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Gruppi di continuità

Indice Argomento Corrente

1) Gruppo dinamico di continuità

2) Gruppo statico di continuità (detto anche UPS, dall'Inglese Uninterruptible Power Supply)

3) Gruppo statico di continuità on-line (in linea)

4) Gruppo statico di continuità Line-Interactive (ad interazione con la line elettrica)

5) Gruppo statico di continuità off-line (fuori linea)

La principale differenza fra gli stabilizzatori di tensione di rete e i gruppi di continuità è che questi ultimi possono operare anche in mancanza completa di tensione di rete ed hanno a bordo delle batterie che in tal caso fungono da riserva di energia.

Gruppo dinamico di continuità

Si tratta di gruppi di continuità costituiti da un generatore elettrico rotante (alternatore) collegato meccanicamente ad un motore endotermico.
Qui vengono citati per completezza, se non abitate in una zona non raggiunta dalla rete di distribuzione dell'energia elettrica difficilmente vi capiterà di utilizzarli.

Gruppo statico di continuità (detto anche UPS, dall'Inglese Uninterruptible Power Supply)

L'esigenza di avere un gruppo di continuità per l'alimentazione degli strumenti di un laboratorio elettronico nasce dalla cattiva qualità dell'alimentazione elettrica, in generale per quello che riguarda la stabilità di tensione, qualità facilmente rilevabile con una misura e dalla presenza di disturbi sempre più frequenti legati alla cattiva progettazione di alcuni alimentatori switching presenti sulla rete di alimentazione (alimentazione delle TV, computer, ecc.) che rilasciano disturbi in linea.
L'apparato in esame se ben filtrato ci fornisce una tensione stabile e priva di disturbi.
Inoltre elimina anche insidiose sovratensioni transitorie.
Un'altra funzione tipica degli UPS è il bypass, che consiste nell'esclusione completa dello stesso e nel collegamento del carico direttamente alla rete, è automatico e può essere attivato anche con un intervento manuale.
Il primo completamente gestito dalla macchina, commuta il carico tra inverter e rete e diventa importante in caso di malfunzionamento dell'UPS che viene escluso.
Il bypass manuale è gestito da un operatore, utile in caso di guasto con possibile spegnimento del carico o di manutenzione.
In questa modalità il carico non è in alcun modo protetto.

Esistono tre principali categorie di gruppi di continuità: quelli on-line, quelli denominati Line-Interactive, e quelli off-line.

• I gruppi di continuità on-line presentano il vantaggio di eliminare i disturbi indotti dalla rete tramite la doppia conversione.
  Rappresentano la miglior scelta per un laboratorio elettronico.
  Questa tipologia presenta come unico svantaggio un consumo maggiore rispetto alle altre tipologie.
  Il raddrizzatore e l'inverter sono quindi sempre attivi, questo causa inevitabilmente un minor rendimento.
  In caso di black out l'inverter preleva energia dalle batterie.
  Avendo la doppia conversione tensione e frequenza sono sempre stabili in quanto vengono sintetizzate ex-novo dall'inverter.

• I gruppi di continuità Line-Interactive. Sono una tipologia ibrida, un incrocio fra uno stabilizzatore e un gruppo di continuità off-line. In pratica entro un certo range di tensioni in ingresso operano come uno stabilizzatore a componenti passivi, ovvero commutando le prese di un trasformatore posto fra la linea elettrica e il carico, quando la tensione in ingresso è troppo bassa o troppo alta e non è più possibile correggerla con lo stabilizzatore di tensione interviene l'inverter e sintetizza la giusta tensione partendo dall'energia immagazzinata nella batterie. Hanno un costo intermedio fra uno stabilizzatore e un gruppo di continuità on-line. Con alcuni accorgimenti possono essere utilizzati in un laboratorio.

• 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" di tensione in uscita durante il quale il carico non viene alimentato della durata di pochi millisecondi.
  Questi gruppi di continuità vanno bene per alcuni tipi di apparecchiature, nello specifico quelle dotate di grandi condensatori di filtro dell'alimentazione che fungono da alimentazione per l'istante in cui manca tensione.
  Questo tipo di UPS è più economico, più facile da costruire, spesso impiegato per alimentare utenze non troppo critiche, come ulteriore vantaggio, tenendo l'inverter spento si ha anche un consistente risparmio energetico.
  Spesso gli UPS di piccola taglia sono di questo tipo.
  I gruppi di continuità off-line quindi intervengono solo nel caso di mancanza di tensione di rete, quindi non hanno la funzione di regolazione della stessa.
  Per l'alimentazione di un laboratorio è bene prendere in considerazione solo quelli on-line che sono quelli che meglio si adattano ad alimentare apparati elettronici di una certa qualità.

Di seguito illustreremo le tre tipologie di gruppo statico di continuità nel dettaglio.

Gruppo statico di continuità on-line (in linea)

Sotto lo schema di principio di un generico gruppo statico di continuità on-line.
Come vedete la rete elettrica tramite il carica batterie mantiene cariche le batterie che a loro volta alimentano l'inverter che alimenta gli apparati elettronici collegati.
Normalmente l'inverter è sempre attivo.
Unica eccezione, per motivi di manutenzione è possibile tramite l'interruttore di bypass collegare il carico direttamente alla rete elettrica escludendo totalmente il gruppo statico di continuità on-line.
Si chiamano anche gruppi di continuità statici a doppia conversione in quanto abbiamo la prima conversione di tensione, dalla tensione di rete alla tensione di carica delle batterie e la seconda conversione, dalla tensione del pacco batterie alla tensione di rete prodotta dell'inverter per alimentare il carico.
L'energia immagazzinata dalle batterie fa si che la tensione in uscita si mantenga costante anche in mancanza della tensione sulla rete elettrica di distribuzione dell'energia.

Nell'immagine sotto un esempio pratico di gruppo di continuità di grossa potenza.

Sopra e sotto nelle foto un gruppo di continuità del tipo on-line di grossa potenza (7,5KVA) monofase. In genere per potenze superiori ai 5KVA si ricorre a gruppi trifase.
Notate il vano batterie che ne ospita ben 12 da 12V.

Gruppo statico di continuità Line-Interactive (ad interazione con la line elettrica)

Come è possibile notare nell'immagine sopra fra la linea elettrica e i dispositivi da alimentare è interposto uno stabilizzatore passivo, tipicamente un trasformatore in cui si seleziona automaticamente il rapporto di trasformazione, in salita se la tensione della rete elettrica è troppo bassa e in discesa se troppo alta.
Se il valore assunto dalla tensione della rete elettrica eccede la capacità di regolazione dello stabilizzatore di tensione viene attivato l'inverter e il carico viene alimentato da quest'ultimo usando l'energia della batterie.
Questa funzione di adattamento viene attivata automaticamente dall'elettronica di controllo.
Per il resto funziona esattamente come un gruppo statico di continuità del tipo off-line.

Il gruppo di continuità Line-Interactive fotografato sotto ha le seguenti funzioni:

• Elimina le sovratensioni transitorie.

• Attenua il rumore di rete.

• Regola la tensione senza l'intervento delle batteria (prende alimentazione direttamente dal carica batterie) in un range che va da 200V a 250V (per l'uscita settata a 230V) mentre per tensioni in ingresso inferiori o superiori utilizza il pacco batterie.

In genere questi gruppi di continuità quando fungono da stabilizzatore di tensione devono essere settati su una precisa tensione minima e massima per determinarne l'intervento.
Quindi alzano la tensione alla loro uscita quando è troppo bassa e viceversa la abbassano se è troppo alta.
Quando invece la tensione di rete viene a mancare, anche per periodi relativamente lunghi si sostituiscono ad essa impiegando le batterie.
Il gruppo di continuità nella foto sopra è da 1KVA, potenza in genere sufficiente per la maggior parte delle apparecchiature presenti in un laboratorio elettronico.

Nella immagine a sinistra si possono vedere in linea di massima le sezioni interne di un UPS. Mancano le batterie dal loro alloggiamento. Questo UPS monta 3 batterie da 12V, questo è indicativo della potenza ottenibile all'uscita. In genere gli UPS di piccola taglia hanno una sola batteria da 12V mentre gli UPS di 2-3KVA ne hanno 4. Quelli ti taglia superiore possono avere dei banchi batterie che occupano una intera stanza.

Gruppo statico di continuità off-line (fuori linea)

Come poterte vedere dall'immagine sotto, il gruppo di continuità è sempre in standby, le batterie vengono mantenute cariche dal carica batterie, l'inverter è sempre spento.
Quando manca tensione sulla rete elettrica, l'elettronica di controllo avvia l'inverter e commuta l'interruttore sull'inverter alimentando il carico con questo.
Il tempo di intervento in genere è dell'ordine dei 5-6 millisecondi.