Gruppo di continuità
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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. È utilissimo soprattutto nei paesi dove si producono frequenti e sistematici black-out.
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[modifica] Tecnologia costruttiva
Fondamentalmente è un apparecchio costituito da almeno tre parti principali: un primo convertitore alternata/continua (convertitore AC) che grazie ad un raddrizzatore ed 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 ed 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 ad 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 s’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.
[modifica] 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 ad una tensione di 240 e più Volt. Il 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.
[modifica] 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 dev'essere limitato al 10 … 20% 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.
[modifica] Funzionamento
Esistono due principali categorie di UPS: gli on-line e gli off-line.
I gruppi di continuità on-line al 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.
All'interno degli UPS per generare la corrente alternata vengono usati gli inverter che prelevano l'energia dalle batterie. Spesso e volentieri generano l'onda sinusoidale modificata, un'onda quadrata che ha la stessa area dell'onda sinusoidale e quindi la stessa energia. Dopo l'inverter il segnale viene passato a dei filtri che gli smussano gli angoli facendola assomigliare maggiormente a una sinusoide. Spesso e volentieri gli UPS hanno due tipi di prese. Un gruppo collegati alla betterie ( e all'inverter ) e un gruppo di prese collegate solo ai filtri, in caso di mancanza di corrente quest'ultimo gruppo smette di erogare corrente.
[modifica] Potenza
I gruppi di continuità possono sostenere solo carichi limitati. La potenza massima che possono sostenere viene indicata in vari modi:
- Watt
- Voltampere (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) ed ogni altro metodo di fantasia vengono utilizzati esplicitamente per mascherare la reale potenza del gruppo di continuità e farla apparire maggiore di quella reale. Ad 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 1500VAI.
