Alimentación fiable de cargas DC dentro del armario de control

Figura 1. Los nuevos SAIs DC de la serie Trio Power están disponibles en diferentes potencias.

Un sistema de alimentación ininterrumpida, o SAI para abreviar, se utiliza dondequiera que se produzcan fluctuaciones de la red o fallos de la misma. El objetivo es evitar el fallo de los sistemas de producción causado por interrupciones e inestabilidades del suministro eléctrico. En caso de fallo prolongado de la red eléctrica, el SAI debe garantizar que el sistema pase a un estado seguro y además debe evitar que la carga más sensible, el PLC o el PC industrial, paren de forma incontrolada provocando pérdidas de datos y daños en la instalación así como pérdidas de producción.

Un sistema SAI para cargas de corriente continua consta generalmente de al menos tres componentes. En primer lugar, la fuente de alimentación se encarga de convertir la tensión de red AC en una tensión de 24 Vdc. En segundo lugar tenemos el módulo SAI propiamente dicho que combina dos funciones: en primer lugar es un conmutador que pasa de la tensión de la fuente a la de las baterías cuando es necesario y sin provocar interrupciones, y por otro se encarga de la función de carga d elas baterías y garantiza que estas estén siempre cargadas y listas. El tercer componente es el propio dispositivo de almacenamiento de energía (las baterías) que está conectado al SAI (Figura 2).

Figura 2. Estructura modular clásica: un sistema UPS DC consiste en una fuente de alimentación, un dispositivo SAI y un elemento de almacenamiento de energía. Esto hace posible distinguir entre cargas críticas y no críticas, pero ocupa mucho espacio.

La combinación modular descrita anteriormente presenta ventajas y desventajas. El mayor inconveniente es la gran cantidad de espacio que requiere en el carril DIN. Por ejemplo, una fuente de alimentación moderna de 24 V DC con 5 A de potencia de salida tiene un ancho total de entre 35 y 50 mm. A continuación, debe tener en cuenta el SAI de CC para la misma clase de potencia, que tiene un ancho total casi idéntico. El resultado es una anchura máxima que puede llegar hasta casi 100 mm. Además tenemos el dispositivo de almacenamiento de energía, que por lo general ocupa la mayor parte del espacio. Por ejemplo, para mantener 5 A durante unos 20 minutos, se requiere un dispositivo de almacenamiento de energía con una capacidad nominal de 3,4 Ah para 24 V DC. Este tipo de baterías tienen una anchura total de aproximadamente 85 mm con lo que la necesidad de espacio total dentro del armario es de 18,5 cm de carril DIN.

Otro aspecto que los diseñadores deben tener en cuenta es que la fuente de alimentación y el SAI sean adecuados y compatibles entre sí. En el ejemplo anterior, se seleccionó una fuente de alimentación de 5 A y un SAI de 5 A. Pero, ¿qué significa esto en realidad? Tanto el SAI como la fuente de alimentación pueden suministrar una corriente de salida máxima de 5 A en todas las condiciones de funcionamiento. ¿Esto significa que una carga de 5 A puede ser conectada y alimentada de forma fiable tanto en modo red como en modo batería? La realidad es que esto no es así.

Hasta ahora no se ha tenido en cuenta la corriente de carga de las baterías. El SAI necesita esta corriente además de la corriente de demande la propia carga que esté alimentando. Si suponemos una corriente de carga de baterías de 1,5 A, se debe seleccionar una fuente de alimentación mayor que la prevista en un principio. Considerando también una pequeña reserva de corriente, se necesitaría una fuente de alimentación con una potencia de salida de 7 A. Sin embargo, el siguiente tamaño más común suele ser de 10 A. Esto significa que se ha seleccionado una fuente de alimentación dos veces más potente (y significativamente más cara) para garantizar una corriente total de 5 A. Esto resulta en mayores costos iniciales y necesidad de más espacio.

Sin embargo, la estructura modular tiene también sus ventajas. Con esta opción, es fácil distinguir entre cargas críticas y no críticas. En caso de fallo de la red eléctrica se deben seguir alimentando las cargas críticas (como el PLC) pero el resto de cargas no son imprescindibles. Por esta razón, los consumidores no críticos se conectan directamente a la salida de la fuente de alimentación, mientras que los consumidores relevantes se conectan primero a la salida del SAI.

Figura 3. La nueva segunda generación Trio DC UPS están disponibles en tres niveles de potencia

En numerosas aplicaciones, sin embargo, es necesario alimentar todo un armario de control donde el espacio disponible ya es de por si muy limitado. Un ejemplo puede ser el tener que integrar un sistema SAI para la alimentación del controlador de un ascensor. En caso de fallo de la red eléctrica, el operador o incluso los servicios de emergencia deben ser notificados mediante señalización remota. El consumo de energía de las cargas del armario es de un máximo de 4 A, y el tiempo de buffer requerido es superior a 5 minutos. Además, también se aplican requisitos normativos especiales a este tipo de aplicaciones. Por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento de energía conectado debe ser controlado activamente.

Para este tipo de aplicaciones, Phoenix Contact ofrece una solución práctica con el nuevo sistema de alimentación ininterrumpida TRIO 2G (Figura 3). Combinando una fuente de alimentación con una entrada de amplio rango y un SAI integrado, los dispositivos son especialmente adecuados para aplicaciones en las que el espacio es muy limitado y todas las cargas han de mantenerse en caso de fallo de red.

En nuestra aplicación del ascensores, se requiere una corriente de salida de 4 A. La solución ideal en este caso es el SAI Trio Power con una potencia nominal de salida de 5 A, que tiene una reserva del 20% para futuras ampliaciones. Con un ancho total de tan sólo 60 mm, el equipo alimenta la carga total y además proporciona una corriente de carga para la batería dehasta 1,5 A. El usuario puede estar seguro de que el dispositivo de 5 A tiene reservas suficientes para cargar el dispositivo de almacenamiento de energía. Además, pueden seleccionar la batería que mejor se adapte a los requisitos de tiempo de buffer de su aplicación. No es necesario tener en cuenta la corriente de carga..

Para alcanzar el tiempo de buffer requerido, simplemente es necesaria una batería de 1,3 Ah que se conecta al SAI mediante dos cables. El sistema estará listo para su uso (Figura 4).

La monitorización activa de la batería también se puede implementar fácilmente utilizando estos equipos de la serie Trio. Disponen de un contacto de señalización de alarma y un indicador LED, que se activan, por ejemplo, si se ha superado el tiempo máximo de recarga permitido y la batería está potencialmente defectuosa. Además de la monitorización de fallos a través de los contactos de señalización, también se puede conectar un PC a través del puerto USB. En este caso el sistema SAI se puede monitorizar de una forma más cómoda y completa a través del software UPS-Conf, que está disponible de forma gratuita.

Figura 4. Batería de plomo: el módulo UPS-BAT de 1,3 Ah dispone de tecnología VRLA (Valve Regulated Lead Acid) - los dos módulos de batería de 12 V están alojados en una carcasa metálica que se puede montar en carril DIN (derecha), y los bloques se pueden sustituir fácilmente en caso de envejecimiento.

Los nuevos SAIs de la serie Trio muestran realmente sus ventajas en espacios reducidos. La combinación de fuente de alimentación y SAI no sólo ahorra espacio, sino que también simplifica el diseño. A pesar de su diseño compacto, los equipos ofrecen un alto nivel de rendimiento y se adaptan a los requisitos de numerosos campos de aplicación.

Trio UPS: la segunda generación

Los sistemas de alimentación ininterrumpida de segunda generación Trio Power son una combinación que ahorra espacio e integra fuente de alimentación con entrada de amplio rango y UPS en un solo dispositivo. Hay tres nuevos modelos disponibles. Las principales características y funciones son las siguientes:

• Versiones monofásicas (5 A y 10 A) o trifásicas (20 A) con amplio rango de tensión AC
• Completa señalización de estados
• Interfaz de comunicación USB para la configuración, monitorización y apagado controlado de un PC industrial
• Reserva de ponecia de hasta el 150% de la corriente nominal durante 5 segundos
• Tecnología de conexión Push-in para un cableado aún más rápido
• Función de arranque desde las baterías para la puesta en marcha de la instalación sin necesidad de alimentación de red previa.