Porque a necessidade de equipamentos de energia adicionais para alimentar uma carga crítica? Estabilizador de tensão ou üUPS - Uninterruptible Power Supply ou No-Break

4 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 3 Principais características:

5 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 4 Sistemas de Energia Ininterrupta – UPS UPS Rotativa UPS Rotativa üConversão de energia mecânica em elétrica; Autonomia de funcionamento da ordem de horas; Autonomia de funcionamento da ordem de horas; Nível de ruído elevado, necessitando de ambientes especiais. Nível de ruído elevado, necessitando de ambientes especiais.

6 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 5 UPS Estática UPS Estática Utiliza conversores eletrônicos; Utiliza conversores eletrônicos; Melhor resposta dinâmica; Melhor resposta dinâmica; Baixo ruído acústico; Baixo ruído acústico; Melhor regulação de tensão Melhor regulação de tensão Melhor regulação da freqüência na carga; Melhor regulação da freqüência na carga; Instalações simples; Instalações simples; Custo mais elevado. Custo mais elevado. Sistemas de Energia Ininterrupta – UPS

7 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 6 Carga típica de UPS: fonte chaveada de equipamentos eletrônicos ü Tensão de alimentação: 110Vca ou 220Vca ü Desvio máximo permissível da tensão de alimentação: 110Vac de: 93Vac a 140Vac 220Vac de: 187Vac a 253Vac ü Corrente de partida ( Inrush Current): 120A pico máximo ü Na falta da tensão de alimentação, a fonte mantém a regulação das saídas por pelo menos 17ms, com carga nominal. Este tempo é denominado Time Hold up. ü Fator de potência entre 0,5 e 0,7. ü Fator de crista entre 2,5 e 3.

8 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 7 Banco de Baterias Cargas críticas (lineares e não lineares) ConversorRetificador/Inversor,Filtros Diagrama de Blocos de uma UPS Fonte de Alimentação

9 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 8 üOff-line (standby) üOn-line (sistema de dupla conversão) üLine-interactive Classificação das UPS

10 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 9 Topologia de UPS off-line (standby) Trafo Inversor+FiltroCarregadordeBaterias Carga

11 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 10 Topologia de UPS off-line (standby) Vantagens Vantagens: Elevado rendimento: inversor pode operar a vazio ou desligado; ü Baixo custo e volume: carregador de baterias independente; Desvantagens: Pobre regulação da tensão na carga; ü Falta de condicionamento da corrente de entrada: injeção de harmônicos na rede elétrica, quando as cargas são não lineares; ü Tempo de transferência, entre os modos rede-inversor e inversor- rede, provocando tensão na carga nula nestes instantes; ü A forma de onda da tensão de saída geralmente é quadrada.

12 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 11 Topologia de UPS on-line Trafo Carga CarregadordeBaterias Inversor+Filtro

13 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 12 de UPS on-line Topologia de UPS on-line Vantagens: ü A carga é continuamente alimentada pelo inversor, portanto, não existe tempo de transferência; ü A tensão de saída da UPS é regulada e possui baixa Taxa de Distorção Harmônica (TDH 5%); ü Distúrbios da rede elétrica comercial não atingem a carga; ü A utilização de uma chave estática, aumenta a confiabilidade do UPS. Desvantagens: Baixo rendimento ( rendimento do inversor * rendimento do retificador), em função dos conversores estarem em cascata; ü Elevado custo e volume, em função do retificador que é dimensionado para alimentar o inversor mais a carga das baterias.

14 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 13 Topologia de UPS Line-interactive Filtro Carga Inversor/retificador

15 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 14 Topologia de UPS Line-interactive Vantagens Vantagens: Baixo custo e maior rendimento; ü Possibilidade de se regular a tensão de saída ou compensar os harmônicos da corrente de carga, permitindo que a entrada do conversor seja senoidal e apresente um Fator de Potência Quasi-unitário; ü Pequeno tempo de transferência nos modos: rede-inversor e inversor-rede. Desvantagens: ü A presença do indutor não permite que a tensão de saída e a tensão de entrada estejam em fase, gerando um transitório quando da utilização da chave de by-pass.

16 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 15 Componentes de uma UPS ü Baterias ü Inversor ü Retificador ü Chave Estática

17 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 16 Retificador semi-controlado monofásico 3Baixo Custo 3Não permite inversão do fluxo de energia 3Baixo Fator de Potência 3Taxa de Distorção Harmônica da Corrente de Entrada elevada

18 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 17 Retificador semi-controlado monofásico

19 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 18 Retificador semi-controlado monofásico Fator de potência depende do ângulo de disparo e da THD da corrente de entrada

20 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 19 Retificador controlado monofásico 3Baixo Fator de Potência 3Taxa de Distorção Harmônica da Corrente de Entrada elevada 3Baixo Custo 3Permite inversão do fluxo de energia: INVERSOR NÃO AUTÔNOMO

21 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 20 Retificador controlado monofásico Modo retificador

22 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 21 Retificador controlado monofásico Modo retificador Fator de potência depende do ângulo de disparo e da THD da corrente de entrada

23 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 22 Retificador controlado monofásico Efeito da Comutação 1.Introdução de Notches na tensão de entrada 2.Redução da Tensão de saída:

24 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 23 Retificador controlado monofásico Efeito da Comutação

25 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 24 Retificador controlado monofásico Efeito da Comutação

26 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 25 Retificador controlado monofásico Modo inversor 90 < Ângulo de disparo < < Ângulo de disparo < 150

27 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 26 Retificador controlado monofásico Modo inversor

28 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 27 Retificador trifásico

29 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 28 Retificador trifásico semi-controlado Ângulo de Disparo = 30 Ângulo de Disparo = 30 Na tensão de saída, o primeiro harmônico presente é o terceiro Na corrente de entrada, aparecem harmônicos pares

30 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 29 Retificador trifásico semi-controlado Ângulo de Disparo = 90 Ângulo de Disparo = 90

31 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 30 Retificador trifásico controlado Ângulo de Disparo = 30 Ângulo de Disparo = 30 Na tensão de saída, o primeiro harmônico presente é o sexto Na corrente de entrada, não aparecem harmônicos pares

32 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 31 Retificador trifásico controlado Modo Inversor não autônomo Ângulo de Disparo = 120 Ângulo de Disparo = 120

33 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 32 Retificador trifásico controlado 12 pulsos

34 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 33 Retificador trifásico controlado 12 pulsos Ângulo de Disparo = 60 Ângulo de Disparo = 60

35 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 34 Retificadores trifásicos a tiristores Vantagens ü Baixo Custo ü Rendimento Elevado ü Robustez Desvantagens ü Baixo Fator de Potência ü Corrente de entrada com THD elevada

36 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 35 Inversores monofásicos VOVO E S2S2 S1S1 Push-pull VOVO E S2S2 S1S1 Meia ponte S2S2 S1S1 E S3S3 S4S4 VOVO Ponte completa

37 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 36 Como controlar a tensão de saída do inversor? Inversor de onda quadrada Problema com harmônicos de baixa freqüência. Empregado em UPS Off-Line de baixo custo Inversores com controle por Modulação em Largura de Pulso Senoidal Os harmônicos de baixa freqüência são eliminados. Os harmônicos presentes estão em bandas em torno de múltiplos da freqüência de chaveamento. Empregado em UPS On-line e Line-Interactive Inversores monofásicos

38 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 37 Inversores de onda quadrada E E VoVoVoVo t Presença de harmônicos de baixa freqüência na tensão de saída: Filtragem difícil

39 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 38 T A + A D D A - 0 E/2 + - t V Controle V A0 E/2 -E/ O valor médio de V AO é positivo T A - Modulação em Largura de Pulsos - PWM

40 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 39 T A + A D D A - 0 E/2 /2 + - t V Controle V A0 E/2 -E/2 O valor medio de V AO é zero T A Modulação em Largura de Pulsos - PWM

41 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 40 T A + A D D A - 0 E/2 + - t V Controle V A0 E/2 -E/2 O valor médio de V AO é negativo T A Modulação em Largura de Pulsos - PWM

42 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 41 T em função de V C ; V PT ; E E -E V PT VCVC T T/2 T2T2 T1T1 T1T1 V A0 T1=T1= VCVC V PT T 4 T 2 =T/2-2T 1 Modulação em Largura de Pulsos - PWM

43 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 42 PWM Senoidal Bipolar E/2 - V AO T/2 T1T2T3 T V C V PT tempo

44 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 43 |V C | |V PT | PWM Senoidal Bipolar m a <1, Sistemas modulados Sistemas Sobremodulados introduzem harmônicos de baixa freqüência e portanto não são utilizados em UPS |V C | |V PT | m a >1, Sistemas sobremodulados

45 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 44 PWM Senoidal Bipolar Para m f inferior a 21, cuidado ao escolher a freqüência de chaveamento. mf > 21 – Sistema com modulação de freqüência elevada mf < 9 – Sistema com modulação de freqüência reduzida

46 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 45 Considerações sobre a escolha de m f Para m f < 21: Sincronizar os sinais da modulante V c e da portadora V PT m f deverá ser inteiro e ímpar As inclinações da modulante e da portadora deverão ser de polaridades opostas, quando ambas cruzarem o eixo das ordenadas. Para m f > 21: Não há necessidade de sincronismo e m f não necessita ser inteiro. PWM Senoidal Bipolar

47 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 46 PWM Senoidal Bipolar

48 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 47 T A + T A - A 0 E/2 (V xx ) T T B + T B - B tempo m aB, φ B φBφB E 2 m aB V B0 V A0 m aA, φ A =0 E 2 m aA PWM Senoidal Unipolar V AB 22 2 B aAB senm E V

49 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 48 φ B = V A0 V B0 V AB V CB V CA E/2 -E/2 tempo -E-E E -E PWM Senoidal Unipolar

50 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 49 PWM Senoidal Unipolar

51 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 50 Espectro Harmônico da Tensão de Saída – PWM Bipolar Comparação PWM Senoidal Espectro Harmônico da Tensão de Saída – PWM Unipolar

52 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 51 Influência do Tempo Morto i A > 0 i A < 0 E -E T1 T2 D1 D2 Tensão Desejada na saída T1 T2 Tensão real na saída para i A E -E tmtmtmtm tmtmtmtm

53 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 52 corrente na carga positiva: a comutação de S1 para D2 não é influenciada pelo tempo morto, o mesmo não acontece com a comutação de D2 para S1. S1 ONS1 OFF corrente na carga positiva Influência do Tempo Morto

54 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 53 Influência do Tempo Morto V AO + ΔV AO i A > 0 Tensão desejada V AO + ΔV AO i A < 0

55 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 54 Topologias de UPS Trifásicas

56 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 55 Sinais de controle defasados de 120º φ B =120º E 2 mama V B0 E 2 mama V A0 φBφB V AB PWM Senoidal trifásico

57 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 56 Se subtrairmos dois sinais identicos defasados de 120º, o terceiro harmônico é eliminado ,2 0,4 0,6 0,8 1,0 mf (V A0 ) n Conteúdo harmônico de V AO (V AB ) n E m a =0,8 m f =15 () × = a AB m E V 3327 Conteúdo harmônico da tensão entre fases PWM Senoidal trifásico mf E

58 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 57 Tensão e corrente de saída de uma UPS THD = 5% fp = 0,61

59 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 58 Retificadores de Alto Fator de Potência Alto Fator de Potência Alto Fator de Potência Fluxo de energia não reversível Fluxo de energia não reversível

60 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 59 Retificadores de Alto Fator de Potência Fator de potência ajustávelFator de potência ajustável Fluxo de energia bidirecionalFluxo de energia bidirecional

61 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 60 Retificadores de Alto Fator de Potência Modo de Condução Descontínuo Modo de Condução Crítico Modo de Condução Contínuo Modo de Condução Descontínuo

62 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 61 Modo de Condução Crítico ou Descontínuo: Implementação Simples;Implementação Simples; Corrente máxima nas chaves elevada;Corrente máxima nas chaves elevada; Aplicação em equipamentos de baixa potência.Aplicação em equipamentos de baixa potência. Modo de Condução Contínuo: Implementação complexa Multiplicador;Implementação complexa Multiplicador; Corrente máxima nas chaves reduzida;Corrente máxima nas chaves reduzida; Aplicação em equipamentos de média e alta potência.Aplicação em equipamentos de média e alta potência. Retificadores de Alto Fator de Potência

63 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 62 Retificadores de Alto Fator de Potência Modo Contínuo: Controle da Corrente Média Modo Contínuo: Controle da Corrente por Histerese

64 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 63 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle da Corrente Média: Freqüência fixa;Freqüência fixa; Fácil de ser implementado em um microcontrolador ou DSP;Fácil de ser implementado em um microcontrolador ou DSP; Ajuste de dois reguladores, um para a malha de controle da tensão e outro para a malha de corrente.Ajuste de dois reguladores, um para a malha de controle da tensão e outro para a malha de corrente. Controle da Corrente por Histerese: Freqüência variável;Freqüência variável; Ajuste apenas do regulador de tensão ;Ajuste apenas do regulador de tensão ; Impossível de implementar em um microcontrolador ou DSP.Impossível de implementar em um microcontrolador ou DSP.

65 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 64 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle do valor médio da corrente: Dimensionamento do indutor: O ripple máximo ocorre quando a tensão instantânea da rede é igual a metade da tensão de saída no barramento cc.

66 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 65 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle do valor médio da corrente: dimensionamento do capacitor

67 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 66 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle sem feedforward KsKsKsKs KmKmKmKm K

68 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 67 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle com feedforward KsKsKsKs K KmKmKmKm K ff

69 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 68 Retificadores de Alto Fator de Potência Controle sem Feedforward Controle com Feedforward Vantagens do controlador com Feedforward: Controlador de tensão não precisa compensar variações da Tensão eficaz de entrada; Menor esforço do controlador da tensão de saída, melhorando a resposta dinâmica da malha; Potência de entrada controlada.

70 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 69 Retificadores de Alto Fator de Potência Malha de corrente: Limitação do ganho proporcional para evitar multiplas comparações

71 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 70 Retificadores de Alto Fator de Potência Malha de corrente: Limitação do ganho de alta freqüência da medição da corrente. Banda passante da malha de corrente: 1 a 10 kHz

72 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 71 Retificadores de Alto Fator de Potência Fatores que afetam a banda passante da malha de controle da tensão: Distorção harmônica da referência para a malha de controle da corrente: 1.Harmônicos presentes na medição da tensão de saída aparecem em V ea 2.Método da medição da Tensão eficaz: filtragem da tensão retificada Banda passante da malha de controle da tensão de saída: 1 a 10Hz

73 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 72 Retificadores de Alto Fator de Potência

74 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 73 Retificadores de Alto Fator de Potência

75 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 74 UPS Line-Interactive (1) Durante funcionamento com rede presente o conversor carrega a bateria e filtra os harmônicos da carga. Fator de potência unitário e corrente de entrada senoidal. Regulação da tensão de saída depende das variações da tensão da rede.

76 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 75 UPS Line-Interactive (2) Durante funcionamento com rede presente o conversor carrega a bateria e regula a tensão na carga. Fator de potência não unitário e corrente de entrada com taxa de distorção harmônica elevada

77 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 76 UPS Line-interactiva : Tri-Port Estabilizador Carga Inversor/retificador

78 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 77 UPS on-line - Carregador separado Retificador Trafo CarregadordeBaterias Inversor+Filtro Carga

79 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 78 UPS On-line

80 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 79 UPS Line-interactiva : conversor delta Carga

81 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 80 Tensão e corrente na carga de uma UPS on-line com controle por duas malhas

82 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 81 Tensão e corrente na carga de uma UPS on-line com controle por duas malhas + malha de controle repetitivo

83 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 82 Baterias Longa Duração: ü Autonomia mínima de 3 horas, típica de 8 horas. ü Aplicação em sistemas de Telecomunicações. Uso Geral: ü Usadas em UPS, quando autonomia é da ordem de 1 a 3 horas. ü Aplicações em sistemas de controle e comutação. Curta Duração: ü Aplicações necessitando de potência elevada em um curto intervalo de tempo. ü Em UPS, com autonomia da ordem de 15 minutos. ü Placas mais finas. ü Densidade do eletrólito mais elevada.

84 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 83 Baterias Chumbo-ácidas Química da Bateria: ü Placa Positiva: Dióxido de Chumbo – PbO 2 ü Placa Negativa: Chumbo Esponjoso – Pb ü Eletrólito: Solução de ácido Sulfúrico – H 2 SO 4 ü Densidade específica do eletrólito mais elevada, entre 1,25g/cm 3 e 1,3g/cm 3, aumentando a capacidade Ah da bateria às custas da redução da vida útil. ü Tensão de Flutuação mais elevada para compensar as perdas internas mais elevada.

85 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 84 Tipos de baterias chumbo-ácidas: ü Ventilada (vented cells ou flooded cells): ü Placas mergulhadas no eletrólito; ü Mecanismo permite o escape dos gases produzidos durante o processo de carga (hidrogênio e oxigênio), com conseqüente perda do eletrólito. ü Regulada por Válvula (VRLA): ü Possuem válvula reguladora da pressão interna que alivia o excesso de hidrogênio produzido durante o processo de carga e impede que o oxigênio da atmosfera afete a reação química, prejudicando o rendimento e vida útil da bateria. ü Os gases produzidos durante os ciclos de carga e descarga são recombinados no interior da bateria e retornam para a composição do eletrólito. A baixa quantidade de gás liberado a torna vantajosa para aplicações em UPS. Baterias Chumbo-ácidas

86 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 85 ü Regulada por Válvula (VRLA): ü Eletrólito absorvido (AGM-Absorvent Glass Material): ü Eletrólito impregnado em mantas de fibra de vidro microporosa, que isola as placa positivas das negativas. ü A manta distribui uniformemente o eletrólito e o mantém em contato com o material ativo das placa. ü Apresentam uma baixa resistência interna e são adequadas para UPS que necessitam de correntes elevadas em um curto intervalo de tempo. Eletrólito gelificado: ü Processo construtivo similar ao das baterias ventiladas. ü O eletrólito é combinado com dióxido de silica formando um composto na forma de gel. ü Apresentam uma resistência interna mais elevada e são mais indicadas para aplicações requerendo um grande tempo de descarga. Baterias Chumbo-ácidas

87 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 86 Mecanismos de Falha Alta Impedância: Corrosão das placas; Mau contato do material ativas das placas; Baixa Densidade Específica do Eletrólito. Baixa Impedância: Curto-circuito entre placas. Deterioração da capacidade: Ciclos de descarga profunda; Temperatura Elevada; Redução do Eletrólito; Número Elevados de ciclos de carga-descarga. Baterias Chumbo-ácidas

88 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 87 Efeitos da Temperatura ü A corrente de carga e a corrosão da grade da placa positiva aumentam exponencialmente com o aumento da temperatura do eletrólito. ü Operação prolongada em níveis elevados de temperatura diminue a vida útil da bateria. ü Operação da bateria em baixa temperatura aumenta a vida útil, mas reduz a capacidade disponível. ü Ondulação da corrente circulando pela bateria e a ondulação da tensão nos terminais da bateria provocam um aumento da temperatura de operação da bateria. Baterias Chumbo-ácidas

89 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 88 Química da Bateria: ü Placa Positiva: hidrato de níquel - NiOOH ü Placa Negativa: cadmio esponjoso - Cd ü Eletrólito: Solução aquosa de Hidróxido de Potássio – KOH ü Densidade específica do eletrólito entre 1,16g/cm 3 e 1,25g/cm 3 e independe do estado de carga da bateria. O eletrólito não participa da reação, apenas facilita a transferência de íons entre as placa. ü As baterias são do tipo ventilada. As baterias seladas são de baixa capacidade e utilizadas em equipamentos portáteis. Baterias Níquel-Cadmio

90 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 89 Mecanismos de Falha ü A deterioração ocorre por alterações nos materiais ativos. ü Não há corrosão da estrutura mecânica das placas e assim não há o risco da redução do desempenho ou da perda súbita da capacidade (Ah) da bateria. ü A degradação da capacidade (Ah) é contínua no tempo. ü As baterias de NiCd podem tolerar ciclos de carga e descarga leves ou descargas profundas com freqüência, sem sofrer danos. ü As baterias de NiCd são menos afetadas pela temperatura do que as baterias chumbo ácidas. Por exemplo, uma bateria de NiCd submetida a temperatura de 32 C terá a sua vida útil diminuída de cerca de 20% enquanto que a redução na bateria chumbo ácida será de 50%. Baterias Níquel-Cadmio

91 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 90 Estratégias para a Carga de Baterias 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Tempo (h) Corrente %C(Ah) Tensão por elemento Corrente Tensão Carga da bateria a tensão constante, com limitação de corrente: 1)Etapa de carga a corrente constante; 2)Etapa de carga a tensão constante e igual ao valor da tensão de Equalização; 3)A bateria está carregada. A partir deste ponto a tensão na bateria é mantida no valor da tensão de Flutuação.

92 SEI – Sistemas de Energia Ininterrupta – EEE 924 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 91 Estratégias para a Carga de Baterias Bateria chumbo ácidaBateria Níquel Cadmio Tensão de Equalização2,3 V/el < V < 2,5 V/el1,45V/el Tensão de Flutuação2,2 V/el < V < 2,3 V/el1,42V/el Máxima corrente de recarga 0,2 C Ah a 0,4 C 20Ah Tensão final de descarga1,67 V/el < V < 2,1 V/el1V/el Correção tensão Flutuação -5 mV/ C T 25 C +5 mV/ C T 25 C -3mV/ C T 25 C +3mV/ C T 15 C Os valores acima são valores típicos. Consultar os dados técnicos fornecidos pelo fabricante da bateria.


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