Gli UPS (Uninterruptible Power Supply) sono dispositivi che si interpongono tra la presa di rete elettrica e il computer o qualsiasi altra apparecchiatura che funzioni mediante elettricità. Quando l’alimentazione dalla rete elettrica è regolare, l’UPS accumula energia in una batteria. Quando l’alimentazione s’interrompe, subentra l’UPS che rilascia l’energia accumulata all’apparecchio collegato assicurando continuità di funzionamento la cui durata dipende dalla dimensione della batteria e dalla potenza del carico collegato.
Esistono diverse tipologie di UPS. Le più utilizzate negli UPS con potenza inferiore ai 5 KVA sono le On Line Interactivee On Line a doppia conversione.
La
On Line Interactive (si veda la figura in basso) è molto diffusa soprattutto negli UPS economici per le sue caratteristiche di semplicità di realizzazione e affidabilità derivate dal minore numero di componenti richiesto.
La tensione in ingresso passa attraverso un regolatore di tensione che controlla i parametri della linea elettrica compensando le variazioni in eccesso e in difetto.
La tensione regolata è inviata al carico e a un inverter bidirezionale che tiene in carica la batteria. Quando la tensione di linea raggiunge valori che il circuito di regolazione non è in grado di compensare l’UPS apre un commutatore che distacca il carico dalla linea e contemporaneamente attiva l’alimentazione da batteria.
La corrente continua della batteria è trasformata in corrente alternata dall’inverter. Il commutatore ha anche lo scopo d’impedire il riversamento della tensione generata dal gruppo batteria/inverter sulla rete elettrica.
Il tempo di commutazione dall’alimentazione da rete elettrica a batteria è di qualche millisecondo.
In genere i computer non risentono di questo breve periodo di assenza dell’alimentazione in quanto le specifiche degli alimentatori richiedono che l’alimentatore possa mantenere la tensione in uscita in assenza della tensione di rete per un tempo che supera i 10 ms, per esempio negli alimentatori ATX12V è di 17 ms (
www.formfactors.org). Questa caratteristica è uno standard internazionale che si applica a tutte le apparecchiature informatiche.
Gli UPS On Line Interactive non sono indicati nelle zone in cui le eccessive oscillazioni di tensione sono frequenti, il continuo ricorso alle batterie riduce le capacità e la vita operativa delle stesse.
In caso di rottura delle batterie, il gruppo di continuità è sempre in grado di fornire al carico una tensione di rete filtrata e regolata, ma non la continuità di funzionamento in assenza della tensione di rete o nel caso del superamento dei livelli di intervento del regolatore.
Per alcune apparecchiature anche il più breve tempo di assenza di alimentazione elettrica potrebbe rivelarsi fatale, in tale situazione è più indicato un
UPS On Line a doppia conversione (figura in basso).
In questa tipologia di UPS, l’alimentazione proviene sempre dalla batteria, solo in caso di un guasto all’accumulatore o in presenza di un sovraccarico di lunga durata, l’UPS collega il carico alla linea di rete.
La corrente alternata di rete passa attraverso un circuito raddrizzatore che la trasforma in corrente continua, il circuito alimenta una batteria alla quale è posto in serie un inverter che ritrasforma la corrente continua in alternata ai valori nominali della rete elettrica.
Il totale controllo dell’inverter da parte dell’UPS permette di correggere dislivelli di tensione superiori a quelli supportati dagli UPS On Line Interactive riducendo il numero degli interventi della batteria e anche le differenze nella frequenza di alimentazione.
Solo quando la tensione eccede la capacità di regolazione dell’inverter, l’UPS attinge energia dalla batteria.
La transizione dall’alimentazione di rete a quella a batteria richiede qualche millisecondo, ma la tensione in uscita non subisce variazioni grazie ai condensatori di filtro presenti nel collegamento DC che, durante tale fase, rilasciano energia che compensa l’interruzione.
Poiché la potenza richiesta dal carico passa sempre attraverso i circuiti di conversione, gli UPS On line a doppia conversione richiedono ventole di raffreddamento che aumentano la rumorosità di funzionamento.
Forma d’onda sinusoidale o pseudosinusoidale
Se visualizzassimo su un oscilloscopio la tensione della rete elettrica vedremmo una sinusoide. In genere negli UPS On Line Interactive la tensione all’uscita ha una forma d’onda squadrata che approssima la forma sinusoidale.
La maggior parte dei componenti per PC funziona senza problemi con questa seconda forma d’onda, i componenti interni sono alimentati dalla corrente continua proveniente dall’alimentatore e la forma diversa al massimo causa una piccolissima perdita di efficienza nell’alimentatore.
A risentire di una forma d’onda sinusoidale approssimata sono in particolare i dispositivi come i motori elettrici che basano il loro funzionamento proprio sulla forma dell’onda. La sinusoide approssimata potrebbe innescare una rotazione irregolare e vibrazioni.
La maggioranza degli UPS On Line a doppia conversione hanno circuiti che ricreano la forma sinusoidale e sono più indicati per tali apparecchiature.
La batteria dell’UPS
Questo è l’unico componente che va sostituito dopo un certo numero di ore di funzionamento, durante questo periodo però non è necessaria alcuna manutenzione.
La vita operativa di una batteria dipende da numerosi fattori. I principali sono la temperatura ambiente e il numero di cicli di carica e scarica. Una temperatura ambiente di circa 30° dimezza la vita di una batteria e ad ogni ricarica si diminuisce leggermente la capacità.
Le batterie possono essere sostituite senza scollegare l’UPS dalla rete elettrica o interromperne il funzionamento (funzionalità hot swap).
L’operazione non comporta rischi di sicurezza, lo scomparto della batteria è separato dalla sezione contenente i circuiti collegati alla rete elettrica a 220 V e sistemi di sicurezza impediscono che la tensione di rete possa arrivare alla batteria.
Dimensionare la potenza di un UPS
La potenza massima che un UPS è in grado di erogare è indicata in
VA, contrazione di Volt e Ampere che sono le unità di misura rispettivamente di tensione e corrente.
La potenza per i carichi in corrente alternata è indicata in
Watt che è il prodotto della moltiplicazione di volt, ampere e del
fattore di potenza (cosfi), un numero da 0 e 1 che indica l’efficienza dei dispositivi nel trasformare l’energia elettrica in lavoro.
Le lampadine a incandescenza, gli asciuga capelli, i forni elettrici, gli scaldabagni elettrici, le stufe elettriche e in genere tutti gli apparecchi che usano una semplice resistenza per generare luce o calore hanno un fattore di potenza uguale o vicino a 1.
Negli alimentatori per computer in cui sono presenti filtri, induttanze (componenti capaci di produrre campi magnetici) e piccoli trasformatori il fattore è di 0,6 o 0,7, con l’eccezione degli alimentatori dotati di un sistema di correzione del fattore di potenza (PFC Power Factor Correction) i quali raggiungono un fattore superiore a 0,9.
Per determinare la potenza necessaria dell’UPS bastano alcuni semplici calcoli. Gli alimentatori delle apparecchiature informatiche hanno potenze prestabilite, per esempio 400 W.
L’UPS dovrà avere una potenza di almeno 660 VA se si tratta di un alimentatore senza PFC (presumendo il caso peggiore di un cosfi=0,6) e di 400 VA se dotato di PFC.
In realtà è insolito che un PC utilizzi tutta la potenza dell’alimentatore, ma presumendo che lo faccia, si lascia all’UPS un margine di sovradimensionamento che torna utile nei momenti critici dell’accensione quando i componenti del PC assorbono la massima potenza prima di stabilizzarsi.
Un monitor a tubo catodico da 15” consuma tipicamente 70 W, uno da 17” consuma 90 W e uno da 19” consuma 110 W. Per alimentare un computer con alimentatore da 400 W e un monitor da 17” servirà un UPS con una potenza di almeno 800 W.
Alcuni produttori indicano la potenza in VAi che sta per, Volt Ampere informatici. Tale indicazione è completamente fasulla e serve unicamente per “gonfiare” la potenza dell’UPS. Se la si trova indicata nelle caratteristiche dell’UPS ignoratela e cercate il valore della potenza espresso in VA.
Windows XP e gli UPS
Nell’ultimo sistema operativo di Microsoft è stata migliorata l’integrazione con gli UPS anche se limitatamente agli UPS di APC (American Power Conversion) che ha sviluppato l’interfaccia software.
Gli UPS utilizzano la porta USB o la seriale per scambiare con il sistema operativo le informazioni sullo stato di funzionamento. Negli UPS economici si trova solo la porta USB, in quelli più costosi entrambe.
Per l’integrazione nel sistema operativo degli UPS di marche diverse da APC si deve utilizzare il software in dotazione.
Per gli UPS con la sola porta seriale e senza il relativo software di gestione, il sistema consente l’installazione manuale definendo i segnali nel menu
Start, Pannello di controllo, Opzioni del risparmio energia, Gruppo di continuità, Seleziona
